JP4921694B2 - デルタドープされた炭化シリコン金属半導体電界効果トランジスタ、およびデルタドープされた炭化シリコン金属半導体電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents
デルタドープされた炭化シリコン金属半導体電界効果トランジスタ、およびデルタドープされた炭化シリコン金属半導体電界効果トランジスタの製造方法 Download PDFInfo
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Description
Claims (59)
- デルタドープされた炭化シリコン金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)を含むMESFETのユニットセルであって、
炭化シリコン基板と、
該基板上の第1の導電型の炭化シリコンのデルタドープされた層と
前記デルタドープされた層の少なくとも1つのキャリア濃度より小さいキャリア濃度を有する、前記デルタドープされた層上の前記第1の導電型の炭化シリコンのドープされたチャネル層と、
前記ドープされたチャネル層の両端に形成されたソースおよびドレインと、前記ソースおよび前記ドレイン上のオーミックコンタクトと、
前記ソースと前記ドレインとの間にあり、かつ前記チャネル層の中まで延在したゲートと、
前記ドープされたチャネル層のキャリア濃度より大きいキャリア濃度を有する、前記ドープされたチャネル層上の前記第1の導電型の炭化シリコンのキャップ層であって、該キャップ層はそれぞれ前記ソースおよび前記ドレインに隣接し、前記ソースおよび前記ドレインから前記ゲート方向に延在し、かつ前記ゲートから離間するキャップ層と
を含むことを特徴とするMESFETのユニットセル。 - 前記デルタドープされた炭化シリコンMESFETのユニットセルはさらに、
前記キャップ層を貫き少なくとも前記ドープされたチャネル層まで第1の距離だけ延在する、前記ソースと前記ドレインとの間の第1のリセスであって、前記ドープされたチャネル層に第1のフロアを有し、さらに前記ソースと前記ゲートの間、および前記ドレインと前記ゲートの間のそれぞれに、前記ゲートから離間されて側壁を有し、該側壁は、前記ソースおよび前記ドレインのそれぞれから延在する前記キャップ層の領域を規定する、前記第1のリセスと、
前記ソースと前記ドレインとの間の前記第1のリセス内にあり、前記ドープされたチャネル層の中まで第2の距離だけ延在して第2のフロアを形成する第2のリセスと、
該第2のリセス内にあり前記ドープされたチャンネル層の中まで延在する前記ゲートとを含むことを特徴とする
請求項1に記載のMESFETのユニットセル。 - 前記第1のリセスの第1のフロアは、第3の距離だけ前記ドープされたチャネル層内に延在することを特徴とする請求項2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記炭化シリコン基板は、半絶縁性の炭化シリコン基板を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記第1の導電型の炭化シリコンは、n型導電性の炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記第1の導電型の炭化シリコンは、p型導電性の炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記キャップ層は、注入された領域であることを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記キャップ層が、前記デルタドープされた層および前記ドープされたチャネル層とともに単一の成長ステップで成長されることを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記デルタドープされた層、前記ドープされたチャネル層、および前記キャップ層が、前記基板上に堆積されることを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記キャップ層は、3×1017cm−3から6×1017cm−3のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項1に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記キャップ層は、500Åから1000Åの厚みを有することを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記デルタドープされた層は、2×1018cm−3から3×1018cm−3のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記デルタドープされた層は、200Åから300Åの厚みを有することを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ドープされたチャネル層は、1×1016cm−3から5×1016cm−3のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ドープされたチャネル層は、1800Åから3500Åの厚みを有することを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記基板と前記デルタドープされた層との間に炭化シリコンのバッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記バッファ層の炭化シリコンは、p型導電性の炭化シリコンであることを特徴とする請求項16に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記バッファ層は、1.0×1016cm−3から6×1016cm−3のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項17に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記バッファ層は、0.5μmの厚みを有することを特徴とする請求項17に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記バッファ層の炭化シリコンは、n型導電性の炭化シリコンであることを特徴とする請求項16に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記バッファ層の炭化シリコンは、ドープされていない炭化シリコンであることを特徴とする請求項16に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ソースおよび前記ドレインは、前記ドープされたチャネル層のキャリア濃度より大きいキャリア濃度を有する第1の導電型の炭化シリコンの領域であることを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ソースおよび前記ドレインの第1の導電型の炭化シリコンの領域は、少なくとも1×1019cm−3のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項22に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記キャップ層および前記ドープされたチャネル層上の酸化物層をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記オーミックコンタクトは、ニッケルコンタクトを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記オーミックコンタクト上の上層をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記デルタドープされた層および前記ドープされたチャネル層は、側壁を有するメサを形成し、前記側壁が、前記トランジスタの周囲を規定し、かつ前記デルタドープされた層および前記ドープされたチャネル層を貫いて延在することを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記メサの前記側壁は、前記基板内へ延在することを特徴とする請求項27に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記第2の距離は、0.07μmから0.25μmであることを特徴とする請求項2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ゲートは、前記ドープされたチャネル層上のクロムの第1のゲート層を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ゲートは、前記第1のゲート層上の上層をさらに含み、前記上層は、白金および金を含むことを特徴とする請求項30に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ゲートは、前記ドープされたチャネル層上のニッケルの第1のゲート層を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ゲートは、前記第1のゲート層上の上層をさらに含み、前記上層は、金を含むことを特徴とする請求項32に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ゲートは、0.4μmから0.7μmのゲート長を有することを特徴とする請求項1に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記第1の距離は、500Åから1000Åであることを特徴とする請求項2に記載のMESFETのユニットセル。
- 前記ソースと前記第1のリセスの側壁の中の前記ソースと前記ゲートの間にある第1の側壁との間の距離は、0.1μmから0.4μmであり、
前記ドレインと前記第1のリセスの側壁の中の前記ドレインと前記ゲートの間にある第2の側壁との間の距離は、0.9μmから1.7μmであることを特徴とする請求項2に記載のMESFETのユニットセル。 - 前記第1のリセスの側壁の中の前記ソースと前記ゲートの間にある第1の側壁と前記ゲートとの間の距離は、0.3μmから0.6μmであり、
前記第1のリセスの側壁の中の前記ドレインと前記ゲートの間にある第2の側壁と前記ゲートとの間の距離は、0.3μmから0.6μmであることを特徴とする請求項2に記載のMESFETのユニットセル。 - ソース、ドレイン、およびゲートを有するデルタドープされた金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)を含むMESFETの形成方法であって、
炭化シリコン基板上に第1の導電型の炭化シリコンのデルタドープされた層を形成するステップと、
前記デルタドープされた層の少なくとも1つのキャリア濃度より小さいキャリア濃度を有する、前記第1の導電型の炭化シリコンのドープされたチャネル層を、前記デルタドープされた層上に形成するステップと、
前記ドープされたチャネル層上に、前記ドープされたチャンネル層のキャリア濃度より大きなキャリア濃度を有するように、前記第1の導電型の炭化シリコンのキャップ層を形成するステップと、
少なくとも前記キャップ層を貫くように前記ソースおよび前記ドレインを形成し、それにより、前記ソースおよび前記ドレインから前記ゲート方向に延在し、かつ前記ゲートの形成予定箇所から離間するキャップ層を残すステップと、
前記ソースおよび前記ドレイン上にそれぞれオーミックコンタクトを形成するステップと、
前記ソースと前記ドレインとの間に、前記ドープされたチャネル層の中まで延在させてゲートを形成する形成するステップと、を含む
ことを特徴とする形成方法。 - 前記キャップ層を残すステップおよび前記ゲートを形成するステップは、
前記キャップ層を貫いて、少なくとも前記ドープされたチャネル層まで第1の距離だけ延在する、前記ソースと前記ドレインとの間の第1のリセスを形成するステップであって、前記第1のリセスを形成するステップは第1のフロアを前記ドープされたチャネル層に形成し、側壁を前記ソースおよび前記ゲートの形成予定箇所の間、前記ドレインおよび前記ゲートの形成予定箇所の間に、かつ前記ゲートの形成予定箇所から離間してそれぞれに形成し、前記側壁は前記ソースおよび前記ドレインのそれぞれから延在する前記キャップ層の領域を規定する、前記第1のリセスを形成するステップと、
前記ソースと前記ドレインとの間の前記第1のリセス内に、前記ドープされたチャネル層の中まで第2の距離だけ延在し、前記ドープされたチャネル層の中に第2のフロアを形成する第2のリセスを形成するステップと、
前記第2のリセス内に前記ドープされたチャネル層の中まで延在する前記ゲート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38に記載の形成方法。 - 前記デルタドープされた層を形成するステップ、前記ドープされたチャネル層を形成するステップ、および前記キャップ層を形成するステップが、単一の成長ステップで、前記デルタドープされた層、前記ドープされたチャネル層、および前記キャップ層のエピタキシャル成長のステップを含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。
- 単一の成長ステップにおけるソース材料濃度が、前記デルタドープされた層に対して、前記ドープされたチャネル層を成長するために第1の時間だけ変更され、かつ前記キャップ層を成長するために第2の時間だけ変更されることを特徴とする請求項40に記載の形成方法。
- 前記キャップ層を形成するステップは、前記ドープされたチャネル層の表面から所定の深さまで第1の導電型のドーパントを注入することを含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。
- 前記デルタドープされた層を形成するステップ、前記ドープされたチャネル層を形成するステップ、および前記キャップ層を形成するステップは、前記デルタドープされた層を堆積するステップ、前記ドープされたチャネル層を堆積するステップ、および前記キャップ層を堆積するステップを含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。
- 前記第1の導電型の炭化シリコンは、n型導電性の炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。
- 前記第1の導電型の炭化シリコンは、p型導電性の炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。
- 前記基板と前記デルタドープされた層との間にバッファ層を形成するステップさらに含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。
- バッファ層を形成するステップは、p型導電性の炭化シリコン層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項46に記載の形成方法。
- バッファ層を形成するステップは、n型導電性の炭化シリコン層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項46に記載の形成方法。
- バッファ層を形成するステップは、ドープされていない炭化シリコン層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項46に記載の形成方法。
- 前記ドープされたチャネル層より大きいキャリア濃度を有する、n型導電性の炭化シリコンの多くドープされた領域を提供するように、ソース領域およびドレイン領域にn型ドーパントを注入することをさらに含み、
前記オーミックコンタクトを形成するステップは、前記多くドープされた領域にオーミックコンタクトを形成することを含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。 - メサを形成するように、前記デルタドープされた層、前記ドープされたチャネル層、前記キャップ層、および前記多くドープされた領域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50に記載の形成方法。
- 前記n型ドーパントを注入するステップは、前記n型ドーパントを活性化するために、前記n型ドーパントをアニールすることをさらに含むことを特徴とする請求項50に記載の形成方法。
- 前記MESFET上に酸化物層を成長するステップをさらに含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。
- 前記MESFET上に酸化物層を堆積するステップをさらに含むことを特徴とする請求項38または39に記載の形成方法。
- 前記オーミックコンタクトを形成するステップは、
前記ソースおよび前記ドレイン上の前記酸化物層を貫いてコンタクトウィンドウをエッチングするステップと、
前記コンタクトウィンドウ内に前記オーミックコンタクトを形成するステップとを含む
ことを特徴とする請求項53または54に記載の形成方法。 - 前記第1のリセスを形成するステップは、
前記第1のリセスのために前記キャップ層上にマスクを形成するステップと、
前記マスクにしたがって、前記ドープされたチャネル層に延在する前記第1の距離だけ、前記キャップ層を貫いてエッチングするステップとを含むことを特徴とする請求項39に記載の形成方法。 - 前記第1のリセスを形成するステップは、
前記第1のリセスのために前記キャップ層上にマスクを形成するステップと、
前記マスクにしたがって、前記第1の距離だけ、前記キャップ層を貫いてエッチングし、第3の距離だけ前記ドープされたチャネル層内に延在するようにエッチングするステップとを含むことを特徴とする請求項39に記載の形成方法。 - 前記第2のリセスを形成するステップは、
前記第2のリセスのためのマスクを形成するステップと、
前記マスクにしたがって前記第2の距離だけ前記第1のフロア内をエッチングするステップとを含むことを特徴とする請求項39に記載の形成方法。 - MESFETを形成する方法であって、
炭化シリコン基板上に第2の導電型のバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層の上にデルタドープされた層を、該デルタドープされた層の上にドープされたチャネル層を、および該ドープされたチャネル層の上にキャップ層を、ソース材料キャリア濃度を、前記デルタドープされた層に対して、前記ドープされたチャネル層を成長するために第1の時間だけ変更し、かつ前記キャップ層を成長するために第2の時間だけ変更することにより、全層を第1の導電型の単一の成長ステップでエピタキシャル成長するステップと、
前記ソースおよび前記ドレインを形成する領域を規定するため、前記キャップ層の上に第1の導電型のドーパントの注入のためのマスクを形成するステップと、
第1の導電型のドーパントを注入し、かつアニールによって前記第1の導電型のドーパントを活性化するステップと、
メサを形成するために、前記デルタドープされた層、前記ドープされたチャネル層、前記キャップ層、および前記第1の導電型のドーパントが注入された領域をエッチングするステップと、
第1のリセスのためのマスクを形成し、前記ソースと前記ドレインとの間に前記第1のリセスを前記キャップ層を貫いて第1の距離だけエッチングし第1のフロアを前記ドープされたチャネル層内に形成し、かつ側壁を、前記ソースおよび前記ゲートとの間、および前記ドレインおよび前記ゲートとの間にそれぞれ1つ形成するステップと、
前記キャップ層上と前記第1のリセス内に酸化物層を成長するステップと、
前記酸化物層に、ソースコンタクトおよびドレインコンタクトのためのウィンドウを開口するステップと、
前記ウィンドウ上にオーミックコンタクトを形成するステップと、
前記第1のリセス内に第2のリセスを形成するためにマスクを形成するステップと、
前記第1の距離より長い第2の距離だけ、前記酸化物層を貫き前記ドープされたチャネル層の中まで延在する第2のリセスをエッチングするステップと、
前記ドープされたチャネル層の中まで延在する前記第2のリセス内にゲート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38に記載の方法。
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