(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III-族窒化物半導体デバイスにおいて、
第２のIII-族窒化物層上の第１のIII-族窒化物層と、
前記第１および第２のIII-族窒化物層間の界面によって形成した２ＤＥＧ層と、
前記第１のIII-族窒化物層の表面に接続したソース接点と、
前記ソース接点から側方に離れており、前記第１のIII-族窒化物層の前記表面に接続したドレイン接点と、
前記第１のIII-族窒化物層の前記表面に結合し、また前記ソース接点とドレイン接点との間で側方に配置したゲート接点と、および
前記ゲート接点とドレイン接点との間に配置し、前記ソース接点に接続して、導電性のIII-族窒化物材料を有し、前記第１のIII-族窒化物層に容量結合または前記第１のIII-族窒化物層とショットキー接触するフィールドプレートと、を備えた、III-族窒化物半導体デバイス。
【請求項２】
前記第１のIII-族窒化物層をＡｌＧａＮとし、前記第２のIII-族窒化物層をＧａＮとした、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第２のIII-族窒化物層を基板上に支持した、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記基板をシリコンとし、また前記第２のIII-族窒化物層に接続した転位層を有する、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ゲート接点を、ショットキー接点とした、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ゲート接点を、前記第１のIII-族窒化物層の前記表面から誘電的に絶縁した、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のデバイスにおいて、さらに、前記ソース接点およびドレイン接点と、前記第１のIII-族窒化物層の前記表面との間に配置した導電性のIII-族窒化物パッドを有する、デバイス。
【請求項８】
前記フィールドプレートを、導電性のIII-族窒化物材料とした、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
III-族窒化物層およびこのIII-族窒化物層の底部に隣接配置した２ＤＥＧ層と、
前記III-族窒化物層の頂部に結合した互いに側方に離れた第１ドレイン接点および第２ドレイン接点と、
前記III-族窒化物層の頂部に結合し、また前記第１ドレイン接点および第２ドレイン接点の側方に離れて第１ドレイン接点と第２ドレイン接点との間に配置したソース接点と、
前記III-族窒化物層の頂部に結合し、また前記ソース接点と第１ドレイン接点との間、および前記ソース接点と第２ドレイン接点との間、のそれぞれに配置した第１ゲート接点および第２ゲート接点と、および
前記第１ドレイン接点と前記第１ゲート接点との間、および前記第２ドレイン接点と前記第２ゲート接点との間、のそれぞれに配置した第１フィールドプレートおよび第２フィールドプレートとを有し、
前記第１および第２の前記フィールドプレートを相互に、また前記ソース接点に接続し、前記第１および第２の前記フィールドプレートは、導電性のIII-族窒化物材料を有し、前記III-族窒化物層に容量結合または前記III-族窒化物層とショットキー接触するIII-族窒化物半導体デバイス。
【請求項１０】
前記III-族窒化物層を、ＡｌＧａＮとした請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１および第２のフィールドプレートを共通する導電性のIII-族窒化物材料から形成した、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１および第２のフィールドプレートを、ＧａＮおよびＡｌＧａＮを含むグループから選択した、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ゲート接点をショットキー接点とした、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ゲート接点を、第１のIII-族窒化物による第１層から誘電的に絶縁した、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
請求項９に記載のデバイスにおいて、さらに、前記III-族窒化物層と前記ソース接点との間に配置した導電性のIII-族窒化物パッドを有する、デバイス。
【請求項１６】
請求項１に記載のデバイスにおいて、さらに、前記III-族窒化物層の前記表面間に配置した導電性のIII-族窒化物パッドを有し、前記フィールドプレートは前記III-族窒化物層に容量結合するデバイス。
【請求項１７】
前記フィールドプレートを、導電性のIII-族窒化物材料の層とした、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
請求項９に記載のデバイスにおいて、前記第１および第２のフィールドプレートと前記III-族窒化物層との間にそれぞれ配置したそれぞれに対応する誘電層を有し、前記第１および第２のフィールドプレートは前記III-族窒化物層にそれぞれ容量結合するデバイス。
【請求項１９】
III-族窒化物半導体デバイスを形成する方法において、
導電性のIII-族窒化物による第１層をIII-族窒化物のヘテロ接合上に形成するステップと、
前記第１層上に導電性材料の第２層を形成するステップと、
前記第２層をパターン形成して、ソース電極およびドレイン電極を得るステップと、
前記導電性のIII-族窒化物による第１層をパターン形成して、前記導電性のIII族窒化物による第１層からフィールドプレートおよび台座を得るステップと、を有し、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ前記台座に配置され、前記フィールドプレートは前記III-族窒化物のヘテロ接合の上層に容量結合または前記III-族窒化物のヘテロ接合の上層とショットキー接触する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は半導体デバイスおよび半導体デバイスを製造する方法に関する。
【０００２】
定義
本明細書において、III-族窒化物とは、限定するものではないが、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＡｌＧａＮ等を含むＩｎＡｌＧａＮ系からなる半導体合金に言及するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
III-族窒化物パワー半導体デバイスにおけるゲート電極とドレイン電極との間における電界は、そのブレークダウン（降伏）電圧に影響を及ぼすということが知られている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ゲート電極とドレイン電極との間の電界を減少するため、本発明によるデバイスは、１対または以上の対のゲート電極およびドレイン電極と対間にそれぞれ配置したフィールドプレートを設け、各フィールドプレートをデバイスのソース電極に対して電気的に短絡させる。
【０００５】
さらにとくに、本発明の一態様として、III-族窒化物パワーデバイスには、そのヘテロ接合構体上にフィールドプレートを設ける。フィールドプレートは、デバイスのソース電極に対して短絡させた高導電性III-族窒化物本体を有する。
【発明の効果】
【０００６】
この結果として、ゲート電極からの「見かけの」ゲート−ドレイン電圧を低減し、これにより、デバイスのブレークダウン（降伏）に対抗するデバイスの能力を向上させる。
【０００７】
本発明によるデバイスの好適な製造方法では、各ゲート電極とそれぞれに対応するフィールドプレートとの間隔を狭くするため、任意の適当な方法により幅広い導電性のプレートを製造し、つぎに幅広い導電性のプレートをゲート電極およびフィールドプレートがそれぞれ交互に位置するよう細い部分に分離し、この分離は、例えば適切なエッチングステップによって行い、分離したゲート電極およびフィールドプレートを得る。
本発明の他の特徴および利点は、添付図面につき説明する以下の記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明によるデバイスにおける互いに隣接配置した２個のアクティブセルの頂面図を線図的に示す。
【図２】図１における２−２線上の矢印方向に見た断面図を線図的に示す。
【図３】本発明によるプロセスを用いて、変更を施す前のデバイスの頂面図を線図的に示す。
【図４】本発明の第２実施形態の断面図を線図的に示す。
【図５】本発明のさらに他の実施形態によるデバイスの、互いに隣接した２個のアクティブセルの断面図を線図的に示す。
【図６】本発明による図５のデバイスの製作プロセスにおける選択したステップを線図的に示す。
【図７】本発明による図５のデバイスの製造プロセスにおける選択したステップを線図的に示す。
【図８】本発明の別の実施形態による、デバイスにおける互いに隣接する２個のアクティブセルの断面図を線図的に示す。
【図９】図８と同様に、本発明のさらに別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、本発明の一実施形態による相当大きいデバイスにおける互いに隣接する２個のセルを示す。このデバイスは、ドレイン電極１０、ソース電極１２、ソース電極１２と各ドレイン電極１０との間に配置するゲート電極１４、およびゲート電極１４と各ドレイン電極１０との間に配置するフィールドプレート１６を有する。電極１０，１２，１４およびフィールドプレート１６のすべては、ヘテロ接合１８の上に堆積させるのに適した任意な所望の導電性材料とすることができる。
【００１０】
本発明の一つの態様によれば、ソース電極１２およびフィールドプレート１６は、図１に線図的に示すように互いに電気的に短絡させる。
【００１１】
図２につき説明すると、本発明によるデバイスは、好適には、III-族窒化物パワー電界効果デバイス、例えば高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）とする。本発明によるデバイスは、したがって、支持本体２０上に形成したIII-族窒化物ヘテロ接合１８を有する。III-族窒化物ヘテロ接合１８は、好適にはチャネル層として作用する第１III-族窒化物本体２２と、好適にはバリヤ層として作用する第２III-族窒化物本体２４を有する。第１および第２のIII-族窒化物本体２２，２４の厚さおよび組成は、一般的に二次元電子ガス（２−ＤＥＧ）と称される、ヘテロ接合（またはその近傍）に導電性領域を生ずるように選択する。図１、２および３の実施形態において、第１III-族窒化物本体２２はＧａＮ（窒化ガリウム）で構成するとともに、第２III-族窒化物本体２４はＡｌＧａＮ（アルミニウム窒化ガリウム）により構成する。さらに、図１，２および３の実施形態において、ドレイン電極１０およびソース電極１２は第２III-族窒化物本体２４に対してオーム接触させるとともに、ゲート電極１４およびフィールドプレート１６は第二のIII-族窒化物本体２４に対してショットキー接触させる。支持本体２０は第１III-族窒化物本体２２に適合可能な基板（例えば窒化ガリウム基板）を有する、またはシリコン、炭化ケイ素、サファイアにより構成した基板もしくは転位層、すなわち第１III-族窒化物本体２２をそこから成長させることができる層（例えば、ＡｌＮ本体）により構成した基板を有するものとすることができる。
【００１２】
図３につき説明すると、本発明によってデバイスを製造する好適な方法においては、III-族窒化物デバイスを、ドレイン電極１０とソース電極１２との間に幅広いゲート電極１４を形成するのに適した方法によって、製造する。その後、幅広いゲート電極１４を２個のストリップに分割または分離し（例えば、任意の望ましいエッチング技術を用いて）、図１に示すように、フィールドプレート１６およびゲート電極１４を得る。
【００１３】
図４に示す（同一符号によって同一特徴部を示す）他の実施形態においては、ゲート電極１４とフィールドプレート１６を、本体２４上にあってゲート誘電体としての機能を持つに適した組成と厚さを有するゲート絶縁本体２６上に堆積する。このようにして、図３に示す層１４′を分割した後に、ゲート電極１４およびフィールドプレート１６を、本体２４対してショットキー結合させるのではなく、容量結合させる。
【００１４】
図５に示す（図１〜４におけるコンポーネントに類似のコンポーネントには同一符号で示す）本発明のもう一つの実施形態によるデバイスは、I支持本体２０の上に形成したII-族窒化物ヘテロ接合１８を有する。ヘテロ接合１８は、支持本体２０上に形成した第１III-族窒化物本体２２と、このIII-族窒化物本体２２上に形成したIII-族窒化物本体２４を有する。第１および第２のIII-族窒化物２２および２４の厚さおよび組成は、当業界でよく知られているように、ヘテロ接合（またはその近傍）に二次元電子ガスを形成するように選択する。
【００１５】
図５の実施形態では、さらに、第１III-族窒化物本体２２は、チャネル層として作用し、またＧａＮ（窒化ガリウム）により構成することができ、また第２のIII-族窒化物本体２４は、バリヤ層として作用し、またＡｌＧａＮ（アルミニウム窒化ガリウム）により構成することができる。支持本体２０は、例えば窒化ガリウムのような第一のIII-族窒化物本体２２に適合可能な基板にする、または第１III-族窒化物本体２２をそこから成長させることができる、転位層（例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）層）を有する基板（例えば、シリコン、炭化ケイ素、またはサファイア）とする。
【００１６】
図５に示す実施形態は、さらに、各アクティブセルにおいて、第１パワー電極１２（例えば、ソース電極）、第２パワー電極１０（例えばドレイン電極）および第１パワー電極１２と第２のパワー電極１０との間に配置したゲート電極１４を有する。好適な実施例においては、ゲート電極１４を第２III-族窒化物本体に対してショットキー接触させる。しかし、ゲート電極１４を第２III-族窒化物本体２４（例えば、ゲート絶縁基板を介して）と容量結合することもでき、これも本発明の精神および範囲を逸脱するものではないことを理解されたい。
【００１７】
図５に示すような本発明の一態様によれば、高導電性（例えばＮ＋）のIII-族窒化物材料（例えば、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ）で構成したフィールドプレート１６を、第二のIII-族窒化物本体２４上、およびゲート電極１４とドレイン電極１０との間に堆積する。フィールドプレート１６は、好適には、ソース電極１２と電気的に短絡させ、これにより、ゲート電極１４とドレイン電極１０との間の電圧を減少して、デバイスのブレークダウン（降伏）電圧を改善する。この電気的短絡は任意の望ましい方法によって形成することができる。
【００１８】
図５の実施形態において、各ドレイン電極１０とソース電極１２は、それぞれに対応する高導電性（例えばＮ＋）のIII-族窒化物（例えば、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ）の台座３６上に配置してオーミック結合させ、この台座３６を第２III-族窒化物本体２４上に形成し、これにより、パワー電極１０，１２と第２III-族窒化物本体２４との間におけるオーミック結合を改善する。
【００１９】
図６および図7につき、図５の実施形態によるデバイスを製造するため、III-族窒化物ヘテロ接合１８を支持本体２０上に、任意の適切な方法によって、形成する。その後、高導電性のIII-族窒化物層３８（例えばＮ＋ＧａＮ、またはＮ＋ＡｌＧａＮの層）を、第２III-族窒化物本体２４上で成長させる。つぎに、パワー電極１０，１２を形成するための導電性材料の層を、第２III-族窒化物本体２４上に形成し、またパターン形成してパワー電極１０，１２を得る。
【００２０】
このとき、層３８をパターン形成して複数個のギャップ４０，４１（図７参照）を設け、フィールドプレート１６および台座３６を得る。ギャップ４０，４１は、フィールドプレート１６および台座３６を物理的に隔離する作用をすることに注意されたい。その後、ゲート電極１４を、第２III-族窒化物本体２４上で図７に示すギャップ４１に形成し、またフィールドプレート１６およびソース電極１２を電気的に短絡させて本発明によるデバイスを得る。
【００２１】
つぎに、図８（先行する図面における同様の特徴部に同一参照符号で示す）につき説明すると、デバイスは、エンハンスメント態様のデバイスとし、またフィールドプレート１６は、金属材料を含む任意の導電性材料、ならびに上述のように高導電性III-族窒化物レーザーまたは上述のような本体とすることができる。この実施形態によるエンハンスメント態様のデバイスは、ゲート電極１４の下方に中断領域またはキャリヤ密度減少領域５０を有する、２−ＤＥＧ層を有する。中断領域またはキャリヤ密度減少領域を作成するため、多くの異なる方法を使用できる。例えば、窪みを本体２４に形成し、注入領域を本体２４または２２に形成し、本体２４の表面をゲートの下方でＣＦ４（四フッ化炭素）を用いて処理をする、または米国特許出願第１１／９０６，８４２号（「III-Nitride Heterojunction Semiconductor Device and Method of Fabrication」(IR-3282)のタイトルで２００７年１０月４日に出願されたものであり、参考として本明細書に付記した）に記載されているような部分的な分解を使用し、ゲート電極１４の下方に中断した２−ＤＥＧまたは密度が減少した２−ＤＥＧを得る。米国特許出願第１１／０４０，６５７号（「III-Nitride FET」(IR-2663)のタイトルで２００５年１月２１日に出願されたものであり、参考として本明細書に付記した）は、ゲート電極の下方に中断した領域またはキャリヤ密度減少領域を有する２−ＤＥＧ層を得るさまざまな方法について記載している。図８の実施形態において、ゲート電極１４は本体１６とショットキー結合していることに留意されたい。
【００２２】
エンハンスメント態様（モード）デバイス（すなわち、ゲート電極の下方で、中断した２−ＤＥＧまたはキャリヤ密度が減少した２−ＤＥＧを有するデバイス）における、ソース電極に電気的に短絡させたフィールドプレート１６の組み合わせによれば、動作中安定したIII-族窒化物エンハンスメント態様（モード）デバイスが得られる結果になり、このことは今まで当業者には得られなかった結果である。
【００２３】
図９（先行の図面における類似の特徴部に同一符号を付して示す）に示す、本発明の第３実施形態によるデバイスにつき説明すると、図４に示すように、ゲート誘電体２６を、ゲート電極１４と本体２４との間に配置する。さらに、ゲート誘電体２６をフィールドプレート１６と本体２４との間に配置する。図８および図９の実施形態において台座２６は省いても、本発明の範囲および精神を逸脱するものではない。このようにして、電極１４および１６を本体１６にオーミック結合させることができる。
【００２４】
本発明を特別な実施形態に関連して説明したが、多くの他の改変および変更ならびに他の用途があり得ることは当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明は本明細書の記載のものに限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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