(57)【要約】      （修正有）【課題】経時的なゲートリーク電流の発生を抑制した集積回路（ＩＣ）デバイス、製造方法およびシステムを提供する。【解決手段】ＩＣデバイスは、基板１０２上に配置された、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）を含むバッファ層１０４と、該バッファ層上に配置された、アルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）を含むバリア層１０６と、ゲート端子１０８と、該ゲート端子とバリア層間およびまたは該ゲート端子とバッファ層間に配置されたゲート誘電体層１１４と、を備え、該ゲート誘電体層は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）などの、フッ化物系または塩化物系化合物を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に堆積された、第１の窒化物系材料を含むバッファ層と、
前記バッファ層上に堆積された、第２の窒化物系材料を含むバリア層と、
前記バリア層内、その上またはその下に堆積された、フッ素（Ｆ）または塩素（Ｃｌ）を含むゲート誘電体層と、
前記ゲート誘電体層上に配置されたゲート端子と、を備え、前記ゲート誘電体層は、前記ゲート端子と前記バリア層間、または前記ゲート端子と前記バッファ層間に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ゲート誘電体層は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化カドミウム（ＣｄＦ２）あるいは塩化カリウム（ＫＣｌ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バッファ層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記バリア層は、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（ＩｎＡｌＮ）あるいは窒化インジウムガリウムアルミニウム（ＩｎＧａＡｌＮ）を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記バリア層に凹部をさらに含み、前記ゲート誘電体層は前記凹部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
エンハンスメントモード高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）デバイスに含まれ、前記ゲート端子は、前記ＨＥＭＴデバイスのスイッチングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記凹部は、前記バッファ層まで延在していないことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記凹部は、前記バッファ層までまたはその内部まで延在し、前記ゲート誘電体層は前記バッファ層上に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記ゲート誘電体層の厚さは約２０Å〜約５００Åであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記バリア層上であって、前記ゲート端子の両側に配置されたソース端子とドレイン端子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記バリア層上であって、前記ゲート端子と前記ソース端子間および前記ゲート端子と前記ドレイン端子間の前記バリア層に配置された誘電体層をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ゲート誘電体層は、前記誘電体層と前記バリア層間に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ゲート誘電体層は、前記ゲート端子と前記誘電体層間に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
エンハンスメントモードデバイスであって、前記ゲート端子は、制御電圧を受け取って前記バリア層または前記バッファ層の電流のスイッチングを制御するように構成され、前記制御電圧の動作範囲は１．５Ｖ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
デプレッションプモードデバイスであって、前記ゲート端子は、制御電圧を受け取って前記バリア層または前記バッファ層の電流のスイッチングを制御するように構成され、前記制御電圧の動作範囲は、ピンチオフ電圧から約８Ｖ以上の電圧までであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
基板上面に配置された第１の窒化物系材料を含むバッファ層の上面に配置された、第２の窒化物系材料を含むバリア層に凹部をエッチングするステップと、
フッ化物系または塩化物系化合物を含むゲート誘電体層を前記凹部に形成するステップと、
前記ゲート誘電体層上にゲート端子を形成するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記ゲート誘電体層は、分子線エピタキシャル法、原子層蒸着法、スパッタリング法、蒸着法あるいは物理的気相蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ゲート誘電体層は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化カドミウム（ＣｄＦ２）あるいは塩化カリウム（ＫＣｌ）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ゲート端子は、蒸着法で形成された金属を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記バリア層上にソース端子を形成するステップと、
前記バリア層上にドレイン端子を形成するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記凹部内の前記ゲート誘電体層を形成する前記ステップは、フッ化物系または塩化物系化合物のブランケット層を前記バリア層上に形成するステップを備え、
前記ソース端子を形成する前記ステップは、前記ブランケット層の一部を除去するステップと、前記ソース端子を前記除去された一部に形成するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ソース端子を形成する前記ステップは、前記ソース端子または前記ドレイン端子下の前記バリア層の一部を除去するステップと、ドープした窒化物材料を前記バリア層の前記除去された一部に再成長させるステップと、前記ドープした窒化物材料の上面に前記ソース端子または前記ドレイン端子を形成するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ゲート端子は、制御電圧を受け取って、前記ソース端子と前記ドレイン端子間の電流チャネルを選択的に活性化させるように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記ゲート端子、前記ソース端子および前記ドレイン端子は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）デバイスに含まれることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板上に前記バッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層上に前記バリア層を形成するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、広くは集積回路分野に関し、特にフッ化物系または塩化物系化合物を含むゲート誘電体を備えたトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などのＩＩＩ族窒化物系トランジスタは、典型的にはデプレッションモード（Ｄモード）デバイスである。Ｄモードデバイスは、ソースに対するゲート電圧０でオンとなり（例えば、チャンネルに電流を流す）、電流フローのピンチオフには、負のピンチオフ電圧（しきい値電圧とも呼ぶ）まで下げなければならない。
【０００３】
対照的に、ゲート電圧０でオフであり、オンにするには正のゲート電圧を用いるエンハンスメントモード（Ｅモード）デバイスは、パワースイッチングなどの用途には望ましいものであり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ショットキー金属スタックに直接接触する終端層を有する従来のＧａＮ−ＨＥＭＴ構造は、熱応力または電気的応力により、時間と共に変化し得るかなりのゲートリークを生じる。これらの構造はＥモードデバイスには適さない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の装置は、基板上に堆積された、第１の窒化物系材料を含むバッファ層と、バッファ層上に堆積された、第２の窒化物系材料を含むバリア層と、バリア層内、その上またはその下に堆積された、フッ素（Ｆ）または塩素（Ｃｌ）を含むゲート誘電体層と、ゲート誘電体層上に配置されたゲート端子と、を備え、ゲート誘電体層は、ゲート端子とバリア層間、またはゲート端子とバッファ層間に配置される。
【０００６】
本発明の別の態様は、方法である。この方法は、基板上面に配置された第１の窒化物系材料を含むバッファ層の上面に配置された、第２の窒化物系材料を含むバリア層に凹部をエッチングするステップと、フッ化物系または塩化物系化合物を含むゲート誘電体層を凹部に形成するステップと、ゲート誘電体層上にゲート端子を形成するステップと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】種々の実施形態による集積回路（ＩＣ）デバイスの概略横断面図である。
【図２】種々の実施形態による別のＩＣデバイスの概略横断面図である。
【図３】種々の実施形態によるさらに別のＩＣデバイスの概略横断面図である。
【図４】種々の実施形態によるＩＣデバイス製造方法のフロー図である。
【図５】種々の実施形態によるＩＣデバイスを備えるシステム例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の詳細な説明と添付図面とによって実施形態は容易に理解されるであろう。説明を容易にするために、同じ符号は同じ構成要素を示す。実施形態は例示として示されるものであり、添付図面の形状を限定するものではない。
【０００９】
本開示の実施形態によって、フッ化物系または塩化物系化合物を含むゲート誘電体層を有するＩＩＩ族窒化物トランジスタの技術と構造が提供される。以下の詳細な説明では、本明細書の一部を成す添付図面を参照する。図面中、同じ符号は同じ部品を示し、本開示の主題が実施され得る実施形態が例示される。他の実施形態を用いることも可能であり、また、構造や論理的な変更が本開示の範囲を逸脱することなく可能であることは理解されるべきである。従って、以下の詳細な説明は制限的な意味合いで捉えられるものではなく、実施形態の範囲は、添付の請求項およびその均等物によって画定されるものである。
【００１０】
本開示の目的のために、「ＡおよびまたはＢ」は、（Ａ）、（Ｂ）または（ＡおよびＢ）を意味する。本開示の目的のために、「Ａ、ＢおよびまたはＣ」は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡおよびＢ）、（ＡおよびＣ）、（ＢおよびＣ）または（Ａ、ＢおよびＣ）を意味する。
【００１１】
以下の説明では、「ある実施形態では」または「実施形態では」が使用されるが、これらはそれぞれ、１つまたは複数の同じであっても異なっていてもよい実施形態を指す。また、本開示の実施形態に関して使用される「備える」、「含む」、「有する」などは同意語である。また、「接続された」は、直接接続、間接接続あるいは間接的な伝達を指す。
【００１２】
「接続された」とその派生語も本明細書で使用される。この「接続された」は、以下の１つまたは複数を意味する。すなわち、２つ以上の要素が直接物理的または電気的に接触しているか、あるいは、２つ以上の要素が互いに間接的に接触し、さらには互いに協働もしくは相互作用しているか、あるいは、互いに接続しているとされる要素間に、１つまたは複数の他の要素が接続されていることを意味する。
【００１３】
種々の実施形態において、「第１の層上に形成、配置あるいは構成された第２の層」とは、第２の層が第１の層の上部に形成、配置あるいは構成されていることを意味し、第２の層の少なくとも一部が、第１の層の少なくとも一部に直接接触（例えば、物理的およびまたは電気的に直接接触）しているか、間接接触（例えば、この両層間に１つまたは複数の他の層を有するなど）していることを意味し得る。
【００１４】
図１は、種々の実施形態による集積回路（ＩＣ）デバイス１００の概略横断面図である。ＩＣデバイス１００は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）デバイスなどのトランジスタであってもよい。基板１０２上にＩＣデバイス１００を形成してもよい。層スタック（スタック１０１と総称する）を基板１０２上に堆積してもよい。スタック１０１は、１つまたは複数のヘテロ接合／ヘテロ構造を形成する異材質系の層を備えていてもよい。例えば、スタック１０１は、基板１０２上に配置されたバッファ層１０４と、バッファ層１０４上に配置されたバリア層１０６と、を備えていてもよい。一部の実施形態では、スタック１０１の１つまたは複数の層（例えばバッファ層１０４およびまたはバリア層１０６）をエピタキシャルに堆積してもよい。
【００１５】
ＩＣデバイス１００は、ゲート端子１０８、ソース端子１１０およびドレイン端子１１２をさらに備えていてもよい。種々の実施形態では、ＩＣデバイス１００は、バリア層１０６内またはその上に配置されたゲート誘電体層１１４をさらに備えていてもよい。ゲート端子１０８とバリア層１０６またはバッファ層１０４との間に、ゲート誘電体層１１４を配置してもよい。従って、ゲート誘電体層１１４によって、金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）接合が提供され得る。種々の実施形態では、ゲート誘電体層１１４は、フッ素（Ｆ）または塩素（Ｃｌ）（例えば、安定なフッ化物系または塩化物系化合物）を含んでいてもよい。一実施形態では、ゲート誘電体層１１４は、例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を含んでいてもよい。ゲート誘電体層１１４のフッ化物系または塩化物系化合物によって、ゲート端子１０８には、従来のＨＥＭＴデバイスと比較して、より高いゲート電圧が印加され得る。該フッ化物系または塩化物系化合物によって、ＩＣデバイス１００をエンハンスメントモード（Ｅモード）デバイスとすることが容易になり得る。他の実施形態では、該フッ化物系または塩化物系化合物をデプレッションモード（Ｄモード）デバイスで用いてもよい（例えば、後述する図２および図３に示すように）。
【００１６】
基板１０２は一般に、その上にスタック１０１が堆積される支持材を含む。ある実施形態では、基板１０２は、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）すなわち「サファイア」、窒化ガリウム（ＧａＮ）およびまたは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む。他の実施形態では、基板１０２には、好適なＩＩ〜ＶＩ族半導体材料系およびＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料系を含む他の材料が使用され得る。ある実施形態では、その上にバッファ層１０４の材料がエピタキシャル成長できる任意の材料または材料の任意の組み合わせで基板１０２を構成してもよい。
【００１７】
種々の実施形態では、バッファ層１０４によって、基板１０２とＩＣデバイス１００の他の構成要素（例えばバリア層１０６）との間で結晶構造が転移され、これによって、基板１０２とＩＣデバイス１００の他の構成要素との間のバッファ層または絶縁層として作用し得る。例えば、バッファ層１０４によって、基板１０２と他の格子不整合材料（例えばバリア層１０６）間の応力が緩和され得る。一部の実施形態では、バッファ層１０４を、ＩＣデバイス１００の可動電荷キャリア用のチャネルとして機能させてもよい。一部の実施形態では、バッファ層１０４は非ドープであってもよい。バッファ層１０４を、基板１０２にエピタキシャルに接続してもよい。他の実施形態では、核形成層（図示せず）を基板１０２とバッファ層１０４間に介在させてもよい。一部の実施形態では、バッファ層１０４を複数の堆積膜または層で構成してもよい。
【００１８】
一部の実施形態では、バッファ層１０４は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物系材料を含んでいてもよい。バッファ層１０４の厚さは、その下の基板１０２の表面に実質的に垂直な方向において１〜３μｍであってもよい。他の実施形態では、バッファ層１０４は、他の好適な材料およびまたは厚さを有していてもよい。
【００１９】
種々の実施形態では、バリア層１０６とバッファ層１０４間にヘテロ接合を形成してもよい。バリア層１０６のバンドギャップエネルギーは、バッファ層１０４のそれより大きくてもよい。バリア層１０６は、可動電荷キャリアを供給するより広いバンドギャップ層であってもよく、バッファ層１０４は、該可動電荷キャリア用のチャネルまたは経路を提供するより狭いバンドギャップ層であってもよい。
【００２０】
例えばＩＩＩ族窒化物系材料などの種々の好適な材料系のうちの任意のもので、バリア層１０６を構成してもよい。バリア層１０６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）およびまたは窒素（Ｎ）を含んでいてもよい。一部の実施形態では、単一材料から成る単独層でバリア層１０６を構成してもよい。一実施形態では、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）（ｘ：アルミニウムとガリウムとの相対量を表す０〜１の値）の単独層でバリア層１０６を構成してもよい。他の実施形態では、複数の堆積膜あるいは層でバリア層１０６を構成してもよい。例えば、バリア層１０６は、バッファ層１０４上に配置された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の層と、該窒化アルミニウム層上に配置された窒化アルミニウムインジウム（ＩｎＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）または窒化インジウムガリウムアルミニウム（ＩｎＧａＡｌＮ）の層と、を含んでいてもよい。
【００２１】
上記のように、一部の実施形態では、ＩＣデバイス１００は、正のしきい値電圧を有するＥモードデバイスであってもよい。ＥモードＩＣデバイス１００は、ゲート電圧（ソース電圧に対して）がしきい値電圧未満では通常オフであってもよい（例えば、ソース端子１１０とドレイン端子１１２間の電流は抑止されてもよい）。ＥモードＩＣデバイス１００は、ゲート電圧がしきい値電圧より大きい場合、オンとされてもよい（例えば、ソース端子１１０とドレイン端子１１２間の電流フローが許容され得る）。
【００２２】
種々の実施形態では、ＩＣデバイス１００を容易にＥモードデバイスとするために、ＩＣデバイス１００は、バリア層１０６に凹部１１６を含んでいてもよい。凹部１１６にゲート誘電体層１１４を配置してもよい。一部の実施形態では、凹部１１６は、バッファ層１０４まであるいはその内部まで延在していてもよく、ゲート誘電体１１４は、バッファ層１０４上に配置されていてもよい。別の実施形態では、凹部１１６は、バッファ層１０４まで延在していなくてもよい。
【００２３】
Ｅモードデバイスを提供するためのゲート端子１０８の絶縁層として、ゲート誘電体層１１４を機能させてもよい。ゲート誘電体層１１４のフッ化物系または塩化物系化合物によって、Ｅモードデバイスが容易になり得る。該フッ化物系または塩化物系化合物によって、ゲート端子とバリア層１０６およびまたはバッファ層１０４との間のゲートリークが低減され得る。さらに、該フッ化物系または塩化物系化合物によって、プロセス、電圧、温度およびまたは時間のパラメータに関して、ＭＩＳインターフェースの一貫した性能特性（例えばトラップ密度）が提供され得る。さらに、ゲート誘電体層１１４は、バリア層１０６およびバッファ層１０４のものより大きいバンドギャップエネルギーを有し得る。言いかえれば、ゲート誘電体層１１４は、バリア層１０６より広いバンドギャップを提供し得る。
【００２４】
上記のように、ゲート端子１０８は、制御信号（例えばゲート電圧）を受け取ってソース端子１１０とドレイン端子１１２間の電流フローのスイッチングを制御し得る。上記のように、ＩＣデバイス２００は、制御信号がＩＣデバイス２００のしきい値電圧より大きい場合、ソース端子１１０とドレイン端子１１２間のチャンネルの電流フローを許容し得る。一部の実施形態では、該しきい値電圧は約０Ｖであってもよい。
【００２５】
種々の実施形態では、フッ化物系または塩化物系化合物を有するゲート誘電体層１１４では、本明細書で議論するように、従来のショットキー層を有するＨＥＭＴの場合より高い電圧をゲート端子１０８に印加し得る。例えば、ＩＣデバイス１００は、チャネルにおける電圧変化によって対応する電流変化が生じる動作範囲を、ＩＣデバイス１００のしきい値電圧から最大電圧までとすることができ得る。一部の実施形態では、該最大電圧は、約１．５Ｖ〜約８Ｖなどのように、約１．５Ｖ以上であってもよい。これによって、ＩＣデバイス１００では、従来のＥモードＨＥＭＴデバイスと比較して、ソース端子１１０とドレイン端子１１２間により高い電流フローが許容され得る。
【００２６】
フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化カドミウム（ＣｄＦ２）およびまたは塩化カリウム（ＫＣｌ）などの広範な好適フッ化物系または塩化物系化合物の任意のもので、ゲート誘電体層１１４を構成してもよい。
【００２７】
一部の実施形態では、ゲート誘電体層１１４をバリア層１０６にエピタキシャルに接続してもよい。図示のように、ゲート誘電体層１１４をゲート端子１０８とバッファ層１０４間に配置してもよい。一部の実施形態では、介在バリア層１０６によって、バッファ層１０４とバリア層１０６間のチャネルインタフェースが保護され、トラップあるいは他の欠陥を形成することなく、ゲート誘電体層１１４の形成が可能となり得る。逆に、従来の凹部あるいは蒸着プロセスではチャネルインタフェースが露出され、そのために、トラップなどの欠陥が形成され得る。
【００２８】
種々の実施形態では、ゲート誘電体層１１４の厚さは、バリア層下部のバッファ層１０４の表面に実質的に垂直な方向において、約２０〜約５００Åであってもよい。一実施形態では、ゲート誘電体層の厚さは、例えば約１００〜約２００Åであってもよい。他の実施形態では、ゲート誘電体層１１４の厚さはそれ以外であってもよい。
【００２９】
図１に示すように、ゲート端子１０８は、トランク（例えば底）部と、該トランク部から離れて設けられ、スタック１０１の下に形成された基板１０２の表面に実質的に平行な逆方向に延在する頂部と、を有していてもよい。ゲート端子１０８のトランク部および頂部のこうした構成をＴ形フィールドプレートゲートと呼んでもよい。すなわち、一部の実施形態では、ゲート端子１０８は、ゲート端子１０８とドレイン端子１１２間の絶縁破壊電圧を上昇させ得およびまたはその電界を低減させ得る一体型フィールドプレート（例えばゲート端子１０８の頂部）を有していてもよい。該一体型フィールドプレートによって、ＩＣデバイス１００は、より高電圧の動作が容易になり得る。他の実施形態では、ゲート端子１０８はＴ−形状でなくてもよい。例えば、ゲート端子１０８の横断面は実質的に長方形であってもよい。
【００３０】
さらに、または、代替的に、ＩＣデバイス１００は、誘電体層１１８を備えていてもよい。誘電体層１１８によって、ＩＣデバイス１００の高出力動作が容易になり得る。ゲート端子１０８の両側のバリア層１０６上に、誘電体層１１８を配置してもよい。図示のように、ゲート端子１０８の頂部を誘電体層１１８上に延在させてもよい。窒化物または酸化物などの任意の好適な材料または材料類で、誘電体層１１８を構成してもよい。一部の実施形態では、誘電体層１１８を複数の層およびまたは化合物で構成してもよい。
【００３１】
一部の実施形態では、ゲート誘電体層１１４をゲート端子１０８と誘電体層１１８間に配置してもよい。他の実施形態では、ゲート端子１０８を誘電体層１１８に直接接続してもよい。一部のこうした実施形態では、実質的にゲート端子１０８の底部とバリア層１０６間にのみ、ゲート誘電体層１１４を配置（例えば、後述する図２に示すように）してもよい。他の実施形態では、バリア層１０６の上面のブランケット層に、ゲート誘電体層１１４を配置（例えば、後述する図３に示すように）してもよい。その場合、ゲート誘電体層１１４の上面に、誘電体層１１８（設けられている場合）を配置してもよい。
【００３２】
ＩＣデバイス１００の他の実施形態では、誘電体層１１８は設けられていなくてもよい。ＩＣデバイス１００の一部の実施形態では、図１に示されていない１つまたは複数の付加的層が設けられていてもよい。一部の実施形態では、例えば、１つまたは複数の保護層が設けられていてもよい。
【００３３】
種々の実施形態では、バリア層１０６上に、ＩＣデバイス１００のソース端子１１０とドレイン端子１１２を形成してもよい。金属などの導電性材料で、ソース端子１１０とドレイン端子１１２を構成してもよい。ある実施形態では、ソース端子１１０とドレイン端子１１２は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）およびまたはシリコン（Ｓｉ）を含んでいてもよい。他の実施形態では、他の材料を用いてもよい。
【００３４】
種々の実施形態では、ソース端子１１０とドレイン端子１１２は、バリア層１０６を介してバッファ層１０４内に延在していてもよい。例えば、ソース端子１１０とドレイン端子１１２をバリア層１０６を介して拡散させてもよい。あるいは、バリア層をエッチングし、ドープした窒化物材料をエッチング部で再成長させてもよい。導電性材料（例えば金属）をドープした窒化物材料上に堆積して、ソース端子１１０およびまたはドレイン端子１１２を形成してもよい。
【００３５】
図２は、種々の実施形態によるＤモードＩＣデバイス２００を示す。ＤモードＩＣデバイス２００は、ＩＣデバイス２００内の電流フローをピンチオフするため、ソース電圧に対して負のゲート電圧を用いる。ＩＣデバイス２００は、ＨＥＭＴデバイスなどのトランジスタであってもよい。
【００３６】
ＩＣデバイス２００は、ＩＣデバイス１００と同様な層を備えていてもよい。図２に示すように、ＩＣデバイス２００は、例えば、基板２０２上に形成されたバッファ層２０４と、バッファ層２０４上に形成されたバリア層２０６と、を備えていてもよい。ＩＣデバイス２００は、ゲート端子２０８、ソース端子２１０およびドレイン端子２１２をさらに備えていてもよい。ゲート端子２０８とバリア層２０６間に、ゲート誘電体層２１４を配置してもよい。ゲート誘電体層２１４は、上記のようなフッ化物系または塩化物系化合物を含んでいてもよい。
【００３７】
図示のように、ＤモードＩＣデバイス２００は、バリア層２０６に凹部を含んでいなくてもよい。さらに、ゲート端子２０８の底部とバリア層２０６間にのみ、図２に示すゲート誘電体層２１４を配置してもよい。一部の実施形態では、ゲート端子２０８を誘電体層２１８に直接接続してもよい。他の実施形態は、図２の層より多いかまたは少ない層を備えていてもよい。さらに、または、代替的に、他の実施形態は、図２の層とは異なる層配置を有していてもよい。
【００３８】
種々の実施形態では、ＩＣデバイス２００は、ゲート端子２０８で制御信号を受け取って、ソース端子２１０とドレイン端子２１２間のチャンネルの電流フローを制御するように構成されていてもよい。ゲート誘電体層２１４によって、以前のＤモードＩＣデバイスと比較して、より高い電圧の制御信号の使用が可能になり得る。例えば、ＩＣデバイス２００は、チャネルにおける電圧変化によって対応する電流変化が生じる動作範囲を、ＩＣデバイスのピンチオフ電圧（しきい値電圧とも呼ぶ）から最大電圧までとすることができ得る。一部の実施形態では、該最大電圧は約８Ｖ以上であってもよい。一部の実施形態では、該ピンチオフ電圧は約−４Ｖであってもよい。このように、ゲート誘電体層２１４によって、ＩＣデバイス２００にはより広い動作範囲が提供され、チャンネルに対してより多くの制御が可能になり得る。
【００３９】
図３は、種々の実施形態による代替のＤモードＩＣデバイス３００を示す。ＩＣデバイス３００は、ＩＣデバイス２００と同様な層を備えており、基板３０２、バッファ層３０４およびバリア層３０６を備える。しかしながら、ＩＣデバイス３００は、バリア層３０６上のブランケット層として堆積されたゲート誘電体層３１４を備える。ゲート誘電体層３１４の上面に、ゲート端子３０８と誘電体層３１８（設けられる場合）とを配置してもよい。ソース端子３１０およびドレイン端子３１２用として、ゲート誘電体層３１８の一部を除去（例えば、エッチング）してもよい。一部の実施形態では、ソース端子３１０およびドレイン端子３１２の下に位置するバリア層３０６の一部も除去し得る。ドープした窒化物材料をバリア層３０６の除去部分で再成長させ、再成長させたドープ窒化物材料のそれぞれの部分上に、ソース端子３１０とドレイン端子３１２を形成してもよい。
【００４０】
種々の実施形態では、ＩＣデバイス１００、２００およびまたは３００は、無線周波数（ＲＦ）用途、ロジック用途およびまたは電力変換用途に使用され得る。ＩＣデバイス１００、２００およびまたは３００によって、例えば交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）変換器、ＤＣ−ＤＣ変換器、ＤＣ−ＡＣ変換器などの電力調整用途を含む電力スイッチ用途向けの効果的なスイッチデバイスが提供され得る。
【００４１】
図４は、種々の実施形態によるＥモード集積回路デバイス（例えば図１のＩＣデバイス１００）の製造方法４００のフロー図である。
【００４２】
方法４００は、４０２において、基板（例えば基板１０２）上にバッファ層（例えばバッファ層１０４）を形成するステップを備える。該バッファ層を形成するステップは、基板上にバッファ層材料をエピタキシャルに堆積するステップを備えていてもよい。一部の実施形態では、バッファ層を複数の層で構成してもよい。一部の実施形態では、バッファ層は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含んでいてもよい。一部の実施形態では、核形成層を基板上に形成し、バッファ層を該核形成層の上面に形成してもよい。
【００４３】
方法４００は、４０４において、バッファ層上にバリア層（例えばバリア層１０６）を形成するステップをさらに備えてもよい。該バリア層を形成するステップは、バッファ層上にバリア層材料を堆積する（例えば化学気相蒸着法で）ステップを備えてもよい。一部の実施形態では、バリア層を複数の層で構成してもよい。他の実施形態では、材料の単独層を堆積してバリア層を形成してもよい。
【００４４】
方法４００は、４０６において、バリア層の凹部（例えば凹部１１６）をエッチングするステップをさらに備えてもよい。該エッチングステップは、バリア層の一部を除去して凹部を形成するステップを備えてもよい。該凹部は、バリア層経由でバッファ層まで延在していてもしていなくてもよい。
【００４５】
方法４００は、４０８において、凹部内にゲート誘電体層（例えばゲート誘電体層１１４）を形成するステップをさらに備えてもよい。ゲート誘電体層は、上記のように、フッ化物系または塩化物系化合物を含んでいてもよい。該ゲート誘電体層を形成するステップは、凹部にフッ化物系または塩化物系化合物を堆積するステップを備えてもよい。多結晶層内に、フッ化物系または塩化物系化合物をエピタキシャルに堆積してもよい。好適な堆積方法としては、これに限定されないが、分子線エピタキシャル法、原子層蒸着法、スパッタリング、蒸着法および物理的気相蒸着法が挙げられる。一部の実施形態では、ゲート誘電体層を堆積するステップは、厚さが約２０〜約５００Åのゲート誘電体層材料を堆積するステップを備える。
【００４６】
方法４００は、４１０において、誘電体層上にゲート端子（例えばゲート端子１０８）を形成するステップをさらに備えてもよい。ゲート端子とバリア層およびまたはバッファ層との間に、誘電体層を配置してもよい。例えば、誘電体層によって、ゲート端子をバリア層およびまたはバッファ層から分離してもよい。ゲート端子は、金属などの導電性材料を含んでいてもよい。一部の実施形態では、蒸着法でゲート端子を形成してもよい。
【００４７】
方法４００は、４１２において、バリア層上にソース端子（例えばソース端子１１０）とドレイン端子（例えばドレイン端子１１２）を形成するステップをさらに備えてもよい。該ソース端子とドレイン端子を形成するステップは、例えば、バリア層上に金属を蒸着するステップを備えてもよい。一部の実施形態では、ソース端子およびまたはドレイン端子はバッファ層に拡散されてもよい。他の実施形態では、バリア層をエッチングし、ドープした窒化物材料をバリア層のエッチング部で再成長させてもよい。再成長させたドープ窒化物材料上に、ソース端子およびまたはドレイン端子を堆積してもよい。
【００４８】
特許請求された主題の理解に最も有用な順番と方法で、種々の操作が複数の別個の操作として説明されている。しかしながら、説明の順番は、これらの操作が必ず順番依存であることを示唆するように解釈されるべきでない。これらの操作は、特に提示の順番に行われなくてもよい。記載の実施形態と異なる順番で、記載された操作を行ってもよい。追加の実施形態では、種々の追加の操作を行ってもよく、およびまたは記載の操作を省略してもよい。
【００４９】
本明細書に記載のＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００、２００およびまたは３００）の実施形態およびこうしたＩＣデバイスを含む装置を、他の種々の装置およびシステムに組み込んでもよい。例となるシステム５００のブロック図を図５に示す。図示のように、システム５００は、一部の実施形態では、無線周波数（ＲＦ）の電力増幅（ＰＡ）モジュールであり得るＰＡモジュール５０２を備える。システム５００は、図示のように、電力増幅モジュール５０２に接続されたトランシーバ５０４を備えていてもよい。電力増幅器モジュール５０２は、本明細書に記載のＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００、２００およびまたは３００）の１つまたは複数を備えていてもよい。
【００５０】
電力増幅モジュール５０２は、トランシーバ５０４からＲＦ入力信号（ＲＦｉｎ）を受信してもよい。電力増幅器モジュール５０２は、該ＲＦ入力信号（ＲＦｉｎ）を増幅してＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）を出力してもよい。図５で、それぞれＴｘ−ＲＦｉｎおよびＴｘ−ＲＦｏｕｔで示されるＲＦ入力信号（ＲＦｉｎ）およびＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）は共に、送信チェーンの一部であり得る。
【００５１】
増幅されたＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）は、アンテナスイッチモジュール（ＡＳＭ）５０６に与えられてもよく、このモジュールによって、アンテナ構造５０８経由で、ＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）の無線（Over-The-Air；ＯＴＡ）送信が実現される。また、アンテナスイッチモジュール５０６は、アンテナ構造５０８経由でＲＦ信号を受信し、その受信ＲＦ信号（Ｒｘ）を受信チェーンに沿ってトランシーバ５０４に接続し得る。
【００５２】
種々の実施形態では、アンテナ構造５０８は、例えば、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナ、あるいはＲＦ信号のＯＴＡ送信／受信に好適な他の任意の形式のアンテナを含む指向性アンテナおよびまたは全方向性アンテナの１つまたは複数を備えていてもよい。
【００５３】
システム５００は、電力増幅を含む任意のシステムであってもよい。該ＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００、２００または３００）は、例えば交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）変換器やＤＣ−ＤＣ変換器、ＤＣ−ＡＣ変換器などの電力調整用途を含む電力スイッチング用途用の効率的なスイッチングデバイスを提供し得る。種々の実施形態では、システム５００は、高無線周波数電力と周波数における電力増幅には特に有用であり得る。システム５００は、例えば、陸上および衛星通信、レーダーシステム、および、おそらく種々の産業および医学用途におけるいずれか１つまたは複数に対して好適であり得る。より具体的には、種々の実施形態において、システム５００は、レーダー装置、衛星通信装置、携帯電話、携帯電話基地局、ラジオ放送あるいはテレビ増幅器システムから選択された１つであり得る。
【００５４】
説明の目的で実施形態を例示し記載したが、同じ目的を実現するように意図された、広範な代替となるおよびまたは均等な実施形態あるいは実施によって、本開示の範囲を逸脱することなくこれらの実施形態を置換できる。本出願は、本明細書で検討した実施形態に対するいかなる適応や変形もカバーするように意図される。従って、本明細書に記載された実施形態は、請求項とその均等物によってのみ限定されることは明らかである。
【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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