JP2016529712A - 閾値電圧がマッチングした集積回路およびこれを作製するための方法 - Google Patents

閾値電圧がマッチングした集積回路およびこれを作製するための方法 Download PDF

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Abstract

基板、前記基板にわたって形成されたバッファー層、前記バッファー層にわたって形成されたバリア層、およびエンハンスメントモードデバイスを、デプレーションモードデバイスと分離する分離領域、を有する集積回路。前記集積回路は、1つのゲートコンタクト凹部中に位置されたエンハンスメントモードデバイスのための第1のゲートコンタクトおよび第2のゲートコンタクト凹部中に位置されたデプレーションモードデバイスのための第2のゲートコンタクトをさらに含む。

Description

本発明の背景
1.本発明の分野:
本発明は、一般的には集積回路およびデバイスに、およびより特には、エンハンスメントモードおよびデプレーション(depletion)モードデバイスの閾値電圧をマッチングさせること、および窒化ガリウム(GaN)デバイスの出力キャパシタンスを低減させることに関する。
2.関連技術分野の説明:
GaN半導体デバイスは、高周波で切り替わる、大電流を搬送する、および高電圧を維持する(support high voltages)その能力のために、ますます所望される。これらのデバイスの発展は、一般的には、高出力/高周波用途を目的としてきた。これらのタイプの用途のために作製されたデバイスは、高電子移動度を示す一般的デバイス構造に基づき、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)または変調ドープ電界効果トランジスタ(MODFET)と広く称される。これらのタイプのデバイスは、典型的には、例えば30V〜2000ボルトなどの高電圧に耐え、一方で、例えば100kHz〜100GHzなどの高周波で操作することができる。
GaN HEMTデバイスには、少なくとも2つの窒化物層を有する窒化物半導体が含まれる。半導体上でまたはバッファー層上で形成された異なる材料により、層が異なるバンドギャップを有することを生じさせる。隣接する窒化物層中の異なる材料によりまた分極を生じさせ、これは、具体的には、より狭いバンドギャップを有する層において、2つの層の接合部付近の導電性二次元電子ガス(2DEG)領域の一因となる。
分極を生じさせる窒化物層には、典型的には、2DEGを含むためのGaNの層に隣接するAlGaNのバリア層が含まれ、これにより、電荷がデバイスを通って流れることが可能となる。このバリア層は、ドープされていても、未ドープであってもよい。2DEG領域が、ゼロゲートバイアスにおけるゲートの下に存在するので、ほとんどの窒化物デバイスはノーマリーオン(normally on)またはデプレーションモードデバイスである。2DEG領域が、ゼロ適用ゲートバイアスにおけるゲートの下で(below the gate at zero applied gate bias)空乏されている(すなわち、除去されている)場合には、デバイスは、エンハンスメントモードデバイスであり得る。提供する追加の安全性により、および単純で低コスト駆動回路により制御するのがより容易であるので、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、望ましいものである。電流を伝導させるために、エンハンスメントモードデバイスは、ゲートで印加されるポジティブバイアスを必要とする。
集積回路設計によっては、高電子移動度トランジスタ(HEMT)または疑似格子整合(pseudomorphic)高電子移動度トランジスタ((p−)HEMT)は、閾値電圧VThの負の値を有するデプレーションモードトランジスタおよび閾値電圧VThの正の値を有するエンハンスメントモードトランジスタに分けられる。かかる設計において、エンハンスメントモードおよびデプレーションモードデバイスの閾値電圧VThの絶対値が等しいことが望ましい。例えば、エンハンスメントモード閾値電圧VThが、正の1.5ボルトである場合には、デプレーションモードデバイス閾値電圧VThは、負の1.5ボルトでなければならない。
本発明は、同じ絶対値を有するエンハンスメントモードおよびデプレーションモードデバイスを達成するためのアプローチを提供する。
本発明の要約
以下に記載される実施形態は、エンハンスメントモードデバイスおよびデプレーションモードデバイスを有する集積回路を提供することにより、上記で検討された問題および他の問題に対処し、前記集積回路は、ゲートの下の窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)バリア層中に、2つのデバイスを分離する分離領域およびより薄い領域またはゲートコンタクト凹部を含み、これを使用してエンハンスメントモードおよびデプレーションモードデバイスの閾値電圧VThを変調することができ、これにより、閾値電圧の絶対値がおよそ等しくなる。
特に、本願において開示される集積回路は、基板;前記基板にわたって形成された少なくとも1つのバッファー層;前記少なくとも1つのバッファー層にわたって形成されたバリア層;および第1のトランジスタデバイスのための前記バリア層の第1の一部分を、第2のトランジスタデバイスのための前記バリア層の第2の一部分と分離するように形成された分離領域、を有し、前記バリア層の前記第1のおよび第2の一部分は、それぞれ個別にゲートコンタクト凹部を有する。集積回路は、第1のトランジスタデバイスのためのバリア層の第1の一部分のゲートコンタクト凹部に少なくとも部分的に位置された第1のゲートコンタクト;および第2のトランジスタデバイスのためのバリア層の第2の一部分のゲートコンタクト凹部に少なくとも部分的に位置された第2のゲートコンタクト、をさらに含む。例示的実施形態において、第1のおよび第2のトランジスタデバイスは、それぞれエンハンスメントモードデバイスおよびデプレーションモードデバイスである。
例示的実施形態の1つの目的は、より低いゲート−ドレインキャパシタンス(Cgd)およびより低い出力キャパシタンス(Coss)を有する、窒化ガリウム電源デバイスを提供することである。例示的実施形態によれば、より薄いAlGaNバリアのゲートコンタクト凹部は、ドレインに向かってゲートコンタクトの外側で伸びている。この実施形態において、ドレイン側ゲートコーナー(gate corner)におけるバリアがより薄いため、デバイスは、より低い2DEG密度を有し、したがって、ゲート−ドレインキャパシタンス(Cgd)および出力キャパシタンス(Coss)が低減される。
図面の簡単な説明
本開示の上記のおよび他の特徴、目的、および利点は、同類の参照記号が本願を通じて対応して同定する図面と合わせる場合に、以下に記載の詳細な説明からより明らかにされるであろう:
図1は、本発明の例示的実施形態による、マッチングした閾値電圧VThを有するエンハンスメントモードおよびデプレーションモードデバイスを有する集積回路を例示する。 図2は、本発明の代替的実施形態による、集積回路100のエンハンスメントモードデバイスを例示する。 図3は、本発明の代替的実施形態による、集積回路100のデプレーションモードデバイスを例示する。 図4は、ゲートの下のみより薄いバリアを有するデバイス、および本発明の例示的実施形態による、ドレインに向かってゲートの外側で伸びるより薄いバリアを有する別のデバイスの出力キャパシタンス(Coss)の概略図による比較である。 図5Aは、本発明の例示的実施形態による、マッチングした閾値電圧VThを有する、エンハンスメントモードデバイスおよびデプレーションモードデバイスを有する集積回路を形成するための作製プロセスを例示する。 図5Bは、本発明の例示的実施形態による、マッチングした閾値電圧VThを有する、エンハンスメントモードデバイスおよびデプレーションモードデバイスを有する集積回路を形成するための作製プロセスを例示する。 図5Cは、本発明の例示的実施形態による、マッチングした閾値電圧VThを有する、エンハンスメントモードデバイスおよびデプレーションモードデバイスを有する集積回路を形成するための作製プロセスを例示する。 図5Dは、本発明の例示的実施形態による、マッチングした閾値電圧VThを有する、エンハンスメントモードデバイスおよびデプレーションモードデバイスを有する集積回路を形成するための作製プロセスを例示する。 図5Eは、本発明の例示的実施形態による、マッチングした閾値電圧VThを有する、エンハンスメントモードデバイスおよびデプレーションモードデバイスを有する集積回路を形成するための作製プロセスを例示する。 図5Fは、本発明の例示的実施形態による、マッチングした閾値電圧VThを有する、エンハンスメントモードデバイスおよびデプレーションモードデバイスを有する集積回路を形成するための作製プロセスを例示する。
例示的実施形態の詳細な説明
以下の詳細な説明において、特定の実施形態が参照される。これらの実施形態は、十分に詳細に説明され、当業者がそれらを実施することを可能にする。他の実施形態を用いてもよいこと、および種々の構造的、論理的および電気的変更がなされ得ることが理解されなければならない。以下の詳細な説明において開示される特徴の組み合わせは、最も広い意味における教示を実行するために必要でなくてもよく、その代わりに単に教示されて、本願の教示の代表的な例を特に説明する。
図1は、本発明の例示的実施形態による集積回路の第1の実施形態を例示する。示されるとおり、集積回路100には、エンハンスメントモード101およびデプレーションモードデバイス201が含まれる。集積回路100は、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(Si)、サファイア、または半導体作製のための他のあらゆる好適な材料などから形成された基板302上に形成される。次に、1つまたはバッファー層303(one or buffer layers 303)を、基板302の上で形成する。バッファー層303は、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウムなどを含み得る。例示的実施形態において、バッファー層の1つ(すなわち、バリア層304に最も近いバッファー層)はチャネル層であり、好ましくは窒化ガリウム(GaN)から構成される。チャネル層がバッファー層の1つとしてまたはバッファー層およびバリア層間の別の層としてみなされ得ることが理解されなければならない。さらに、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)または窒化インジウムアルミニウムガリウム(InAlGaN)から形成されたバリア層304をバッファー層303の上で形成することができ、これは、実施形態によっては、AlGaNの下の窒化アルミニウム(AlN)スペーサーおよびAlGaNの上の窒化ガリウム(GaN)キャップを含み得る(図示せず)。上記のとおり、二次元電子ガス(「2DEG」)領域(参照記号によってマークしない)を、バッファー層303およびバリア層304間の界面で形成する。例えば、バッファー層303がGaNで形成されたチャネル層を含む場合には、2DEG領域は、GaN層およびバリア層304間の界面で形成される。
さらに示されるとおり、エンハンスメントモードデバイス101は、ソース102、ゲート103、およびドレイン105を含み、誘電体フィルム107は、デバイスおよび任意のフィールドプレート106を覆う。同様に、デプレーションモードデバイス201は、ソース202、ゲート203、およびドレイン205を含み、また誘電体フィルム207および任意のフィールドプレート206を含む。分離領域301は、バリア層304中で形成されて、前記バリア層をエンハンスメントモードデバイス101およびデプレーションモードデバイス201のための、第1のおよび第2の一部分に分割する。分離領域301が図1のバリア304においてエッチングされたウィンドウとして例示されているが、代替的な実施形態においては、当業者には理解されるであろうように、分離領域301をイオン注入により形成することができることが十分に理解されなければならない。
エンハンスメントモードデバイス101の閾値電圧VThを変調するために、バリア層304は、ゲート103の下に位置されていないバリア層304の一部分に対してゲート103の下のより薄い一部分104(すなわち、ゲートコンタクト部分104)を含む。ゲート103の下のバリア層のより薄い部分104は、正の閾値電圧VThの値を増加させる。図1において示されるとおり、ゲート103は、ゲートコンタクト凹部104の全幅に伸びている。同様に、デプレーションモードデバイス201の閾値電圧VThを変調するために、バリア層304は、ゲート203の下に位置されていないバリア層204の一部分に対してゲート203の下のより薄い一部分204(すなわち、ゲートコンタクト部分204)を含む。ゲート203の下のバリア層のより薄い部分204は、負の閾値電圧VThの値を減少させる。図1において示されるとおり、ゲート203は、ゲートコンタクト凹部204の全幅に伸びている。
図1において例示される集積回路100の例示的実施形態において、AlGaNバリア凹部、またはゲート103、203の下のより薄いバリア(すなわち、ゲートコンタクト凹部)104、204をそれぞれ使用して、エンハンスメントモードデバイス101およびデプレーションモードデバイス201の閾値電圧VThを変調することができ、これにより、閾値電圧の絶対値がおよそ等しくなる。特に、作製の間、ゲートコンタクト凹部の厚さを個別のデバイスについて調節して、これにより、閾値電圧の絶対値がおよそ等しくなる。
図2は、本発明の代替的実施形態による、集積回路100のエンハンスメントモードデバイスを例示する。同様に、図3は、本発明の代替的実施形態による、集積回路100のデプレーションモードデバイスを例示する。
図2および3のこれらの実施形態において示されるとおり、エンハンスメントモードデバイス1001およびデプレーションモードデバイス2001の凹んだバリア1004、2004は、ドレイン1005、2005に向かって、ゲート1003、2003の側部/端部の外側で伸びるか、または前記側部/端部を通って伸びる(extends outside or past the sides/edges of the gate 1003,2003,towards the drain 1005,2005)。この配置は、出力キャパシタンスCoss、ゲート−ドレインキャパシタンスCgdおよびドレイン−ソース漏れ(leakage)をさらに低減させ、またドレインからソースへの絶縁破壊電圧を増加させる。
そうでない場合には、図2および3において個別に例示される、エンハンスメントモードデバイス1001およびデプレーションモードデバイス2001のそれぞれは、図1に示されたデバイスと同一であることが留意される。特に、図2において示されたエンハンスメントモードデバイス1001は、ソース1002、ゲート1003、およびドレイン1005、デバイスを覆う誘電体フィルム1007、および任意にフィールドプレート1006を含む。同様に、図3において示されたデプレーションモードデバイス2001は、ソース2002、ゲート2003、およびドレイン2005、デバイスを覆う誘電体フィルム2007、および任意にフィールドプレート2006を含む。
図4は、図2および3の実施形態において示されるとおりの、ドレインに向かってゲートの外側でより薄いAlGaNバリアを伸ばすことによる、出力キャパシタンスCossの低減の程度を概略的に例示する。示されるとおり、図2および3において具体化されたデバイスについての出力キャパシタンスCossは、ドレインからソースへの電圧(Vds)が比較的低い場合には、より低い。
図5A〜5Fは、本発明の例示的実施形態による、エンハンスメントモードデバイス101およびデプレーションモードデバイス201を有する集積回路100を製造するための方法を例示する。
最初に、図5Aに示されるとおり、EPIを基板層302上で成長させる。上記のとおり、基板302は、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、サファイア、または他のあらゆる好適な材料などから形成されている。1つまたは2つ以上のバッファー層が、次いで基板層302の最上部上で形成される。バッファー層303は、AlN、AlGaN、およびGaNを含み得る。AlGaNバリア層304を、次いでバッファー層303の上で形成することができる。一実施形態において、AlNスペーサーを、AlGaNバリア層304の下で提供することができ、GaNキャップを、AlGaNバリア層304の上で提供することができる。EPI構造の層のそれぞれを堆積することができるか、またはそうでない場合には、当業者に理解されるであろうとおり、従来の堆積手法を使用して基板302にわたって形成することができる。
次に、図5Bにおいて示されるとおり、フォトレジスト(図示せず)を前記構造に適用して、バリア層304の一部分を部分的にエッチングする。このエッチングにより、バリア層304の残部より薄い(すなわち、より小さい厚さ)の2つのエリア104、204を有するバリア層304が得られる。
バリア層304のこれらのより薄い部分が形成された後、pGaN層を上面にわたって成長させ、これをパターン化してエッチングして、図5Cに示されるとおりのエンハンスメントモードデバイスゲート103を形成する。示される例において、より薄いバリア104は、図3に例示された実施形態と同様に、ゲート103の外側で伸びている。
次に、図5Dを参照して、誘電体層107を、ゲート103、より薄い部分104、より薄い部分204およびバリア層304の残部にわたって堆積する。誘電体層107をパターン化して、ソースおよびドレインコンタクトのためのエリアを除去する(すなわち、コンタクト開口ウィンドウ108を創出する)。
図5Eにおいて示されるとおり、コンタクト開口ウィンドウ108が形成された後、抵抗コンタクト層を堆積する。例示的実施形態において、コンタクト層は、典型的にはTi、Alおよびキャップ層を含む。図5Eは、コンタクト層をパターン化してエッチングして、エンハンスメントモードおよびデプレーションモードデバイスのそれぞれの、ソースコンタクト102、202、ドレインコンタクト105、205;およびフィールドプレート106、206を形成することを例示する。コンタクト層金属をエッチングする間、バリア層を通ってエッチングして層を第1のおよび第2の部分に分割するので(as it etches though the barrier layer to divide the layer into first and second portions)、2つのデバイス間の分離領域301を形成することができる。上記のとおり、図5Eにおいて例示された例示的方法は、エッチングして分離領域301を形成するステップを例示するが、代替的実施形態において、分離領域301を、当業者に理解されるであろうとおり、イオン注入により形成することができる。
最後に、図5Fにおいて示されるとおり、構造をパターン化してエッチングして、デプレーションモードデバイスの誘電体フィルム107中に開口を形成する。ショットキー金属をこの開口中に堆積してリフトオフして、デプレーションモードデバイスのゲート203を形成する。
上記の説明および図面は、本願において記載される特徴および利点を達成する具体的な実施形態について例示的なものとしてのみ考慮されなければならない。具体的なプロセス条件への改変および置換がなされてもよい。したがって、本発明の実施形態は、上記の説明および図面により限定されるものとみなされるものではない。

Claims (17)

  1. 以下:
    基板;
    前記基板にわたって形成された少なくとも1つのバッファー層;
    前記少なくとも1つのバッファー層にわたって形成されたGaNチャネル層;
    前記GaNチャネル層にわたって形成されたバリア層;
    第1のトランジスタデバイスのための前記バリア層の第1の一部分を、第2のトランジスタデバイスのための前記バリア層の第2の一部分と分離する分離領域であって、前記バリア層の前記第1のおよび第2の一部分は、それぞれ個別にゲートコンタクト凹部を有する、分離領域;
    前記第1のトランジスタデバイスのための前記バリア層の前記第1の一部分の前記ゲートコンタクト凹部に少なくとも部分的に位置された第1のゲートコンタクト;および
    前記第2のトランジスタデバイスのための前記バリア層の前記第2の一部分の前記ゲートコンタクト凹部に少なくとも部分的に位置された第2のゲートコンタクト、
    を含む、集積回路。
  2. 前記第1のゲートコンタクトが、前記第1のトランジスタデバイスのための前記バリア層の前記第1の一部分の前記ゲートコンタクト凹部の全幅に伸びている、請求項1に記載の集積回路。
  3. 前記第2のゲートコンタクトが、前記第2のトランジスタデバイスのための前記バリア層の前記第2の一部分の前記ゲートコンタクト凹部の全幅に伸びている、請求項1に記載の集積回路。
  4. 以下:
    前記バリア層の前記第1の一部分上の第1のソースおよびドレインコンタクト;および
    前記バリア層の前記第2の一部分上の第2のソースおよびドレインコンタクト、
    をさらに含む、請求項1に記載の集積回路。
  5. 前記第1のおよび第2のゲートコンタクトおよび前記バリア層の前記第1のおよび第2の一部分にわたって位置された誘電体層をさらに含む、請求項4に記載の集積回路。
  6. 前記バリア層の前記第1のおよび第2の一部分にわたって位置された第1のおよび第2のフィールドプレートをさらに含む、請求項5に記載の集積回路。
  7. 前記第1のトランジスタデバイスが、エンハンスメントモードであり、前記第2のトランジスタデバイスが、デプレーションモードデバイスである、請求項6に記載の集積回路。
  8. 前記エンハンスメントモードデバイスの閾値電圧の絶対値が、前記デプレーションモードデバイスの閾値電圧の絶対値におよそ等しい、請求項7に記載の集積回路。
  9. 前記第1のゲートコンタクトが、前記第1のトランジスタデバイスのための前記バリア層の前記第1の一部分の前記ゲートコンタクト凹部の全幅に伸び、前記第2のゲートコンタクトが、前記第2のトランジスタデバイスのための前記バリア層の前記第2の一部分の前記ゲートコンタクト凹部の全幅に伸びている、請求項7に記載の集積回路。
  10. 前記個別のゲートコンタクト凹部が、前記個別の第1のおよび第2のゲートコンタクトにより覆われていない一部分をそれぞれ含む、請求項7に記載の集積回路。
  11. 前記バリア層が、第1の厚さを有し、前記バリア層の前記ゲートコンタクト凹部が、前記第1の厚さより小さい第2の厚さを有する、請求項1に記載の集積回路。
  12. 集積回路を作製するための方法であって、前記方法は、以下のステップ:
    基板層上で少なくとも1つのバッファー層を形成するステップ;
    前記少なくとも1つのバッファー層にわたってバリア層を形成するステップ;
    前記バリア層上でフォトレジストを形成するステップ;
    前記バリア層をエッチングして、第1のおよび第2のゲートコンタクト凹部を形成するステップ;
    前記第1のおよび第2のゲートコンタクト凹部の一方において、第1のゲートコンタクトを形成するステップ;
    前記バリア層にわたって誘電体層を堆積するステップ;
    前記誘電体層および前記バリア層をエッチングして、前記誘電体層中に複数のコンタクト開口を形成するステップ;および
    前記第1のおよび第2のゲートコンタクト凹部間で、前記バリア層中に分離領域を形成するステップ、
    を含む、方法。
  13. 以下のステップ:
    前記第1のおよび第2のゲートコンタクト凹部の一方にわたって前記誘電体層を堆積するステップ;および
    ショットキー金属を堆積して、前記第1のおよび第2のゲートコンタクト凹部中で第2のゲートコンタクトを形成するステップ、
    をさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記複数のコンタクト開口中に抵抗コンタクト層を堆積して、第1のおよび第2のトランジスタデバイスのための個別のソースおよびドレインコンタクトを形成するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記第1のトランジスタデバイスが、エンハンスメントモードであり、前記第2のトランジスタデバイスが、デプレーションモードデバイスである、請求項14に記載の方法。
  16. 前記第1のおよび第2のゲートコンタクト凹部を形成するための前記バリア層をエッチングするステップが、前記エンハンスメントモードデバイスの閾値電圧の絶対値が、前記デプレーションモードデバイスの閾値電圧の絶対値におよそ等しくなるような厚さを有する、前記第1のおよび第2のゲートコンタクト凹部のそれぞれを形成するステップを含む、請求項15に記載の方法。
  17. 前記第1のおよび第2のゲートコンタクト凹部の一方において、前記第1のゲートコンタクトを形成するステップが、前記ゲートコンタクト凹部において部分的にのみ前記第1のゲートコンタクトを形成するステップを含む、請求項16に記載の方法。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9171911B2 (en) * 2013-07-08 2015-10-27 Efficient Power Conversion Corporation Isolation structure in gallium nitride devices and integrated circuits
WO2016157718A1 (ja) * 2015-04-02 2016-10-06 パナソニック株式会社 窒化物半導体装置
FR3051072B1 (fr) 2016-05-04 2018-06-01 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif electronique de puissance a structure d'interconnexion electrique plane
DE102016123934A1 (de) * 2016-12-09 2018-06-14 United Monolithic Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Transistors
TWI660465B (zh) 2017-07-28 2019-05-21 新唐科技股份有限公司 半導體元件及其製造方法
CN110429028B (zh) * 2019-08-01 2021-11-19 福建省福联集成电路有限公司 一种晶体管器件增强型和耗尽型栅极集成制作方法及器件
WO2024092544A1 (en) * 2022-11-02 2024-05-10 Innoscience (Zhuhai) Technology Co., Ltd. Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing thereof

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01286369A (ja) * 1988-05-12 1989-11-17 Fujitsu Ltd 電界効果トランジスタの製造方法
JPH0864775A (ja) * 1994-06-29 1996-03-08 Philips Electron Nv 半導体装置の製造方法
JPH11204496A (ja) * 1998-01-19 1999-07-30 Toshiba Corp エッチング方法及び成膜方法
JP2002016245A (ja) * 2000-06-29 2002-01-18 Nec Corp 半導体装置
JP2005203642A (ja) * 2004-01-16 2005-07-28 Eudyna Devices Inc 半導体装置及びその製造方法
JP2007537593A (ja) * 2004-05-11 2007-12-20 クリー インコーポレイテッド ソース接続フィールドプレートを備えるワイドバンドギャップhemt
JP2008258261A (ja) * 2007-04-02 2008-10-23 Nec Electronics Corp 半導体装置
WO2010134468A1 (ja) * 2009-05-19 2010-11-25 株式会社村田製作所 半導体スイッチ装置、および半導体スイッチ装置の製造方法
JP2013077635A (ja) * 2011-09-29 2013-04-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置およびその製造方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3476841D1 (en) * 1983-11-29 1989-03-30 Fujitsu Ltd Compound semiconductor device and method of producing it
US5100831A (en) * 1990-02-16 1992-03-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for fabricating semiconductor device
US5514605A (en) * 1994-08-24 1996-05-07 Nec Corporation Fabrication process for compound semiconductor device
US6703638B2 (en) * 2001-05-21 2004-03-09 Tyco Electronics Corporation Enhancement and depletion-mode phemt device having two ingap etch-stop layers
US6563197B1 (en) * 2001-11-20 2003-05-13 International Rectifier Corporation MOSgated device termination with guard rings under field plate
US7449728B2 (en) * 2003-11-24 2008-11-11 Tri Quint Semiconductor, Inc. Monolithic integrated enhancement mode and depletion mode field effect transistors and method of making the same
JP2007005406A (ja) * 2005-06-21 2007-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及び製造方法
JP2008010468A (ja) * 2006-06-27 2008-01-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
US7973304B2 (en) * 2007-02-06 2011-07-05 International Rectifier Corporation III-nitride semiconductor device
JP5512287B2 (ja) 2007-02-22 2014-06-04 フォルシュングスフェアブント ベルリン エー ファウ 半導体素子およびその製造方法
JP2008263146A (ja) * 2007-04-13 2008-10-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
US20100006895A1 (en) * 2008-01-10 2010-01-14 Jianjun Cao Iii-nitride semiconductor device
JP2009224605A (ja) * 2008-03-17 2009-10-01 Panasonic Corp 半導体装置およびその製造方法
JP5520073B2 (ja) * 2010-02-09 2014-06-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US20110248283A1 (en) * 2010-04-07 2011-10-13 Jianjun Cao Via structure of a semiconductor device and method for fabricating the same
US8368121B2 (en) * 2010-06-21 2013-02-05 Power Integrations, Inc. Enhancement-mode HFET circuit arrangement having high power and high threshold voltage
US9076853B2 (en) * 2011-03-18 2015-07-07 International Rectifie Corporation High voltage rectifier and switching circuits
US9024357B2 (en) * 2011-04-15 2015-05-05 Stmicroelectronics S.R.L. Method for manufacturing a HEMT transistor and corresponding HEMT transistor
TWI508281B (zh) * 2011-08-01 2015-11-11 Murata Manufacturing Co Field effect transistor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01286369A (ja) * 1988-05-12 1989-11-17 Fujitsu Ltd 電界効果トランジスタの製造方法
JPH0864775A (ja) * 1994-06-29 1996-03-08 Philips Electron Nv 半導体装置の製造方法
JPH11204496A (ja) * 1998-01-19 1999-07-30 Toshiba Corp エッチング方法及び成膜方法
JP2002016245A (ja) * 2000-06-29 2002-01-18 Nec Corp 半導体装置
JP2005203642A (ja) * 2004-01-16 2005-07-28 Eudyna Devices Inc 半導体装置及びその製造方法
JP2007537593A (ja) * 2004-05-11 2007-12-20 クリー インコーポレイテッド ソース接続フィールドプレートを備えるワイドバンドギャップhemt
JP2008258261A (ja) * 2007-04-02 2008-10-23 Nec Electronics Corp 半導体装置
WO2010134468A1 (ja) * 2009-05-19 2010-11-25 株式会社村田製作所 半導体スイッチ装置、および半導体スイッチ装置の製造方法
JP2013077635A (ja) * 2011-09-29 2013-04-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置およびその製造方法

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