JP2013175726A - ENHANCEMENT MODE GaN HEMT DEVICE WITH GATE SPACER AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンハンスメントモード窒化ガリウム(GaN)高電子移動度トランジスタ(HEMT)デバイスの分野に関する。特に、本発明は、ゲートスペーサを備えたエンハンスメント型のHEMTデバイスを提供する方法及び装置に関する。 The present invention relates to the field of enhancement mode gallium nitride (GaN) high electron mobility transistor (HEMT) devices. In particular, the present invention relates to a method and apparatus for providing an enhancement type HEMT device with a gate spacer.
窒化ガリウム(ガリウムナイトライド;GaN)半導体デバイスは、大電流を担持し且つ高電圧に対応することができることにより、パワー半導体デバイスにとってますます望ましいものとなっている。これらのデバイスの開発は、概して、大電力/高周波用途に狙いを定めてきた。このような用途のために製造されるデバイスは、高電子移動度を示す一般的なデバイス構造に基づいており、ヘテロ接合電界効果トランジスタ(HFET)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)、又は変調ドープ電界効果トランジスタ(MODFET)のように様々に呼ばれている。 Gallium nitride (GaN) semiconductor devices are becoming increasingly desirable for power semiconductor devices because of their ability to carry high currents and handle high voltages. The development of these devices has generally been aimed at high power / high frequency applications. Devices manufactured for such applications are based on common device structures that exhibit high electron mobility, such as heterojunction field effect transistors (HFETs), high electron mobility transistors (HEMTs), or modulation doping. It is called variously like a field effect transistor (MODFET).
GaN HEMTデバイスは、少なくとも2つの窒化物層を備えた窒化物半導体を含んでいる。半導体上あるいはバッファ層上に形成された異なる複数の材料により、これらの層は異なるバンドギャップを有するようにされる。隣接する窒化物層内の異なる材料はまた、分極を生じさせ、これが、2つの層のジャンクション(接合)付近の、具体的には、狭い方のバンドギャップを有する層内の、導電性の2次元電子ガス(2DEG)領域に寄与する。 A GaN HEMT device includes a nitride semiconductor with at least two nitride layers. Due to the different materials formed on the semiconductor or on the buffer layer, these layers have different band gaps. Different materials in adjacent nitride layers also cause polarization, which is a conductive 2 near the junction of the two layers, specifically in the layer with the narrower band gap. Contributes to the dimensional electron gas (2DEG) region.
分極を生じさせる窒化物層は典型的に、電荷がデバイス中を流れることを可能にする2DEGを含むGaNの層に隣接してAlGaNのバリア層を含む。このバリア層は、ドープされることもあるし、ドープされないこともある。ゼロゲートバイアスでゲート下に2DEG領域が延在するため、大抵の窒化物デバイスはノーマリーオンデバイスすなわちデプレッションモードデバイスである。ゲートの下でゼロの印加ゲートバイアスで2DEG領域が空乏化すなわち除去される場合には、デバイスはエンハンスメントモードデバイスとなることができる。エンハンスメントモードデバイスは、ノーマリーオフであり、それにより安全性が付加されるため、また、単純な低コストの駆動回路で制御することが容易であるため、望ましいものである。エンハンスメントモードデバイスは、電流を導通するために、ゲートに正バイアスが印加されることを必要とする。 The nitride layer that causes polarization typically includes an AlGaN barrier layer adjacent to a layer of GaN containing 2DEG that allows charge to flow through the device. This barrier layer may be doped or undoped. Most nitride devices are normally on or depletion mode devices because the 2DEG region extends under the gate with zero gate bias. If the 2DEG region is depleted or removed with zero applied gate bias under the gate, the device can be an enhancement mode device. Enhancement mode devices are desirable because they are normally off, which adds safety and is easy to control with a simple low cost drive circuit. Enhancement mode devices require that a positive bias be applied to the gate in order to conduct current.
従来のエンハンスメントモードGaNトランジスタにおいては、ゲートの金属(メタル)及びp型GaN材料若しくはp型AlGaN材料が、別々のフォトマスクを用いて画成される。例えば、図1(従来技術)は、ゲートメタル及びゲートpGaNが2つの異なるフォトマスクを用いて処理されたことを示している。図1は従来のエンハンスメントモードGaNトランジスタデバイス100を示しており、該デバイス100は、サファイア又はシリコンの何れかとし得る基板101と、複数の遷移層102と、アンドープのGaN材料103と、アンドープのAlGaN104と、ソースオーミックコンタクトメタル109と、ドレインオーミックコンタクトメタル110と、p型AlGaN材料又はp型GaN材料105と、高濃度ドープされたp型GaN材料106と、ゲートメタル111とを含んでいる。
In a conventional enhancement mode GaN transistor, the gate metal and the p-type GaN material or p-type AlGaN material are defined using separate photomasks. For example, FIG. 1 (prior art) shows that the gate metal and gate pGaN were processed using two different photomasks. FIG. 1 illustrates a conventional enhancement mode
図1に示すように、ゲートメタル、p型GaN材料又はp型AlGaN材料は、2つの別々のフォトマスクによって画成されている。第1のマスクは、ハードマスクをパターニングし且つp型GaNを選択的に成長させることによって、あるいはp型GaNのパターニング及びエッチングを行うことによって、の何れかでp型GaN又はp型AlGaNを形成するために使用される。第2のマスクは、ゲートメタルのパターニング及びリフトオフを行うことによって、あるいはゲートメタルのパターニング及びエッチングを行うことによって、の何れかでゲートメタルを形成するために使用される。これら2つのマスクプロセスは、フォト/エッチの最小CDより幅広のゲート長をもたらす。これは、高いゲート電荷、より広いセルピッチ、及びより高いRdson(“オン抵抗”)を生じさせる。従来の製造方法はまた、製造コストを増加させる。別の1つの欠点は、最も高い電界が、ドレインオーミックコンタクトメタルの方の、p型GaN材料又はp型AlGaN材料のゲートコーナー部に位置することである。この高電界は、大きなゲートリーク電流と高いゲート信頼性リスクとをもたらす。 As shown in FIG. 1, the gate metal, p-type GaN material or p-type AlGaN material is defined by two separate photomasks. The first mask forms p-type GaN or p-type AlGaN either by patterning a hard mask and selectively growing p-type GaN, or by patterning and etching p-type GaN. Used to do. The second mask is used to form the gate metal either by patterning and lifting off the gate metal or by patterning and etching the gate metal. These two mask processes result in a wider gate length than the photo / etch minimum CD. This results in high gate charge, wider cell pitch, and higher Rdson (“on resistance”). Conventional manufacturing methods also increase manufacturing costs. Another disadvantage is that the highest electric field is located at the gate corner of the p-type GaN material or p-type AlGaN material towards the drain ohmic contact metal. This high electric field results in a large gate leakage current and a high gate reliability risk.
従来技術の上述の欠点を回避するセルフアライン(自己整合)ゲートを備えたエンハンスメントモードGaNトランジスタ構造を提供することが望まれる。また、p型GaN又はAlGaNのゲートコーナーにおける高電界を緩和する機能を提供することが望まれる。 It would be desirable to provide an enhancement mode GaN transistor structure with a self-aligned gate that avoids the aforementioned drawbacks of the prior art. It is also desirable to provide a function to alleviate a high electric field at the gate corner of p-type GaN or AlGaN.
ここに開示する実施形態は、セルフアラインされたゲートスペーサ、ゲートメタル材料及びゲート化合物を有するエンハンスメントモードGaNトランジスタ、及びその製造方法に関する。これらの材料が、単一のフォトマスクを用いてパターニング及びエッチングされ、それにより製造コストが低減される。ゲートスペーサとゲート化合物との界面は、誘電体膜とゲート化合物との界面より低いリークを有し、それによりゲートリークが低減される。さらに、オーミックコンタクトメタル層が、ドレインコンタクト側のドープトIII−V族化合物のコーナー部における電界を緩和するフィールドプレートとして使用され、より低いゲートリーク電流と向上されたゲート信頼性とがもたらされる。 Embodiments disclosed herein relate to an enhancement mode GaN transistor having a self-aligned gate spacer, a gate metal material and a gate compound, and a method for manufacturing the same. These materials are patterned and etched using a single photomask, thereby reducing manufacturing costs. The interface between the gate spacer and the gate compound has a lower leak than the interface between the dielectric film and the gate compound, thereby reducing the gate leak. Furthermore, the ohmic contact metal layer is used as a field plate to mitigate the electric field at the corner of the doped III-V compound on the drain contact side, resulting in lower gate leakage current and improved gate reliability.
以下の詳細な説明においては、特定の実施形態を参照する。これらの実施形態は、当業者がこれらの実施形態を実施することができるよう、十分に詳細に説明される。理解されるように、その他の実施形態も用いられることができ、また、様々な構造的、論理的及び電気的な変更が為され得る。 In the following detailed description, reference is made to specific embodiments. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice these embodiments. As will be appreciated, other embodiments may be used and various structural, logical and electrical changes may be made.
本発明は、ゲートスペーサ、ゲートメタル材料及びゲート化合物が自己整合されるエンハンスメントモードGaN HEMTデバイス、及びそのようなデバイスを製造する方法に関する。これらの材料が単一のフォトマスクを用いてパターニング及びエッチングされ、それにより製造コストが低減される。また、ゲートスペーサ21とゲート化合物との界面は、誘電体膜とゲート化合物との界面より低いリークを有し、それによりゲートリークが低減される。さらに、オーミックコンタクトメタル層が、ドレインコンタクト側のドープトIII−V族化合物のコーナー部における電界を緩和するフィールドプレートとして使用され、より低いゲートリーク電流と向上されたゲート信頼性とがもたらされる。ソース電位にあるフィールドプレートが、ゲートをドレインバイアスから遮蔽(シールド)する。ゲートドレイン電荷(Qgd)が減少する。
The present invention relates to enhancement mode GaN HEMT devices in which gate spacers, gate metal materials and gate compounds are self-aligned, and methods of manufacturing such devices. These materials are patterned and etched using a single photomask, thereby reducing manufacturing costs. Further, the interface between the
図2及び3A−3Hを参照して、ゲートスペーサと自己整合(セルフアライン)ゲートとを有するエンハンスメントモードGaN HEMTデバイスの形成に関して第1実施形態を説明する。図面全体を通して、一貫して、同様の部分には似通った参照符号を使用する。図2は、図3A−3Hに関して後述する方法によって形成される、自己整合されたゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15を有するエンハンスメントモードGaN HEMTデバイス200を示している。デバイス200は、シリコン基板11、バッファ材料12、アンドープのGaNバッファ材料13、アンドープのAlGaNバリア材料14、III−V族ゲート化合物15、ゲートメタル17、誘電体材料18、ドレインオーミックコンタクト19、ソースオーミックコンタクト20、及び誘電体スペーサ21を含んでいる。ソースメタル20はまた、ドレインコンタクトに向かってゲートの上方を延在するフィールドプレートとしても作用する。
With reference to FIGS. 2 and 3A-3H, a first embodiment will be described with respect to forming an enhancement mode GaN HEMT device having a gate spacer and a self-aligned gate. Throughout the drawings, similar reference numerals are used for similar parts throughout. FIG. 2 shows an enhancement mode
図3Aは、GaN HEMTデバイス200aのEPI(エピ)構造を示しており、該EPI構造は、下から上に、シリコン基板11、バッファ材料12、アンドープのGaNバッファ材料13、アンドープのAlGaNバリア材料14、及びIII−V族ゲート化合物材料15を含んでいる。アンドープのGaNバッファ材料13は好ましくは、約0.5μmから約5μmの厚さを有する。アンドープのAlGaNバリア材料14は好ましくは、約50Åから約300Åの厚さを有する。アンドープのAlGaNバリア材料14は、AlGaN材料の金属含有物のうちの約12%から28%だけAlを含む。III−V族ゲート化合物15は、約500Åから約2000Åの厚さを有し得る。また、III−V族ゲート化合物15は、約1018原子/cm3から約1020原子/cm3の間のp型ドーピング濃度を有し得る。
FIG. 3A shows an EPI (epi) structure of a
図3Bに示すように、図3Aに示したEPI構造上にゲートメタル17が堆積される。ゲートメタル17は、代替的に、EPI成長の最後に成長されてもよい。ゲートメタル17は、例えばタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、パラジウム(Pd)、タングステン(W)、タングステンシリサイド(WSi2)といった、高融点金属又はその化合物からなり得る。
As shown in FIG. 3B,
その後、単一のフォトマスクを用いて、ゲートメタル17がパターニング及びエッチングされ、図3Cに示すスタック構造が得られる。ゲートメタル17は、例えばプラズマエッチングといった既知の技術によってエッチングされ、その後、フォトレジストの剥離が行われる。
Thereafter, the
続いて図3Dを参照するに、図3Cの構造上に、例えば酸化シリコン(SiO2)又はプラズマ化学気相成長(PECVD)による窒化シリコン(Si3N4)などの誘電体材料21が堆積される。誘電体材料21の堆積後、エッチバックプロセスによる誘電体材料21のパターニング及びエッチングが行われ、ゲートメタル17の側壁にスペーサ21が得られる(図3Eに示す)。
3D, a
続いて図3Fを参照するに、ゲートメタル17及びスペーサ21をハードマスクとして用いてIII−V族ゲート化合物15のエッチングが実行される。そして、図3Fの構造上に、例えばSi3N4などの誘電体材料18が堆積される。誘電体材料18の堆積後、コンタクト用フォトマスクを用いて誘電体材料18がエッチングされ、次いでフォトレジストの剥離が行われて、図3Gに示す構造が形成される。
Subsequently, referring to FIG. 3F, the III-
図3Gの構造上に、オーミックコンタクトメタルが堆積される。オーミックコンタクトメタルは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及びキャップメタルのスタック(積層体)からなり得る。オーミックメタルの堆積後、メタル用マスクを用いてオーミックコンタクトメタルがパターニング及びエッチングされて、図3Hに示すようなドレインオーミックコンタクト19及びソースオーミックコンタクト20が得られる。AlGaN/GaN 2DEGへのオーミックコンタクトを形成するために、高速熱アニール(RTA)が実行される。ソースオーミックコンタクトメタル20は、ゲートの上方にも設けられ、フィールドプレートとして機能する。これは、ドレインオーミックコンタクト19に近い側のIII−V族ゲート化合物15のコーナー部における電界を低減する。
On the structure of FIG. 3G, ohmic contact metal is deposited. The ohmic contact metal may be made of a stack (stacked body) of titanium (Ti), aluminum (Al), and cap metal. After the ohmic metal is deposited, the ohmic contact metal is patterned and etched using a metal mask to obtain a drain
上述の方法によれば、ゲートメタル17がパターニング及びエッチングされる。その後、ゲートメタル17の側壁に誘電体スペーサ21が形成される。そして、ゲートメタル17及びスペーサ21をハードマスクとして用いてIII−V族ゲート化合物がエッチングされる。ゲートメタル17、スペーサ21及びゲート化合物15は、単一のフォトマスクの後に形成され、故に、自動的にセルフアラインされる。オーミックコンタクトメタル19及び20は、Ti、Al及びキャップメタルのスタックからなる。ソースメタル20は、ゲート上方に及び、フィールドプレートとして作用する。これは、ドレイン側のゲートコーナーにおける電界を低減する。ソースオーミックコンタクトメタル20が、ドレインオーミックコンタクト19側のIII−V族ゲートのコーナー部における電界を緩和するフィールドプレートとして使用されるので、より低いゲートリーク電流と向上されたゲート信頼性とが達成される。さらに、ソース電位にあるフィールドプレートがゲートをドレインバイアスから遮蔽するので、ゲート−ドレイン電荷(Qgd)が低減される。
According to the method described above, the
次に、図4及び5A−5Gを参照して、本発明の第2実施形態を説明する。図4は、図5A−5Gに示す方法によって形成されるゲートスペーサ21を有するエンハンスメントモードGaN HEMTデバイス300を示している。得られるデバイス300は、自己整合されたゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15を有することになる。図4のデバイス300は、それが含むスペーサ21がゲートメタル17の側壁のみでなくIII−V族ゲート化合物15の側壁にも形成されている点で、図2のデバイス200と異なる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5A-5G. FIG. 4 shows an enhancement mode
図5Aは、EPI構造300aを示しており、該EPI構造は、下から上に、シリコン基板11、バッファ材料12、アンドープのGaNバッファ材料13、アンドープのAlGaNバリア材料14、及びIII−V族ゲート化合物材料15を含んでいる。これら様々な材料の寸法及び組成は、第1実施形態のそれらと同様である。
FIG. 5A shows an
図5Bに示すように、第1実施形態においてのように、図5Aに示したEPI構造上にゲートメタル17が堆積あるいは成長される。
As shown in FIG. 5B, as in the first embodiment, the
その後、単一のフォトマスクを用いて、ゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15のパターニング及びエッチングが行われ、図5Cに示す状態及び構造が得られる(フォトレジストの剥離が行われた後)。
Thereafter, patterning and etching of the
図5Dを参照するに、先と同様に、図5Cの構造上に例えば酸化シリコン(SiO2)などの誘電体材料21が堆積される。誘電体材料21の堆積後、エッチバックプロセスが実行されて、誘電体材料21のパターニング及びエッチングが行われ、ゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15の側壁にスペーサ21が得られる(図5Eに示す)。
Referring to FIG. 5D, as before, a
そして、図5Eの構造上に例えばSi3N4などの誘電体材料18が堆積される。誘電体材料18の堆積後、コンタクト用フォトマスクを用いて誘電体材料18がエッチングされ、次いでフォトレジストの剥離が行われて、図5Fに示す構造が形成される。
A
図5Fの構造上に、オーミックコンタクトメタルが堆積される。オーミックコンタクトメタルは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及びキャップメタルのスタックからなり得る。オーミックメタルの堆積後、メタル用マスクを用いてオーミックコンタクトメタルがパターニング及びエッチングされて、図5Gに示すようなドレインオーミックコンタクト19及びソースオーミックコンタクト20が得られる。AlGaN/GaN 2DEGへのオーミックコンタクトを形成するために、高速熱アニール(RTA)が実行される。ソースオーミックコンタクトメタル20は、ゲートの上方にも設けられ、フィールドプレートとして機能する。これは、ドレインオーミックコンタクト19に近い側のIII−V族ゲート化合物15のコーナー部における電界を低減する。
On the structure of FIG. 5F, ohmic contact metal is deposited. The ohmic contact metal may consist of a stack of titanium (Ti), aluminum (Al) and cap metal. After the ohmic metal is deposited, the ohmic contact metal is patterned and etched using a metal mask to obtain a drain
上述の方法によれば、ゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15が、単一のフォトマスクを用いてパターニング及びエッチングされ、故に、セルフアラインされ、第1実施形態と同じ利点を有する。
According to the method described above, the
次に、図6及び7A−7Hを参照して、本発明の第3実施形態を説明する。図6は、図7A−7Hに関して説明する方法によって形成される、自己整合されたゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15を有するエンハンスメントモードGaN HEMTデバイス400を示している。デバイス400は、シリコン基板11、バッファ材料12、アンドープのGaNバッファ材料13、アンドープのAlGaNバリア材料14、III−V族ゲート化合物15、ゲートメタル17、誘電体材料18、ドレインオーミックコンタクト19、ソースオーミックコンタクト20、誘電体スペーサ21、及び誘電体膜22を含んでいる。ソースメタル20はまた、ドレインコンタクトに向かってゲートの上方を延在するフィールドプレートとしても作用する。
Next, with reference to FIG. 6 and 7A-7H, 3rd Embodiment of this invention is described. FIG. 6 shows an enhancement mode
図7Aは、GaN HEMTデバイス400aのEPI構造を示しており、該EPI構造は、下から上に、シリコン基板11、バッファ材料12、アンドープのGaNバッファ材料13、アンドープのAlGaNバリア材料14、及びIII−V族ゲート化合物材料15を含んでいる。アンドープのGaNバッファ材料13は好ましくは、約0.5μmから約5μmの厚さを有する。アンドープのAlGaNバリア材料14は好ましくは、約50Åから約300Åの厚さを有する。アンドープのAlGaNバリア材料14は、AlGaN材料の金属含有物のうちの約12%から28%だけAlを含む。III−V族ゲート化合物15は、約500Åから約2000Åの厚さを有し得る。また、III−V族ゲート化合物15は、約1018原子/cm3から約1020原子/cm3の間のp型ドーピング濃度を有し得る。
FIG. 7A shows the EPI structure of the
図7Bに示すように、図7Aに示したEPI構造上にゲートメタル17が堆積される。ゲートメタル17は、代替的に、EPI成長の最後に成長されてもよい。ゲートメタル17は、例えばタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、パラジウム(Pd)、タングステン(W)、タングステンシリサイド(WSi2)といった、高融点金属又はその化合物からなり得る。ゲートメタル17上に、何らかの既知のプロセスにより、例えば酸化シリコン(SiO2)などの誘電体膜22が堆積あるいは形成される。
As shown in FIG. 7B, a
その後、単一のフォトマスクを用いて、ゲートメタル17及び誘電体膜22がパターニング及びエッチングされ、図7Cに示すスタック構造が得られる。ゲートメタル17及び誘電体膜22は、例えばプラズマエッチングといった既知の技術によってエッチングされ、その後、フォトレジストの剥離が行われる。
Thereafter, the
続いて図7Dを参照するに、図7Cの構造上に、例えば酸化シリコン(SiO2)又はプラズマ化学気相成長(PECVD)による窒化シリコン(Si3N4)などの誘電体材料21が堆積される。誘電体材料21の堆積後、エッチバックプロセスによる誘電体材料21のパターニング及びエッチングが行われ、ゲートメタル17及び誘電体膜22の側壁にスペーサ21が得られる(図7Eに示す)。
7D, a
続いて図7Fを参照するに、ゲートメタル17上の誘電体膜22とスペーサ21とをハードマスクとして用いてIII−V族ゲート化合物15のエッチングが実行される。そして、図7Fの構造上に、例えばSi3N4などの誘電体材料18が堆積される。誘電体材料18の堆積後、コンタクト用フォトマスクを用いて誘電体材料18がエッチングされ、次いでフォトレジストの剥離が行われて、図7Gに示す構造が形成される。
Subsequently, referring to FIG. 7F, the III-
図7Gの構造上に、オーミックコンタクトメタルが堆積される。オーミックコンタクトメタルは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及びキャップメタルのスタックからなり得る。オーミックメタルの堆積後、メタル用マスクを用いてオーミックコンタクトメタルがパターニング及びエッチングされて、図7Hに示すようなドレインオーミックコンタクト19及びソースオーミックコンタクト20が得られる。AlGaN/GaN 2DEGへのオーミックコンタクトを形成するために、高速熱アニール(RTA)が実行される。ソースオーミックコンタクトメタル20は、ゲートの上方にも設けられ、フィールドプレートとして機能する。これは、ドレインオーミックコンタクト19に近い側のIII−V族ゲート化合物15のコーナー部における電界を低減する。
An ohmic contact metal is deposited on the structure of FIG. 7G. The ohmic contact metal may consist of a stack of titanium (Ti), aluminum (Al) and cap metal. After the ohmic metal is deposited, the ohmic contact metal is patterned and etched using a metal mask to obtain a drain
次に、図8及び9A−9Gを参照して、本発明の第4実施形態を説明する。図8は、図9A−9Gに示す方法によって形成されるゲートスペーサ21を有するエンハンスメントモードGaN HEMTデバイス500を示している。得られるデバイス500は、自己整合されたゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15を有することになる。デバイス500は、それが含むスペーサ21がゲートメタル17及び誘電体膜22の側壁のみでなくIII−V族ゲート化合物15の側壁にも形成されている点で、図6のデバイス400と異なる。
Next, with reference to FIG. 8 and 9A-9G, 4th Embodiment of this invention is described. FIG. 8 shows an enhancement mode
図9Aは、EPI構造500aを示しており、該EPI構造は、下から上に、シリコン基板11、バッファ材料12、アンドープのGaNバッファ材料13、アンドープのAlGaNバリア材料14、及びIII−V族ゲート化合物材料15を含んでいる。これら様々な材料の寸法及び組成は、上述の第3実施形態のそれらと同様である。
FIG. 9A shows an
図9Bに示すように、第3実施形態においてのように、図9Aに示したEPI構造上にゲートメタル17が堆積あるいは成長され、その後、ゲートメタル17上に誘電体膜22(例えばSiO2)が形成される。
As shown in FIG. 9B, as in the third embodiment, the
その後、単一のフォトマスクを用いて、誘電体膜22、ゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15のパターニング及びエッチングが行われ、図9Cに示す状態及び構造が得られる(フォトレジストの剥離が行われた後)。
Thereafter, patterning and etching of the
図9Dを参照するに、第3実施形態と同様に、図9Cの構造上に例えば酸化シリコン(SiO2)又はプラズマ化学気相成長(PECVD)による窒化シリコン(Si3N4)などの誘電体材料21が堆積される。誘電体材料21の堆積後、エッチバックプロセスが実行されて、誘電体材料21のパターニング及びエッチングが行われ、誘電体膜22、ゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15の側壁にスペーサ21が得られる(図9Eに示す)。
Referring to FIG. 9D, as in the third embodiment, a dielectric such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is formed on the structure of FIG. 9C.
そして、図9Eの構造上に例えばSi3N4などの誘電体材料18が堆積される。誘電体材料18の堆積後、コンタクト用フォトマスクを用いて誘電体材料18がエッチングされ、次いでフォトレジストの剥離が行われて、図9Fに示す構造が形成される。
Then, a
図9Fの構造上に、オーミックコンタクトメタルが堆積される。オーミックコンタクトメタルは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及びキャップメタルのスタックからなり得る。オーミックメタルの堆積後、メタル用マスクを用いてオーミックコンタクトメタルがパターニング及びエッチングされて、図9Gに示すようなドレインオーミックコンタクト19及びソースオーミックコンタクト20が得られる。AlGaN/GaN 2DEGへのオーミックコンタクトを形成するために、高速熱アニール(RTA)が実行される。ソースオーミックコンタクトメタル20は、ゲートの上方にも設けられ、フィールドプレートとして機能する。これは、ドレインオーミックコンタクト19に近い側のIII−V族ゲート化合物15のコーナー部における電界を低減する。
On the structure of FIG. 9F, ohmic contact metal is deposited. The ohmic contact metal may consist of a stack of titanium (Ti), aluminum (Al) and cap metal. After the ohmic metal is deposited, the ohmic contact metal is patterned and etched using a metal mask to obtain a drain
上述の方法によれば、ゲートメタル17及びIII−V族ゲート化合物15が、単一のフォトマスクを用いてパターニング及びエッチングされ、故に、セルフアラインされ、第1乃至第3の実施形態と同じ利点を有する。
According to the above-described method, the
以上の説明及び図面は単に、ここに記載された特徴及び利点を達成する特定の実施形態の例示と見なされるべきものである。具体的なプロセス条件には変更及び代用が為され得る。従って、本発明の実施形態は、以上の説明及び図面によって限定されるものとして見なされるものではない。 The above description and drawings are merely to be regarded as illustrative of specific embodiments for achieving the features and advantages described herein. Specific process conditions can be changed and substituted. Accordingly, the embodiments of the invention are not to be considered as limited by the foregoing description and drawings.
Claims (19)
前記基板上のバッファ材料と、
前記バッファ材料上のバリア材料と、
前記バリア材料上のゲートIII−V族化合物と、
前記ゲートIII−V族化合物上のゲートメタルと、
少なくとも前記ゲートメタルの側壁に形成されたスペーサ材料と、
を有するエンハンスメントモードGaNトランジスタ。 A substrate,
A buffer material on the substrate;
A barrier material on the buffer material;
A gate III-V compound on the barrier material;
A gate metal on the gate III-V compound;
A spacer material formed on at least the side wall of the gate metal;
An enhancement mode GaN transistor having:
基板上にバッファ材料を形成し、
前記バッファ材料上にAlGaNバリアを形成し、
前記AlGaNバリア上にIII−V族化合物を形成し、
前記III−V族化合物上にゲートメタルを有するスタックを形成し、
少なくとも前記ゲートメタルスタックの側壁にスペーサ材料を形成し、
前記ゲートメタル及び前記スペーサ材料をマスクとして用いて、前記III−V族化合物をエッチングし、
誘電体層を堆積し、
ドレインコンタクト領域及びソースコンタクト領域を開口するよう、前記誘電体層をエッチングし、且つ
前記開口したドレインコンタクト領域及びソースコンタクト領域内に、オーミックドレインコンタクト及びオーミックソースコンタクトを形成する、
ことを有する方法。 A method of manufacturing an enhancement mode GaN transistor comprising:
Forming a buffer material on the substrate;
Forming an AlGaN barrier on the buffer material;
Forming a III-V compound on the AlGaN barrier;
Forming a stack having a gate metal on the III-V compound;
Forming a spacer material on at least the side wall of the gate metal stack;
Etching the III-V compound using the gate metal and the spacer material as a mask,
Deposit a dielectric layer,
Etching the dielectric layer to open a drain contact region and a source contact region, and forming an ohmic drain contact and an ohmic source contact in the opened drain contact region and source contact region;
A method that has that.
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