JP6415692B2 - マルチゲート高電子移動度トランジスタおよび製造方法 - Google Patents

マルチゲート高電子移動度トランジスタおよび製造方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、広くは、半導体トランジスタおよびその製造方法に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、マルチゲート高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）およびその製造方法に関するものである。
ＩＩＩ−Ｖ族半導体のような複合窒化物半導体は、そのバンドギャップが大きいという電気特性から、シリコンより優れた有望な代替物または補完物として普及しつつある。半導体技術ではバンドギャップが大きい材料を使用することによって、高耐圧かつ高電子移動度の半導体デバイスが得られる。ワイドバンドギャップ半導体を利用した従来のデバイスは、単一のゲート電極と一対のソース領域およびドレイン領域とを含む平面半導体構造で形成される。従来の平面型ワイドバンドギャップトランジスタを製造するためには、最初にバルク基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の厚いバッファ層を形成し、これにより、貫通転位欠陥を最小限に抑える。実際には、厚いバッファ層を成長させることは、多大なコストおよび時間を要する可能性があり、これにより設計プロセスでの柔軟性が制限される。
図１Ａは、本発明の一実施形態によるマルチゲートＨＥＭＴの断面図を示している。 図１Ｂは、本発明の一実施形態によるマルチゲートＨＥＭＴの断面図を示している。
図２Ａは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｂは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｃは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｄは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｅは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｆは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｇは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｈは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｉは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｊは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。
図２Ｋは、本発明の一実施形態により、図２Ｇ−１から続いてデプリーション型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｌは、本発明の一実施形態により、図２Ｇ−１から続いてデプリーション型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｎは、本発明の一実施形態により、図２Ｇ−１から続いてデプリーション型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。 図２Ｍは、本発明の一実施形態により、図２Ｇ−１から続いてデプリーション型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。
図３は、本発明の１つ以上の実施形態を実現するインタポーザを示している。
図４は、本発明の一実施形態により構築されたコンピュータ装置を示している。
マルチゲートＨＥＭＴおよびその製造方法について開示する。以下の説明では、種々の態様の例示的な実施形態について、当業者が自身の研究内容を他の当業者に伝えるために一般的に使用する用語を用いて説明する。しかしながら、本発明は記載の態様の一部のみによって実施できることは、当業者には明らかであろう。例示的な実施形態についての完全な理解を与えるため、説明を目的として、具体的な数値、材料、および構成を記載している。しかしながら、それら特定の詳細を省いても本発明を実施できることは、当業者には明らかであろう。また、例示的な実施形態を不明瞭にすることがないよう、周知の特徴は省略または簡略化している。
各種の処理動作について、様々な個別の処理動作として、本発明の理解に最も効果的であるような順番で説明するが、説明の順序は、それらの処理動作が必ずしも順序に依存することを意味するものと解釈されてはならない。特に、それらの処理動作は提示の順序で実行される必要はない。
本発明の実施形態は、マルチゲートＨＥＭＴおよびその製造方法に関するものである。一実施形態では、マルチゲートＨＥＭＴは、基板の上に配置されたチャネル層を有する。チャネル層の上方に第１のゲート電極が配置されており、チャネル層の下方に第２のゲート電極が配置されている。第１のゲート電極および第２のゲート電極の相対する両側に、ソースコンタクトおよびドレインコンタクトが配置されている。いくつかの実施形態において、第１のゲート電極と第２のゲート電極は、それぞれチャネル層の上方と下方から、電流の流れを制御する。これにより、マルチゲートＨＥＭＴは、電流の流れを最大限に制御できる。
図１Ａは、本発明の一実施形態によるマルチゲートＨＥＭＴ１００の断面図を示している。一実施形態では、マルチゲートＨＥＭＴ１００は、キャリア基板１０２上に形成される。キャリア基板１０２は、バルク単結晶シリコン基板のような、半導体製造に適した任意の基板で構成してよい。キャリア基板１０２の上に接着層１０４が形成される。接着層１０４は、後述するように、他の基板にキャリア基板１０２を装着するために使用することができる。接着層１０４を形成するために、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの任意の適切な接着材を用いてよい。
図１Ａに示すように、接着層１０４上にチャネル層１２０が配置される。一実施形態では、チャネル層１２０は、極性半導体層１１４と分極層１１２とを有するヘテロ構造である。いくつかの実施形態において、極性半導体層１１４は、分極層１１２の上に直接配置される。極性半導体層１１４は、限定するものではないが窒化ガリウム（ＧａＮ）または窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）などのワイドバンドギャップ＋ｃ極性半導体材料で形成することができる。いくつかの実施形態において、分極層１１２は、極性半導体層１１４に直接隣接して配置されると２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を誘起するような任意の適切な材料で形成される。例えば、分極層１１２は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＮ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成することができる。
本発明の一実施形態では、マルチゲートＨＥＭＴ１００は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８の２つのゲート電極を有する。第１のゲート電極１０６は、チャネル層１２０の上方に配置することができる一方、第２のゲート電極１０８は、チャネル層１２０の下方に配置することができる。一実施形態では、第２のゲート電極は、極性半導体層１１４の下方に配置される。一実施形態では、第２のゲート電極１０８は、さらに分極層１１２の下方に配置される。図１Ａに示すように、第２のゲート電極１０８は、第１のゲート電極１０６と垂直方向に位置合わせすることができる。２つのゲート電極を有することによって、極性半導体層１１４の上面と下面にゲート電圧を印加することが可能となる。これにより、マルチゲートＨＥＭＴ１００は、極性半導体層１１４を通り抜ける電流の流れを最大限に制御できる。第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８は、一般的にゲート電極に使用される導電性材料で形成することができる。一実施形態では、その導電性材料は金属である。具体的な実施形態では、導電性材料は、ニッケル（Ｎｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、白金（Ｐｔ）、またはタングステン（Ｗ）で構成される。
マルチゲートＨＥＭＴ１００は、さらに、２つのゲート誘電体層を有する。第１のゲート誘電体層１１６は、極性半導体層１１４と第１のゲート電極１０６との間に配置することができる。第２のゲート誘電体層１１８は、第２のゲート電極１０８の周囲に配置することができる。一実施形態では、第２のゲート誘電体層１１８は、第２のゲート電極１０８を完全に包摂している。第１のゲート誘電体層１１６および第２のゲート誘電体層１１８は、限定するものではないが、酸化シリコン、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、および／またはＨｉｇｈ−ｋ誘電体材料のような絶縁材料で形成することができる。
マルチゲートＨＥＭＴは、第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８の相対する両側に形成されたソースコンタクトとドレインコンタクトを有する。いくつかの実施形態において、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、キャリア基板１０２の上でチャネル層１２０上に配置される。ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、チャネル層１２０に電気的に結合されるように位置決めされる。一実施形態では、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、分極層１１２の上に直接配置される。ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０を形成するために、任意の適切な導電性材料を用いてよい。いくつかの実施形態において、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、ｎドープＧａＮ、ＩｎＧａＮ、または窒化インジウム（ＩｎＮ）で形成されたエピタキシャル半導体構造である。
図１Ａに示す実施形態では、マルチゲートＨＥＭＴ１００は、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴである。エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間に配置された極性半導体層１１４を有する。本実施形態では、分極層１１２は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間には配置されていない。第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間に分極層１１２が存在しないことで、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間では２ＤＥＧの形成が抑止される。従って、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間に２ＤＥＧを有さない。本実施形態では、極性半導体層１１４は、実質的にはチャネル層１２０である。極性半導体層１１４は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮのようなワイドバンドギャップ半導体材料で形成することができる。
エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００を動作させるためには、第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８にゲートバイアスを印加して、極性半導体層１１４内で電子蓄積を誘起する。この電子蓄積は、極性半導体層１１４内で反転層を形成する。反転層は、ソースコンタクト１１０とドレインコンタクト１１０との間で、電流が極性半導体層１１４を通り抜けて流れることを可能とする。従って、ゲートバイアスを印加することによって、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００はオン状態になる。一方、ゲートバイアスが印加されていなければ、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００は、極性半導体層１１４内で反転層は誘起されない。反転層がなければ、極性半導体層１１４を通って電流は流れず、従って、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００はオフ状態である。本発明の実施形態によれば、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８にゲートバイアスを印加することによって、極性半導体層１１４の上方と下方からチャネル層１２０を制御する。これにより、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００は、極性半導体層１１４を通り抜ける電流の流れを最大限に制御できる。
別の実施形態において、図１Ｂに示すように、デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴを例示する。デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴ１００は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間に、極性半導体層１１４と分極層１１２の両方が配置される。極性半導体層１１４と分極層１１２との間の相互作用によって、極性半導体層１１４と分極層１１２との間の界面において２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成される。いくつかの実施形態において、分極層１１２が単に存在することによって、上記の界面において２ＤＥＧが形成される。一実施形態では、２ＤＥＧは、上記の界面から１〜２ｎｍの距離において、極性半導体層１１４内で誘起される。一実施形態では、極性半導体層１１４は、ワイドバンドギャップ＋ｃ極性半導体材料で形成される。具体的な実施形態では、極性半導体層１１４は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮで形成される。分極層１１２は、極性半導体層１１４に直接隣接して配置されると２ＤＥＧを誘起するような任意の適切な材料で形成することができる。例えば、分極層１１２は、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、またはＡｌＮで形成することができる。具体的な実施形態では、分極層１１２は、ＡｌＧａＮで形成され、極性半導体層１１４は、ＧａＮで形成される。
デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴ１０１を動作させるためには、第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８にゲートバイアスを印加しない。自然に形成される２ＤＥＧによって、ソースコンタクト１１０とドレインコンタクト１１０との間で電流が自由に移動することが可能である。従って、デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴ１０１は、第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８にゲートバイアスが印加されていないときには常にオンである。ゲートバイアスが印加されているときには、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間のチャネル層１２０に電子が進入することは抑止される。チャネル層に電子がなければ、導電チャネルは消滅し、チャネル層を電流が通り抜けて流れることはできない。従って、ゲートバイアスを印加することによって、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００はオフ状態になる。本発明の実施形態によれば、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８にゲートバイアスを印加することによって、極性半導体層１１４の上方と下方からチャネル層１２０を制御する。これにより、デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴ１０１は、チャネル層１２０を通り抜ける電流の流れを最大限に制御できる。
図２Ａ〜２Ｍは、本発明のいくつかの実施形態によりマルチゲートＨＥＭＴを形成する例示的な方法を示している。より具体的には、図２Ａ〜２Ｊは、本発明の一実施形態により、エンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。図２Ｋ〜２Ｍは、本発明の一実施形態により、図２Ｇ−１から続いてデプリーション型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法の断面図を示している。
図２Ａを参照して、ドナー上面２０８を有するドナー基板２００を準備する。一実施形態では、ドナー基板２００は、テンプレート基板２０２の上に配置された厚い極性半導体層１１３を有する。ドナー基板２００は、さらに、分極層１１２上に配置された第１の接着層１０４Ａを有する。いくつかの実施形態において、分極層１１２は、厚い極性半導体層１１３上に配置される。
ドナー基板２００を形成するための例示的なプロセスフローは、テンプレート基板２０２を準備することによって開始することができる。テンプレート基板２０２は、その上に他の層を形成できる基材部分を提供する。テンプレート基板２０２は、限定するものではないがバルク単結晶シリコン基板またはサファイア基板のような任意の適切な基板で構成してよい。
次に、テンプレート基板２０２の上に、厚い極性半導体層１１３を形成する。厚い極性半導体層１１３を形成するために、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）などの任意の適切な成長プロセスを用いてよい。厚い極性半導体層１１３は、その製造中に生じる欠陥を最小限とするのに十分な厚さを有し得る。例えば、ＧａＮで形成される厚い極性半導体層１１３を異種基板上に成長させると、貫通転位欠陥を形成することがある。それらの欠陥は、垂直方向に伝播して、ある特定の高さを越えると最終的に伝播が止まって終端し得る。従って、極性半導体層１１３の厚さは、厚い極性半導体層１１３の上部領域に低欠陥密度の高品質材料を形成するのに足る十分な厚さであることが必要となり得る。厚い極性半導体層１１３の上部領域の高品質材料は、後述するように、チャネル層１２０の一部として後に使用することができる。一実施形態では、厚い極性半導体層１１３の厚さは、少なくとも２０μｍである。具体的な実施形態では、その厚さは約３０μｍである。
次に、厚い極性半導体層１１３の上に、エピタキシャル成長などの任意の適切な成長手法によって分極層１１２を形成する。分極層１１２は、分極層１１２と厚い極性半導体層１１３との間の界面において２ＤＥＧを誘起するのに十分な厚さに形成することができる。例えば、分極層１１２の厚さは、１０〜３０ｎｍの範囲であってよい。具体的な実施形態では、その厚さは約２０ｎｍである。分極層１１２は、分極層１１２と厚い極性半導体層１１３との間の界面において２ＤＥＧを誘起するために厚い極性半導体層１１３と相互作用する固有の電荷極性を有する任意の適切な材料で形成することができる。分極層１１２用の典型例となる材料として、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、およびＡｌＮが含まれる。
次に、分極層１１２の上に第１の接着層１０４Ａを形成し、これによりドナー基板２００の形成を完了させる。第１の接着層１０４Ａを形成するために、化学気相成長（ＣＶＤ）および物理気相成長（ＰＶＤ）などの任意の適切な堆積手法を用いてよい。第１の接着層１０４Ａによって、ドナー基板２００を、図２Ｂ−１に示す受容側基板２０１のような別の基板に装着する。第１の接着層１０４Ａは、図２Ｂ−１に示す第２の接着層１０４Ｂのような他の接着層と融着したときに強固な接合を形成するのに十分な厚さを有するように設計することができる。いくつかの実施形態において、第１の接着層１０４Ａの厚さは、１０〜２０ｎｍの範囲である。第１の接着層１０４Ａは、ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3のような接着性を有する任意の適切な材料で形成することができる。具体的な実施形態では、ドナー基板２００は、シリコンで形成されたテンプレート基板２０２と、ＧａＮで形成された厚い極性半導体層１１３と、ＡｌＧａＮで形成された分極層１１２と、ＳｉＯ2で形成された第１の接着層１０４Ａと、を有する。
イオン開裂プロセスのための準備として、厚い極性半導体層１１３内にオプションの穿孔層２０４を形成することができる。一実施形態では、穿孔層２０４は、厚い極性半導体層１１３を成長させた後の任意の時点で注入される。一実施形態では、穿孔層２０４は、第１の接着層１０４Ａを堆積させた後に注入される。一実施形態では、穿孔層２０４は、厚い極性半導体層１１３の上面１１５から深さＤまでの水素注入によって生成される。穿孔層２０４によって、ドナー基板２００がイオン開裂プロセスにより切り離される点が決まり得る。いくつかの実施形態において、水素注入の深さＤは、図１Ａに示すようにチャネル層１２０の一部として形成される極性半導体層１１４の目標厚さである。深さＤよりも上方に配置された厚い極性半導体層１１３の部分は、後にチャネル層１２０の一部として使用される高品質の半導体材料であり得る。一実施形態では、深さＤは、少なくとも２ｎｍである。具体的な実施形態では、深さＤは、２０〜１００ｎｍの範囲にある。
次に、図２Ｂ−１において、受容側基板上面２１０を有する受容側基板２０１を準備する。一実施形態では、受容側基板２０１は、バルク単結晶シリコン基板のような、半導体製造に適した任意の基板で構成されるキャリア基板１０２を有する。
受容側基板２０１内に、犠牲層２０６を形成する。犠牲層２０６は、受容側基板２０１内に完全に埋め込むことができる。受容側基板２０１を透視した図２Ｂ−２の上面図に示すように、犠牲層２０６は、第２の接着層１０４Ｂ内でキャリア基板１０２の一部分に沿って延在し得る。図２Ｂ−１に示す実施形態を再び参照して、犠牲層２０６は、キャリア基板１０２のトレンチ内に形成されて、第２の接着層１０４Ｂによって完全に取り囲まれる。第２の接着層１０４Ｂは、キャリア基板１０２のトレンチ内の犠牲層２０６を直接取り囲むことができる。いくつかの実施形態において、犠牲層２０６は、接着層１０４Ｂから選択的に除去することが可能な犠牲材料で形成される。また、犠牲層２０６は、接着層１０４Ｂ内に拡散しない犠牲材料で形成される。犠牲層２０６は、さらに、マルチゲートＨＥＭＴのその他のフィーチャを形成するために用いられる後続の処理条件に耐えるものであり得る。一実施形態では、犠牲層２０６は、タングステンなどの金属、または窒化チタン（ＴｉＮ）もしくは窒化シリコン（ＳｉＮ）などの窒化物で形成することができる。
図２Ｂ−１に示すように、第２の接着層１０４Ｂの一部は、キャリア基板１０２の上に配置される。第２の接着層１０４Ｂによって、受容側基板２０１を、ドナー基板２００のような別の基板に装着することができる。一実施形態では、第２の接着層１０４Ｂは、図２Ａに示す第１の接着層１０４Ａのような他の接着層と融着したときに強固な接合を形成するのに十分な厚さを有する。いくつかの実施形態において、第２の接着層１０４Ｂの厚さは、１５〜２０ｎｍの範囲である。第２の接着層１０４Ｂは、接着性を有する任意の適切な材料で形成してよい。例えば、第２の接着層１０４Ｂは、ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3で形成することができる。
受容側基板２０１は、周知の堆積プロセスおよびエッチングプロセスによって形成することができる。受容側基板２０１を形成するための例示的なプロセスフローは、最初に異方性エッチングプロセスによってキャリア基板１０２内にエッチングによりトレンチを形成することによって開始することができる。その後、トレンチ内およびキャリア基板１０２の上面１０３上に、初期接着層を堆積させることができる。次に、初期接着層上かつトレンチ内に、犠牲層２０６を形成する。その後、平坦化プロセスによって、キャリア基板１０２の上面１０３よりも上に配置された犠牲層２０６の部分および初期接着層の部分を除去することができる。最後に、キャリア基板１０２の上面１０３上、初期接着層の上、および犠牲層２０６の上に、後続接着層を堆積させることができる。初期接着層の残り部分は、後続接着層と共に、図２Ｂ−１に示すように第２の接着層１０４Ｂを形成する。
ドナー基板２００と受容側基板２０１を準備したら、次に、ドナー基板２００を受容側基板２０１に装着することで、図２Ｃに示すように貼り合わせ基板２０３を形成する。一実施形態では、ドナー基板２００を受容側基板２０１に装着することは、第１の接着層１０４Ａを第２の接着層１０４Ｂに貼り合わせることによって実施される。第１の接着層１０４Ａと第２の接着層１０４Ｂとの貼り合わせは、直接ウェハ接合プロセスによって実施することができる。一実施形態では、直接ウェハ接合プロセスは、２つの接着層１０４Ａおよび１０４Ｂの上面間に化学結合を形成する。直接ウェハ接合プロセスは、酸化物融着プロセスであってよい。酸化物融着プロセスは、ファンデルワールス力のような静電気力によって２つの接着層１０４Ａと１０４Ｂの上面を一時的に定位置に保持することを含み得る。その後、熱アニールによって、２つの層を互いに化学結合させることができる。
一実施形態では、接着層１０４Ａと１０４Ｂは、互いに融着されることで、貼り合わせ接着層１０４を形成する。貼り合わせ接着層１０４は、第１の接着層１０４Ａと第２の接着層１０４Ｂの和によって決まる厚さを有し得る。貼り合わせ接着層１０４の厚さは、これに貫通するビアを形成するためには、厚すぎてはならない。また、貼り合わせ接着層１０４の厚さは、ウェハハンドリング処理とそれに後続する半導体プロセスに耐えるに足る接合を形成するのに十分な厚さでなければならない。一実施形態では、貼り合わせ接着層１０４の厚さは、３０〜４０ｎｍの範囲である。
次に、図２Ｄに示すように、貼り合わせ基板２０３を、厚い極性半導体層１１３内の点で分離することで、貼り合わせ基板２０３の一部分２０９を除去する。貼り合わせ基板２０３の残り部分は、素子基板２０５を構成する。素子基板２０５は、本発明の実施形態によるマルチゲートＨＥＭＴを形成するために使用される。厚い極性半導体層１１３は、部分１１４ｘと極性半導体層１１４とに分離される。部分１１４ｘは、廃棄するか、または部分２０９を用いた後続する表面供与工程のために再利用することができる。極性半導体層１１４は、マルチゲートＨＥＭＴの製造のための素子基板２０５の一部として残り得る。いくつかの実施形態において、極性半導体層１１４は、素子基板２０５の最上部に配置されており、そこにチャネル層１２０が配置される。極性半導体層１１４は、図２Ａに関して上述した厚い極性半導体層１１３の上部領域の高品質材料で構成され得る。
いくつかの実施形態において、極性半導体層１１４は、本発明の実施形態によるマルチゲートＨＥＭＴのチャネル層を形成するために使用される。極性半導体層１１４は、マルチゲートＨＥＭＴの動作時に電流が流れるための十分な厚さを有し得る。一実施形態では、極性半導体層１１４の厚さは、図２Ａで説明した打ち込み水素原子の深さＤに相当する。一実施形態では、極性半導体層１１４の厚さは、少なくとも２ｎｍである。具体的な実施形態では、極性半導体層１１４の厚さは、２０〜１００ｎｍの範囲にある。
一実施形態では、貼り合わせ基板２０３は、図２Ａで説明したように水素原子が注入された場所である厚い極性半導体層１１３内の穿孔層２０４におけるイオンカッティングによって分離される。イオンカッティングは、水素原子が注入された場所にボイドを形成する初期熱アニールによって実施することができる。ボイドが形成されたら、ボイドに起因する構造的脆弱性によって、部分２０９を容易に切り離すことができる。別の分離方法として、剥離などの従来のカッティング手法または任意の適切な選択的エッチングリリース手法が含まれる。貼り合わせ基板２０３を分離する選択的エッチングリリース手法を実施するために必要なプロセスは、当業者であれば分かるであろう。その後、頂面を平滑化するため、および層１１４を所望の厚さに薄膜化するために、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの研磨プロセスを用いることができる。
貼り合わせ基板２０３の部分２０９を分離および除去したら、図２Ｅに示すような素子基板２０５を用いて、本発明の実施形態によるマルチゲートＨＥＭＴ１００を形成する。一実施形態では、素子基板２０５は、キャリア基板１０２と、犠牲層２０６と、貼り合わせ接着層１０４と、チャネル層１２０と、を有する。一実施形態では、チャネル層１２０は、極性半導体層１１４と分極層１１２とで構成されるヘテロ構造である。いくつかの実施形態において、極性半導体層１１４は、分極層１１２の上に直接配置される。
次に、図２Ｆに示すように、キャリア基板１０２の上で犠牲層２０６の相対する両側に、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０を形成する。ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、極性半導体層１１４からのエピタキシャル成長によって形成することができる。例えば、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、ＡＬＤまたはＣＶＤによって形成することができる。一実施形態では、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、極性半導体層１１４を貫通して延在して、分極層１１２の上に直接形成される。これにより、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、極性半導体層１１４および分極層１１２に結合される。さらに、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、極性半導体層１１４内に形成された２ＤＥＧ層に結合され得る。ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、任意の適切な半導体材料で形成される。一実施形態では、ソースコンタクト１１０およびドレインコンタクト１１０は、ｎドープＧａＮ、ＩｎＧａＮ、またはＩｎＮで形成される。
その後、図２Ｇ−１に示すように、犠牲層２０６を選択的に除去することで、ボイド２１０を形成する。一実施形態では、犠牲層２０６は、犠牲層２０６のみを主に除去する第１のエッチングプロセスによって除去される。一実施形態では、第１のエッチングプロセスは、周囲の貼り合わせ接着層１０４に対して選択的に犠牲層２０６を除去するエッチャントを用いた等方性ウェットエッチングプロセスである。すなわち、そのエッチャントは、周囲の貼り合わせ接着層１０４は略無傷のまま残して、犠牲層２０６を主に除去する。一実施形態では、エッチャントは、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）、または水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合物（ＮＨ4ＯＨ＋Ｈ2Ｏ2）である。
犠牲層２０６を除去するために、図２Ｇ−２の透視上面図に示すように、犠牲層２０６の真上の領域部分２０９を貫通する少なくとも１つまたはいくつかの開口部２１１を形成することができる。これらの開口部２１１は、チャネル層１２０と干渉しない。一実施形態では、開口部２１１は、犠牲層２０６を露出させるとともに、エッチャントが通って流れ得るトンネルを提供する。エッチャントは、犠牲層２０６を選択的に除去するために使用することができる。いくつかの実施形態において、開口部２１１は、プラズマエッチングプロセスなどの任意の適切なエッチングプロセスによって形成してよい。
次に、図２Ｈに示すように、ボイド２１０を拡張することで、拡張ボイド２１２を形成する。一実施形態では、分極層１１２の一部を除去することで、拡張ボイド２１２を形成する。これにより、拡張ボイド２１２で、極性半導体層１１４の下面２２２を露出させることができる。拡張ボイド２１２によって、さらに、素子基板２０５内のその他の面も露出させることができる。例えば、拡張ボイド２１２は、分極層１１２の側壁２１４、貼り合わせ接着層１０４の側壁２１６、およびキャリア基板１０２の面２１８、２２０をさらに露出させることができる。拡張ボイド２１２は、図１Ａ〜１Ｂに示す下部ゲート電極１０８のゲート長を規定し得る。別の実施形態では、拡張ボイド２１２は、図２Ｋ〜２Ｍでさらに後述するように、極性半導体層１１４を露出させない。
いくつかの実施形態において、拡張ボイド２１２は、２つのエッチングプロセスによって形成される。例えば、拡張ボイド２１２は、第２のエッチングプロセスと第３のエッチングプロセスによって形成することができる。一実施形態では、第２のエッチングプロセスは、貼り合わせ接着層１０４の部分のみを主に除去する。第２のエッチングプロセスは、周囲の層（すなわち、１１２および１０２）に対して選択的に貼り合わせ接着層１０４を除去するエッチャントを用いた等方性ウェットエッチングプロセスであり得る。すなわち、そのエッチャントは、周囲の層は略無傷のまま残して、貼り合わせ接着層１０４を主に除去する。一実施形態では、エッチャントは、フッ化水素酸（ＨＦ）である。
一実施形態では、第３のエッチングプロセスは、分極層１１２の部分を除去する。第３のエッチングプロセスは、周囲の層（すなわち、１１４、１０４、および１０２）に対して選択的に分極層１１２を除去するウェットエッチングプロセスであり得る。すなわち、そのエッチャントは、周囲層１１４、１０４、および１０２を略無傷のまま残して、分極層１１２を主に除去する。一実施形態では、エッチャントは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、またはフォトレジスト現像液ＡＺ４００Ｋである。
次に、図２Ｉに示すように、第１のゲート誘電体層１１６および第２のゲート誘電体層１１８を形成する。いくつかの実施形態において、第１のゲート誘電体層１１６は、チャネル層１２０の上でソースコンタクト１１０とドレインコンタクト１１０との間に形成される。また、第２のゲート誘電体層１１８は、拡張ボイド２１２の面２２２、２１４、２１６、２１８、２２０上に形成される。いくつかの実施形態において、第２のゲート誘電体層１１８は、拡張ボイド２１２を完全には充填しない。第１と第２のゲート誘電体層１１６、１１８は、トランジスタの動作のための十分な厚さを有するように形成される。一実施形態では、第１と第２のゲート誘電体層１１６、１１８は、２〜４ｎｍの厚さを有する。第１と第２のゲート誘電体層１１６、１１８は、それらが形成された面を、後に形成されるゲート電極から電気的に絶縁する。第１と第２のゲート誘電体層１１６、１１８は、任意の適切なＨｉｇｈ−ｋ誘電体材料で形成してよい。一実施形態では、第１と第２のゲート誘電体層１１６、１１８は、ＳｉＯ2、ＨｆＯ2、およびＺｒＯ2などの絶縁材料で形成されるが、ただし、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、ＣＶＤまたはＡＬＤなどの任意の適切なコンフォーマル堆積プロセスによって、第１と第２のゲート誘電体層１１６、１１８を形成することができる。一実施形態では、第１と第２のゲート誘電体層１１６、１１８を同時に形成する。一実施形態では、第２のゲート誘電体層１１８は、図２Ｇ−２で上述した開口部２１１を介したＡＬＤによって形成される。この場合、開口部２１１は、第２のゲート誘電体層１１８を堆積させるための十分な堆積材料を、拡張ボイド２１２内に流入させるのに十分に広い直径を有するように設計されなければならない。一実施形態では、開口部２１１は、少なくとも１０ｎｍの直径を有する。具体的な実施形態では、開口部２１１は、１５〜２０ｎｍの範囲の直径を有する。
その後、図２Ｊに示すように、第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８を形成することで、本発明の実施形態によるエンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００の構成を完成させる。第１のゲート電極１０６は、極性半導体層１１４の上方で第１のゲート誘電体層１１６の上に形成される。さらに、第２のゲート電極１０８は、極性半導体層１１４の下方で拡張ボイド２１２内に形成される。一実施形態では、第２のゲート電極１０８は、拡張ボイド２１２を完全に充填する。一実施形態では、第２のゲート電極１０８は、第２のゲート誘電体層１１８の範囲内で完全に包囲される。第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８は、設計要件に応じたゲート長を有するように形成することができる。いくつかの実施形態において、第１と第２のゲート電極は、極性半導体層１１４の深さＤに応じたゲート長を有し得る。例えば、極性半導体層１１４の深さＤが約２０ｎｍである場合には、第１と第２のゲート電極１０６、１０８は、同じゲート長を有し得る。一実施形態では、第１と第２のゲート電極１０６、１０８は、１〜３μｍのゲート長を有し得る。具体的な実施形態では、第１と第２のゲート電極１０６、１０８は、２μｍのゲート長を有する。他の例では、極性半導体層１１４の深さＤが約１００ｎｍである場合に、第１と第２のゲート電極１０６、１０８は、異なるゲート長を有し得る。例えば、第２のゲート電極１０８は、第１のゲート電極１０６よりも大きいゲート長を有し得る。一実施形態では、第１のゲート電極１０６は、０．５〜３μｍのゲート長を有してよく、第２のゲート電極は、１〜３μｍのゲート長を有してよい。具体的な実施形態では、第１のゲート電極１０６は１μｍのゲート長を有し、第２のゲート電極１０８は２μｍのゲート長を有する。
一実施形態では、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８は、互いに垂直方向に位置合わせされる。さらに、一実施形態では、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８は、一方のゲートに電圧が印加されたときに他方のゲートにも同じ電圧が印加されるように、互いに電気的に結合される。これにより、極性半導体層１１４を通り抜ける電流の流れを、チャネル層１２０の両側を用いて制御することが可能である。第１のゲート電極１０６は、任意の適切なゲート形成プロセスによって形成してよい。例えば、第１のゲート電極１０６は、導電性材料のブランケット堆積と、続いて、その堆積された導電性材料の異方性エッチングによって形成することができる。他の例では、第１の電極１０６は、置換ゲートプロセスまたはダマシンプロセスによって形成することができる。第２のゲート電極１０８は、基板内に埋め込まれたボイドの範囲内に材料を堆積させることが可能な任意の適切な堆積手法によって形成してよい。例えば、第２のゲート電極１０８は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＬＤによって形成することができる。具体的な実施形態では、第１と第２のゲート電極１０６、１０８を同時に形成する。第１と第２のゲート電極１０６、１０８は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＬＤと、続いて、第１のゲート電極１０６を形成するための異方性エッチングによって形成することができる。第１と第２のゲート電極１０６、１０８は、金属などの導電性材料で形成することができる。典型例となる金属として、Ｎｉ、ＴｉＮ、Ｐｔ、およびＷが含まれる。
本発明の一実施形態によれば、図２Ｊに示すエンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間に配置された極性半導体層１１４を有する。本実施形態では、分極層１１２は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間には配置されていない。第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間に分極層１１２が存在しないことで、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間では２ＤＥＧの形成が抑止される。本発明の実施形態によれば、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８にゲートバイアスを印加することによって、極性半導体層１１４の上方と下方からチャネル層１２０を制御する。これにより、本発明の一実施形態によるエンハンスメント型マルチゲートＨＥＭＴ１００は、極性半導体層１１４を通り抜ける電流の流れを最大限に制御できる。
別の実施形態では、デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴを形成するために、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間の分極層１１２を無傷のまま残すことができる。デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴを形成する方法を、上記の図２Ｇ−１から続く図２Ｋ〜２Ｍに示している。
図２Ｋでは、図２Ｇ−１のボイド２１０を拡張することで、拡張ボイド２１２を形成する。本実施形態では、拡張ボイド２１２は、極性半導体層１１４を露出させない。拡張ボイド２１２によって、分極層１１２の下面２２３を露出させることができる。いくつかの実施形態において、拡張ボイド２１２は、さらに、貼り合わせ接着層１０４の側壁２１６、およびキャリア基板１０２の面２１８、２２０を露出させることができる。拡張ボイド２１２は、図２Ｈに関して上述したように、貼り合わせ接着層１０４のみを主に除去する第２のエッチングプロセスによって形成することができる。次に、図２Ｌに示すように、第１のゲート誘電体層１１６および第２のゲート誘電体層１１８を形成する。本実施形態では、第１のゲート誘電体層１１６は、チャネル層１２０の上でソースコンタクト１１０とドレインコンタクト１１０との間に形成される。また、第２のゲート誘電体層１１８は、拡張ボイド２１２の面２２３、２１６、２１８、２２０上に形成される。第２のゲート誘電体層１１８は、拡張ボイド２１２を完全には充填しない。一実施形態では、第２のゲート誘電体１１８の一部は、分極層１１２の真下に形成される。第１のゲート誘電体層１１６および第２のゲート誘電体層１１８は、図２Ｉで上述したものと同様の厚さ、寸法を有し、同様のプロセス技術で形成される。
その後、図２Ｍに示すように、第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８を形成することで、本発明の実施形態によるデプリーション型マルチゲートＨＥＭＴ１０１の構成を完成させる。いくつかの実施形態において、第１のゲート電極１０６は、チャネル層１２０の上方で第１のゲート誘電体層１１６の上に形成される。第２のゲート電極１０８は、拡張ボイド２１２内に形成される。第２のゲート電極１０８は、極性半導体層１１４と分極層１１２とで構成されたチャネル層１２０の下方に配置することができる。一実施形態では、第２のゲート電極１０８は、第２のゲート誘電体層１１８によって完全に包囲される。一実施形態では、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８は、互いに垂直方向に位置合わせされる。さらに、一実施形態では、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８は、一方のゲートに電圧が印加されたときに他方のゲートにも同じ電圧が印加されるように、互いに電気的に結合される。これにより、チャネル層１２０を通り抜ける電流の流れを、チャネル層１２０の両側を用いて制御することが可能である。一実施形態では、第１のゲート電極１０６および第２のゲート電極１０８は、上記の図２Ｊで開示したプロセス技術および構造寸法によって形成される。
本発明の一実施形態によれば、デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴ１０１は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間に、極性半導体層１１４と分極層１１２の両方が配置される。これによって、デプリーション型マルチゲートＨＥＭＴ１０１は、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８との間に２ＤＥＧを有する。一実施形態では、２ＤＥＧは、極性半導体層１１４内で界面から１〜２ｎｍの距離にある。本発明の実施形態によれば、第１のゲート電極１０６と第２のゲート電極１０８にゲートバイアスを印加することによって、極性半導体層１１４の上方と下方からチャネル層１２０を制御する。これにより、本発明の一実施形態によるデプリーション型マルチゲートＨＥＭＴ１０１は、チャネル層１２０を通り抜ける電流の流れを最大限に制御できる。
図３は、本発明の実施形態により製造された１つ以上のダイを含むインタポーザ３００を示している。インタポーザ３００は、第１の基板３０２を第２の基板３０４にブリッジするために使用される介在基板である。第１の基板３０２は、例えば、集積回路ダイであってよい。第２の基板３０４は、例えば、メモリモジュール、コンピュータマザーボード、または他の集積回路ダイであってよい。一般的に、インタポーザ３００の目的は、配線接続をより広いピッチ幅に広げること、または配線接続を別の接続へと再ルーティングすることである。例えば、インタポーザ３００は、集積回路ダイをボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）３０６に結合することができ、そしてこれが次に第２の基板３０４に結合されることが可能である。一部の実施形態では、第１と第２の基板３０２／３０４は、インタポーザ３００の相対する側に装着される。他の実施形態では、第１と第２の基板３０２／３０４は、インタポーザ３００の同じ側に装着される。さらなる実施形態では、インタポーザ３００によって３つ以上の基板が相互接続される。
インタポーザ３００は、エポキシ樹脂、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、セラミック材料、またはポリイミドなどのポリマ材料で形成することができる。さらなる実施形態では、インタポーザは、代替の剛性材料または可撓性材料で形成することができ、それらの材料として、シリコン、ゲルマニウム、他のＩＩＩ−Ｖ族およびＩＶ族の材料など、半導体基板で使用するための上述のものと同じ材料を含むことができる。
インタポーザは、金属配線３０８およびビア３１０を有してよく、それらのビアとして、限定するものではないが、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）３１２が含まれる。インタポーザ３００は、さらに埋め込み素子３１４を有してよく、それらには、受動素子と能動素子の両方が含まれる。そのような素子として、キャパシタ、デカップリングキャパシタ、抵抗、インダクタ、ヒューズ、ダイオード、変圧器、センサ、および静電放電（ＥＳＤ）素子が含まれるが、ただし、これらに限定されない。さらに、高周波（ＲＦ）素子、電力増幅器、パワーマネジメント素子、アンテナ、アレイ、センサ、およびＭＥＭＳ素子のような、より複雑な素子をインタポーザ３００上に形成してもよい。
本発明の実施形態によれば、本明細書で開示するマルチゲートＨＥＭＴ、またはマルチゲートＨＥＭＴを形成する方法を、インタポーザ基板３００の製造において用いることができる。
図４は、本発明の一実施形態によるコンピュータ装置４００を示している。コンピュータ装置４００は、いくつかのコンポーネントを含み得る。一実施形態では、それらのコンポーネントは、１つ以上のマザーボードに装着される。別の実施形態では、それらのコンポーネントは、マザーボードではなく単一のシステムオンチップ（ＳｏＣ）ダイ上に作製される。コンピュータ装置４００内のコンポーネントとして、集積回路ダイ４０２および少なくとも１つの通信チップ４０８が含まれるが、ただし、これらに限定されない。一部の実装形態では、通信チップ４０８は、集積回路ダイ４０２の一部として作製される。集積回路ダイ４０２は、ＣＰＵ４０４ならびにオンダイメモリ４０６を有してよく、オンダイメモリは、キャッシュメモリとしてよく使用されるものであって、混載ＤＲＡＭ（ｅＤＲＡＭ）またはスピントランスファトルクメモリ（ＳＴＴＭまたはＳＴＴＭ−ＲＡＭ）などの技術によって提供することが可能である。
コンピュータ装置４００は、他のコンポーネントを含んでよく、それらは、マザーボードに物理的および電気的に結合されたものであっても、結合されていないものであってもよく、またはＳｏＣダイ内に作製されたものであってよい。このような他のコンポーネントとして、揮発性メモリ４１０（例えば、ＤＲＡＭ）、不揮発性メモリ４１２（例えば、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、グラフィック処理装置４１４（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ４１６、暗号プロセッサ４４２（ハードウェア内で暗号アルゴリズムを実行する専用プロセッサ）、チップセット４２０、アンテナ４２２、ディスプレイまたはタッチスクリーンディスプレイ４２４、タッチスクリーンコントローラ４２６、バッテリ４２８または他の電源、電力増幅器（図示せず）、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）装置４２８、コンパス４３０、モーション・コプロセッサまたはセンサ４３２（加速度計、ジャイロスコープ、コンパスを含み得る）、スピーカ４３４、カメラ４３６、ユーザ入力装置４３８（キーボード、マウス、スタイラス、タッチパッドなど）、およびマスストレージデバイス４４０（ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）など）が含まれるが、ただし、これらに限定されない。
通信チップ４０８は、コンピュータ装置４００に出入りするデータ伝送のための無線通信を可能とする。「無線」という用語およびその派生語は、非固形媒体を介した変調電磁放射を用いることによりデータを通信し得る回路、デバイス、システム、方法、技術、通信チャネルなどを記述するために使用されることがある。この用語は、関連したデバイスがワイヤを含まないことを意味するものではないが、一部の実施形態では、ワイヤを含まないことがある。通信チップ４０８は、いくつかの無線規格またはプロトコルのいずれかを実行することができ、それらの無線規格またはプロトコルとして、Ｗｉ−Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリ）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ファミリ）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、Ｅｖ−ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、これらの派生型、ならびに３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、およびそれ以降のものとして表される他のいずれかの無線プロトコルが含まれるが、ただし、これらに限定されない。コンピュータ装置４００は、複数の通信チップ４０８を含み得る。例えば、第１の通信チップ４０８は、Ｗｉ−ＦｉおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のような短距離無線通信に専用のものであってよく、第２の通信チップ４０８は、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、Ｅｖ−ＤＯなどのような遠距離無線通信に専用のものであってよい。
コンピュータ装置４００のプロセッサ４０４は、本発明の実施形態により形成され得る本発明の実施形態のマルチゲートＨＥＭＴデバイスを１つ以上含み得る。「プロセッサ」という用語は、レジスタおよび／またはメモリからの電子データを処理して、その電子データを、レジスタおよび／またはメモリに記憶されることがある他の電子データに変換する任意のデバイスまたはデバイスの部分を指し得る。
また、通信チップ４０８も、本発明の実施形態により形成され得る本発明の実施形態のマルチゲートＨＥＭＴデバイスを１つ以上含み得る。
さらなる実施形態では、コンピュータ装置４００内に収容された他のコンポーネントは、本発明の実施形態により形成され得る本発明の実施形態のマルチゲートＨＥＭＴデバイスを１つ以上含み得る。
種々の実施形態において、コンピュータ装置４００は、ラップトップコンピュータ、ネットブックコンピュータ、ノートブックコンピュータ、ウルトラブックコンピュータ、スマートフォン、タブレット、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ウルトラモバイルＰＣ、携帯電話機、デスクトップコンピュータ、サーバ、プリンタ、スキャナ、モニタ、セットトップボックス、エンタテイメントコントロールユニット、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、またはデジタルビデオレコーダであってよい。さらなる実施形態では、コンピュータ装置４００は、データを処理する他の任意の電子機器であってよい。
一実施形態では、半導体デバイスは、基板と、基板の上の接着層と、接着層の上のチャネル層と、チャネル層の上の第１のゲート電極であって、この第１のゲート電極とチャネル層との間に第１のゲート誘電体層を有する第１のゲート電極と、チャネル層の下の第２のゲート電極であって、この第２のゲート電極を完全に取り囲む第２のゲート誘電体層を有する第２のゲート電極と、第１のゲート電極の相対する両側に配置された一対のソースコンタクトおよびドレインコンタクトと、を含む。
一実施形態では、チャネル層は、ヘテロ構造である。チャネル層は、分極層と、分極層の上に直接配置された極性半導体層と、を有し得る。分極層は、ＡｌＧａＮで形成することができ、極性半導体層は、ＧａＮで形成することができる。一実施形態では、分極層は、第１のゲート電極と第２のゲート電極との間には配置されていない。一実施形態では、極性半導体層および分極層は、第１のゲート電極と第２のゲート電極との間に配置されている。一実施形態では、分極層は、分極層と極性半導体層との間の界面において２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を誘起する。２ＤＥＧは、極性半導体層内で界面から１〜２ｎｍの距離にあり得る。一実施形態では、一対のソースコンタクトおよびドレインコンタクトは、極性半導体層を貫通して、分極層上に形成される。一実施形態では、第１のゲート誘電体層は、一対のソースコンタクトおよびドレインコンタクト間に形成される。第２のゲート電極は、キャリア基板のトレンチ内へと延出したものであってよい。一実施形態では、第１のゲート電極は、第２のゲート電極に対して垂直方向に位置合わせされている。
一実施形態では、半導体デバイスを形成する方法は、ドナー基板と、埋め込み犠牲層を有する受容側基板と、を準備することと、その最上部がチャネル層を構成する素子基板を形成するためにドナー基板の一部を受容側基板に転写することと、埋め込み犠牲層の相対する両側でチャネル層上に一対のソース領域およびドレイン領域を形成することと、チャネル層の下方にボイドを形成するために埋め込み犠牲層を除去することと、チャネル層の一部の上に第１のゲート誘電体層と、ボイド内の側壁上に第２のゲート誘電体層と、を形成することと、チャネル層の上方で第１のゲート誘電体層上に第１のゲート電極と、チャネル層の下方でボイド内の第２のゲート誘電体層上に第２のゲート電極と、を形成することと、を含む。
一実施形態では、ボイドを形成することは、第１と第２の選択的エッチングプロセスを含む。第１の選択的エッチングプロセスは、犠牲層のみを主に除去し得る。第２の選択的エッチングプロセスは、接着層のみを主に除去し得る。一実施形態では、第２の選択的エッチングプロセスは、第３の選択的エッチングプロセスをさらに含む。第３の選択的エッチングプロセスは、ボトム層の一部を主に除去し得る。一実施形態では、ボイドを形成することによって、ゲート用ボイド内でボトム層を露出させる。ボイドを形成することによって、ボイド内でトップ層を露出させることができる。一実施形態では、犠牲層を選択的に除去することは、犠牲層を露出させるための開口部を素子基板にエッチングすることと、開口部を通して施される選択的エッチャントによって犠牲層を除去することと、を含む。選択的エッチャントは、周囲の材料に対して選択的に犠牲層を除去し得る。一実施形態では、ドナー基板の一部を受容側基板に転写することは、ドナー基板を受容側基板に装着することと、貼り合わせ基板を形成するためにドナー基板を受容側基板に貼り合わせることと、素子基板を形成するために貼り合わせ基板を分離することと、を含む。素子基板は、受容側基板と、受容側基板の上にあるドナー基板の一部と、を含み得る。一実施形態では、ドナー基板の一部を受容側基板に転写することは、ドナー基板を受容側基板に接着させるために融着を実施することをさらに含む。
一実施形態では、コンピュータ装置は、マザーボードと、マザーボードに実装されたプロセッサと、プロセッサと同じチップ上に作製された通信チップ、またはマザーボードに実装された通信チップと、を備える。プロセッサは、基板と、基板の上の接着層と、接着層の上のチャネル層と、チャネル層の上の第１のゲート電極であって、この第１のゲート電極とチャネル層との間に第１のゲート誘電体層を有する第１のゲート電極と、チャネル層の下で基板内に埋め込まれた第２のゲート電極であって、この第２のゲート電極を完全に取り囲む第２のゲート誘電体層を有する第２のゲート電極と、第１のゲート電極の相対する両側に配置された一対のソースコンタクトおよびドレインコンタクトと、を含む。
一実施形態では、チャネル層は、ヘテロ構造である。一実施形態では、チャネル層は、分極層と、分極層の上に直接配置された極性半導体層と、を有する。分極層は、分極層と極性半導体層との間の界面において２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を誘起し得る。分極層は、ＡｌＧａＮで形成することができ、極性半導体層は、ＧａＮで形成することができる。一実施形態では、第１のゲート電極は、第２のゲート電極に対して垂直方向に位置合わせされている。
本発明の図示の実施形態についての上記説明は、要約に記載されているものも含めて、網羅的なものではなく、開示した厳密な形態に本発明を限定するものでもない。本明細書では、例示目的で、本発明の具体的な実施形態、および本発明のための具体例について記載しているものの、当業者であれば理解できるように、本発明の範囲内で種々の均等な変更が可能である。
かかる変更は、上記の詳細な説明に照らして、本発明に対して実施することができる。以下の請求項において使用される用語は、本明細書および請求項に開示の特定の実施形態に発明を限定するものと解釈されてはならない。むしろ、本発明の範囲は、確立されたクレーム解釈論に従って解釈されるべき以下の請求項によって、完全に決定されるべきである。

Claims (26)

  1. 半導体デバイスであって、
    基板と、
    前記基板の上の接着層と、
    前記接着層の上のチャネル層と、
    前記チャネル層の上の第１のゲート電極であって、該第１のゲート電極と前記チャネル層との間に第１のゲート誘電体層を有する第１のゲート電極と、
    前記チャネル層の下の第２のゲート電極であって、該第２のゲート電極を完全に取り囲み、前記接着層の側壁、前記基板の上面、および前記チャネル層の面上に形成される第２のゲート誘電体層を有する第２のゲート電極と、
    前記第１のゲート電極の相対する両側に配置された一対のソースコンタクトおよびドレインコンタクトと、を含む半導体デバイス。
  2. 半導体デバイスであって、
    基板と、
    前記基板の上の接着層と、
    前記接着層の上のチャネル層と、
    前記チャネル層の上の第１のゲート電極であって、該第１のゲート電極と前記チャネル層との間に第１のゲート誘電体層を有する第１のゲート電極と、
    前記チャネル層の下の第２のゲート電極であって、該第２のゲート電極を完全に取り囲む第２のゲート誘電体層を有する第２のゲート電極と、
    前記第１のゲート電極の相対する両側に配置された一対のソースコンタクトおよびドレインコンタクトと、を含み、
    前記第２のゲート電極は、前記基板のトレンチ内へと延出している、半導体デバイス。
  3. 前記チャネル層は、ヘテロ構造である、請求項１または２に記載の半導体デバイス。
  4. 前記チャネル層は、分極層と、前記分極層の上に直接配置された極性半導体層と、を有する、請求項３に記載の半導体デバイス。
  5. 前記分極層は、ＡｌＧａＮで形成されており、前記極性半導体層は、ＧａＮで形成されている、請求項４に記載の半導体デバイス。
  6. 前記分極層は、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間には配置されていない、請求項４または５に記載の半導体デバイス。
  7. 前記極性半導体層および前記分極層は、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間に配置されている、請求項４または５に記載の半導体デバイス。
  8. 前記分極層は、前記分極層と前記極性半導体層との間の界面において２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を誘起する、請求項６または７に記載の半導体デバイス。
  9. 前記２ＤＥＧは、前記極性半導体層内で前記界面から１〜２ｎｍの距離にある、請求項８に記載の半導体デバイス。
  10. 前記第１のゲート電極は、前記第２のゲート電極に対して垂直方向に位置合わせされている、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
  11. 半導体デバイスを形成する方法であって、
    ドナー基板と、埋め込まれた状態の犠牲層を有する受容側基板と、を準備することと、
    その最上部がチャネル層を構成する素子基板を形成するために、前記ドナー基板の一部を前記受容側基板に転写することと、
    前記埋め込まれた状態の犠牲層の相対する両側における前記チャネル層上に、一対のソース領域およびドレイン領域を形成することと、
    前記チャネル層の下方にボイドを形成するために、前記埋め込まれた状態の犠牲層を除去することと、
    前記チャネル層の一部の上に第１のゲート誘電体層と、前記ボイド内の側壁上に第２のゲート誘電体層と、を形成することと、
    前記チャネル層の上方で前記第１のゲート誘電体層上に第１のゲート電極と、前記チャネル層の下方で前記ボイド内の前記第２のゲート誘電体層上に第２のゲート電極と、を形成することと、を含む方法。
  12. 前記ボイドを形成することは、第１の選択的エッチングプロセスおよび第２の選択的エッチングプロセスを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第１の選択的エッチングプロセスは、前記犠牲層のみを主に除去する、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第２の選択的エッチングプロセスは、接着層のみを主に除去する、請求項１２または１３に記載の方法。
  15. 第３の選択的エッチングプロセスをさらに含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記第３の選択的エッチングプロセスは、ボトム層の一部を主に除去する、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記犠牲層を選択的に除去することは、前記犠牲層を露出させるための開口部を前記素子基板にエッチングすることと、前記開口部を通して施される選択的エッチャントによって前記犠牲層を除去することと、を含む、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記選択的エッチャントは、周囲の材料に対して選択的に前記犠牲層を除去する、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記ドナー基板の一部を前記受容側基板に転写することは、
    前記ドナー基板を前記受容側基板に装着することと、
    貼り合わせ基板を形成するために、前記ドナー基板を前記受容側基板に貼り合わせることと、
    前記素子基板を形成するために、前記貼り合わせ基板を分離することと、を含み、
    前記素子基板は、前記受容側基板と、前記受容側基板の上にある前記ドナー基板の一部と、を含む、請求項１１から１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記ドナー基板を前記受容側基板に接着させるために、融着を実施することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  21. コンピュータ装置であって、
    マザーボードと、
    前記マザーボードに実装されたプロセッサと、
    前記プロセッサと同じチップ上に作製された通信チップ、または前記マザーボードに実装された通信チップと、を備え、
    前記プロセッサは、
    基板と、
    前記基板の上の接着層と、
    前記接着層の上のチャネル層と、
    前記チャネル層の上の第１のゲート電極であって、該第１のゲート電極と前記チャネル層との間に第１のゲート誘電体層を有する第１のゲート電極と、
    前記チャネル層の下で前記基板内に埋め込まれた第２のゲート電極であって、該第２のゲート電極を完全に取り囲み、前記接着層の側壁、前記基板の上面、および前記チャネル層の面上に形成される第２のゲート誘電体層を有する第２のゲート電極と、
    前記第１のゲート電極の相対する両側に配置された一対のソースコンタクトおよびドレインコンタクトと、を含む、コンピュータ装置。
  22. コンピュータ装置であって、
    マザーボードと、
    前記マザーボードに実装されたプロセッサと、
    前記プロセッサと同じチップ上に作製された通信チップ、または前記マザーボードに実装された通信チップと、を備え、
    前記プロセッサは、
    基板と、
    前記基板の上の接着層と、
    前記接着層の上のチャネル層と、
    前記チャネル層の上の第１のゲート電極であって、該第１のゲート電極と前記チャネル層との間に第１のゲート誘電体層を有する第１のゲート電極と、
    前記チャネル層の下で前記基板内に埋め込まれた第２のゲート電極であって、該第２のゲート電極を完全に取り囲む第２のゲート誘電体層を有する第２のゲート電極と、
    前記第１のゲート電極の相対する両側に配置された一対のソースコンタクトおよびドレインコンタクトと、を含み、
    前記第２のゲート電極は、前記基板のトレンチ内へと延出している、コンピュータ装置。
  23. 前記チャネル層は、ヘテロ構造である、請求項２１または２２に記載のコンピュータ装置。
  24. 前記チャネル層は、分極層と、前記分極層の上に直接配置された極性半導体層と、を有する、請求項２３に記載のコンピュータ装置。
  25. 前記分極層は、前記分極層と前記極性半導体層との間の界面において２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を誘起する、請求項２４に記載のコンピュータ装置。
  26. 前記分極層は、ＡｌＧａＮで形成されており、前記極性半導体層は、ＧａＮで形成されている、請求項２５に記載のコンピュータ装置。
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