JP4990496B2 - 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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Description
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。
Claims (44)
- 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、
前記マスクを除去して、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一方を形成するステップと、
前記基板上に、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他方を形成するステップと
を有し、
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他方を形成するステップは、前記第2キャップ層上に、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他方を形成するステップからなることを特徴とする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一方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一方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一方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一方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一方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一方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、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの他方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6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6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6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6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6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6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6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6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14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6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16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6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6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22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23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、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27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31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一方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、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの他方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34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34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一方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、
前記オーミックコンタクト又はゲートコンタクトのうちの他方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37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。
- 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、
前記マスクを除去して、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し、
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41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41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41に記載の製造方法。
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