(57)【要約】  ゲート金属スタックが、ＨＥＭＴ構造内のゲート金属スタックとショットキー障壁層との間の接合部に、モリブデン（Ｍｏ）または白金（Ｐｔ）など耐火金属の追加の薄層を含むＩｎＰ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造。耐火金属層は、ゲート金属と障壁層との間のショットキー接合の長期劣化を減少し、またはなくし、それにより、ディスクリートデバイスとして使用されるにせよ、集積回路内で使用されるにせよ、ＩｎＰ  ＨＥＭＴの長期信頼性を劇的に改善し、しかしＨＥＭＴ性能を犠牲にしない。
2009503807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改善された長期性能を有するリン化インジウム（ＩｎＰ）高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造であって、
半絶縁基板と、
前記基板上に形成され、半導体チャネル層およびその上にある半導体障壁層を備えるエピタキシャル構造と、
前記障壁層内に延在し、前記障壁層とのショットキー接合を形成する金属ゲート構造とを備え、前記金属ゲート構造に印加される電圧は、前記チャネル層内の電流の流れを制御し、前記金属ゲート構造は、
前記障壁層と接触する耐火金属の第１の層と、
前記第１の層の上にある追加の金属層とを備え、
前記金属ゲート構造の前記第１の層は、前記ショットキー接合の長期劣化を緩和し、前記ＨＥＭＴ構造の長期信頼性を改善する
ことを特徴とするＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項２】
前記金属ゲート構造内の前記追加の金属層は、
前記第１の層の上にあるチタン（Ｔｉ）の第２の層と、
前記第２の層の上にある白金（Ｐｔ）の第３の層と、
前記第３の層の上にある金（Ａｕ）の第４の層と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項３】
前記金属ゲート構造の前記第１の層は、モリブデン（Ｍｏ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項４】
前記金属ゲート構造の前記第１の層は、モリブデン（Ｍｏ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項２に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項５】
前記金属ゲート構造の前記第１の層は、約２０〜８０Å（オングストローム）の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項６】
前記半絶縁基板は、リン化インジウム（ＩｎＰ）からなり、
前記チャネル層は、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）からなり、
前記障壁層は、インジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）からなる
ことを特徴とする請求項１に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項７】
さらに、
前記障壁層の上に形成されるインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）のキャッピング層を備えることを特徴とする請求項６に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項８】
改善された長期性能を有するリン化インジウム（ＩｎＰ）高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造であって、
リン化インジウム（ＩｎＰ）の半絶縁基板と、
前記基板上に形成され、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）の半導体チャネル層およびその上にあるインジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）の半導体障壁層を備えるエピタキシャル構造と、
前記障壁層内に延在し、前記障壁層とのショットキー接合を形成する金属ゲート構造とを備え、前記金属ゲート構造に印加される電圧は、前記チャネル層内の電流の流れを制御し、前記金属ゲート構造は、
前記障壁層と接触する耐火金属の第１の層と、
前記第１の層の上にあるチタン（Ｔｉ）の第２の層と、
前記第２の層の上にある白金（Ｐｔ）の第３の層と、
前記第３の層の上にある金（Ａｕ）の第４の層と
を備え、前記金属ゲート構造の前記第１の層は、前記ショットキー接合の長期劣化を緩和し、前記ＨＥＭＴ構造の長期信頼性を改善する
ことを特徴とするＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項９】
前記金属ゲート構造の前記第１の層は、モリブデン（Ｍｏ）であることを特徴とする請求項８に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項１０】
前記金属ゲート構造の前記第１の層は、白金（Ｐｔ）であることを特徴とする請求項８に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項１１】
前記金属ゲート構造の前記第１の層は、約２０〜８０Å（オングストローム）の範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項９に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【請求項１２】
前記金属ゲート構造の前記第１の層は、約２０〜８０Å（オングストローム）の範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項１０に記載のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造に関し、より詳細には、リン化インジウム（ＩｎＰ）および関連の材料を使用するＨＥＭＴに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＥＭＴは、ソースおよびドレイン端子と呼ばれる２つの端子間の電流の流れが、ゲート端子に印加される電圧によって制御される電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の１タイプである。ＨＥＭＴは、様々な用途で幅広く使用され、特に、マイクロ波およびミリメートル波周波数で動作する低雑音増幅器として使用される。ＨＥＭＴは、宇宙、軍事、および商業用途で、ディスクリートトランジスタとして実装されることがあり、またはマイクロ波モノリシック集積回路（ＭＭＩＣ）など集積回路内に実装されることもある。
【０００３】
本発明は、特に、ＩｎＰ  ＨＥＭＴの既知の欠点に関し、ＩｎＰ  ＨＥＭＴは、例えば、ＩｎＰ基板の上に形成されるインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）のチャネル層およびインジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）の障壁層を含む。簡潔にするために、この構造を、本説明ではＩｎＰ  ＨＥＭＴまたは０．１μｍ  ＩｎＰ  ＨＥＭＴと呼び、ここで表記「０．１μｍ」は、構造の最小フィーチャサイズまたは幾何形状を表す。ＩｎＰ  ＨＥＭＴの使用者にとって重要な問題は、長期信頼性である。これは、多くの用途において、修理および交換が実際上の選択肢とならない宇宙または同様の環境でこれらのデバイスが使用されるからである。
【０００４】
宇宙および軍事用途のためのＩｎＰ  ＨＥＭＴ  ＭＭＩＣの優れたマイクロ波およびミリメートル波性能は実証されており、技術文献で論じられている。さらに、この優れた性能は、例えば４４ＧＨｚ（ギガヘルツ）から１８３ＧＨｚ以上までの周波数の範囲にわたって動作する回路に関して実証されている。寿命動作中のＩｎＰ  ＨＥＭＴの信頼性を保証するために、高温寿命試験にさらされるときのそれらの高い信頼性性能を実証することが重要である。比較的短い期間にわたる高温での試験が、はるかに長い期間にわたる通常動作温度での試験のための許容できる代用法となる。したがって、少なくともすでに１９９３年以来、ディスクリートトランジスタにせよＭＭＩＣにせよ、ＩｎＰ  ＨＥＭＴの高温信頼性は、様々な産業界で研究者によって広範に調査されてきた。その結果、高い信頼性性能は、０．０７μｍ、０．１μｍ  ＩｎＰ  ＨＥＭＴに関して、かつメタモルフィックＨＥＭＴ（ＭＨＥＭＴ）に関して実証されている。これらの調査を合わせた結果、ＩｎＰ  ＨＥＭＴおよびＭＨＥＭＴ技術の成熟さ、ならびに宇宙、軍事、および商業用途のためにこれらの技術が整っている度合いが実証される。例えば、フェーズドアレイ用途に関してＱバンド（３０〜５０ＧＨｚ）で動作する高性能および高信頼性のＩｎＰ  ＨＥＭＴ低雑音増幅器が、最近の刊行物に記載されているように、本発明者の数人によって実証されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】R. Grundbacher, Y. C. Chou, R. Lai, K. lp, S. Kam, M. Barsky, G. Hayashibara, D. Leung, D. Eng, R. Tsai, M. Nishimoto, T. Block, P. H. Liu and A. Oki, "High Performance and High Reliability InP HEMT Low Noise Amplifiers for Phased-Array Applications," Technical Digest of International Microwave Symposium, pp. 157-160, 2004
【非特許文献２】Y. C. Chou et al., "Degradation Analysis of 0.1 μm InP HEMT MMICs Using Low Frequency Noise Characterization," Technical Digest of 16th international Conference of Indium Phosphide and Related Material, pp. 619-622, 2004
【非特許文献３】Y. C. Chou et al., "0.1 μm InGaAs/InAlAs/InP HEMT MIMICs - a Flight Qualified Technology," Technical Digest of IEEE GaAs IC Symposium, pp.77-80, 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＩｎＰ  ＨＥＭＴの最高の信頼性性能は産業界で実証されているが、信頼性性能が企業ごとに異なることが判明している。信頼性性能のばらつきは、フッ素汚染、オーム接点劣化、ゲート金属スタック、層構造、バイアス依存、ゲートリセス深さのばらつき、およびゲート金属シンキング（ｓｉｎｋｉｎｇ）を含めたいくつかの異なる劣化メカニズムに起因される。したがって、信頼性性能および劣化メカニズムは、特定のＩｎＰ  ＨＥＭＴ技術で採用されるプロセス技法に強く依存すると考えられる。したがって、信頼性性能をさらに改善するために、様々な確立されたプロセス技法におけるＩｎＰ  ＨＥＭＴの劣化原因を特定することが重要である。理想的には、ＩｎＰ  ＨＥＭＴ性能劣化の原因を確実に特定することができる場合、ＩｎＰ  ＨＥＭＴの適用分野に関わらず、ＩｎＰ  ＨＥＭＴの信頼性性能を改善するＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造を提供する必要性が大きい。本発明は、これらの目的を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ＩｎＰ  ＨＥＭＴの性能劣化の主要な原因が、ＨＥＭＴ構造内のゲート金属電極とその下にある半導体材料との間に形成されるショットキー接合の物理的な劣化であるという本発明者のうちの１人による認識から発展した。本発明は、ディスクリートデバイスとして実装されるにせよ、ＭＭＩＣなど集積回路内に実装されるにせよ、高温での試験におけるショットキー接合劣化の度合いを劇的に減少し、その結果、それに応じてＩｎＰ  ＨＥＭＴの長期信頼性を改善するゲート金属電極に関する。
【０００８】
より具体的には、本発明は、従来技術のゲート金属構造におけるようにチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）の複数の層を備え、しかしさらに、半導体層、具体的にはＨＥＭＴ構造のＩｎＡｌＡｓ障壁とのショットキー接合部に、Ｔｉ層を覆う耐火金属の薄層を備えるゲート金属構造において具体化される。本発明の開示される実施形態では、耐火金属は、モリブデン（Ｍｏ）または白金（Ｐｔ）であってよく、したがってゲート金属構造は、Ｍｏ（またはＰｔ）、Ｔｉ、Ｐｔ、およびＡｕの連続層を含む。
【０００９】
簡潔には、本発明の耐火金属層を用いないと、ゲート金属構造内のチタンは、構造が高温に曝されるときに、ＩｎＡｌＡｓ障壁層内に不均一に拡散し、インジウムが多い（ｉｎｄｉｕｍ  ｒｉｃｈ）いくつかの領域と、インジウムが少ない（ｉｎｄｉｕｍ  ｄｅｐｌｅｔｅｄ）他の領域とを生み出す。ゲート接合の電気的特性に関して、チタンの相互拡散は、逆ゲート電流／理想係数の増加と、ショットキー障壁高さの減少とをもたらし、その両方が、性能に悪影響を及ぼす。本発明の耐火金属層を適所で用いれば、ショットキー障壁層の劣化が最小限に抑えられ、またはなくなり、高温でさえ優れた信頼性性能が達成される。
【００１０】
簡潔に、かつ一般的には、本発明のリン化インジウム（ＩｎＰ）高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造は、半絶縁基板と、基板上に形成され、半導体チャネル層およびその上にある半導体障壁層を備えるエピタキシャル構造と、障壁層内に延在し、障壁層とのショットキー接合を形成する金属ゲート構造とを備えるものと定義することができる。本発明によれば、金属ゲート構造は、障壁層と接触する耐火金属の第１の層と、第１の層の上にある追加の金属層とを備える。金属ゲート構造の第１の層は、ショットキー接合の長期劣化を緩和し、ＨＥＭＴ構造の長期信頼性を改善する。
【００１１】
より具体的には、金属ゲート構造内の追加の金属層は、第１の層の上にあるチタン（Ｔｉ）の第２の層と、第２の層の上にある白金（Ｐｔ）の第３の層と、第３の層の上にある金（Ａｕ）の第４の層とを備える。本発明の現在好ましい実施形態では、金属ゲート構造の第１の層は、モリブデン（Ｍｏ）または白金（Ｐｔ）である。好ましくは、ゲート金属の第１の層は、約２０〜８０Å（オングストローム）の厚さを有する。
【００１２】
本発明がＩｎＰ  ＨＥＭＴ技術における大きな進歩を表すことは、前述のことから理解されよう。特に、ゲート金属構造の簡便であるが重要である変更によって、本発明は、ディスクリートデバイスとして使用されるにせよ、集積回路内で使用されるにせよ、ＩｎＰ  ＨＥＭＴの優れた性能を損なうことなくＩｎＰ  ＨＥＭＴの長期信頼性を改善する。本発明の他の態様および利点は、添付図面に関連して述べられる以下のより詳細な説明から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
例示の目的で図面に示されるように、本発明は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に関し、より詳細には、リン化インジウム（ＩｎＰ）および関連の材料を採用するＨＥＭＴに関する。本発明に先立って、ＩｎＰ  ＨＥＭＴデバイスは、ディスクリートデバイスとして実装されるにせよ、マイクロ波モノリシック集積回路（ＭＭＩＣ）など集積回路内に実装されるにせよ、典型的には、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）の３つの連続する層からなるゲート金属構造を含んでいる。ＩｎＰ  ＨＥＭＴがマイクロ波およびミリメートル波周波数で優れた性能を有することは広く認識されているが、このデバイスの既知の欠点は、長期の使用の間に性能の劣化を示す可能性があることである。
【００１４】
従来、ＩｎＰ  ＨＥＭＴの長期性能劣化は、様々な劣化メカニズムに起因されていた。しかし、近年、ゲート金属とその下にある半導体層との間のショットキー接合の劣化がＩｎＰ  ＨＥＭＴの性能劣化の主要な原因であったことが、本発明者によって示されている（例えば、非特許文献２参照。その開示を参照として本明細書に組み込む）。
【００１５】
本発明によれば、ＩｎＰ  ＨＥＭＴは、Ｔｉ、Ｐｔ、およびＡｕの従来の３つの層に加えて耐火金属の層を有するゲート金属構造を含む。本発明の現在好ましい実施形態での耐火金属は、モリブデン（Ｍｏ）または白金（Ｐｔ）である。本発明の構造上の詳細および利点は、以下に続くより詳細な論述から明らかになろう。
【００１６】
本発明の現在好ましい実施形態で使用される０．１μｍ  ＨＥＭＴ  ＭＭＩＣ技術のプロセスは、他の文献に記載されている（例えば、非特許文献３参照。その開示を参照として本明細書に組み込む）。０．１μｍ  ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰ  ＨＥＭＴの劣化特性を調べるために、高温寿命試験の前または後に、広範囲にわたるＤＣ（直流）およびＲＦ（無線周波数）測定が、ディスクリートデバイスおよびＭＭＩＣに対して行われた。さらに、試験されたいくつかの部分を、その後の組成および深さプロファイル解析のための断面作成のために、中間の寿命試験の合間に試験から回収した。使用された解析技法は、「ＳＴＥＭ／ＥＤＸ」として知られており、これは、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）におけるエネルギー分散Ｘ線（ＥＤＸ）マッピングシステムを表す。解析時、断面を作成するために、集束イオンビーム（ＦＩＢ）が使用された。
【００１７】
以下にさらに論じるように、この解析は、ゲート金属と半導体と（Ｔｉ−ＩｎＡｌＡｓ）の間のショットキー接合が主要な劣化原因であったことを示す。本発明の新規のゲート金属電極技術は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕゲート金属を有する０．１μｍ  ＩｎＰ  ＨＥＭＴで観察されるショットキー接合劣化を緩和するために開発された。さらに、高温寿命試験は、従来のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕゲートデバイスと比較して、新規のゲート構造の信頼性性能改善を示す。さらに、本発明に従って構成されたゲート金属スタックを有するＩｎＰ  ＨＥＭＴ低雑音増幅器（ＬＮＡ）は、従来のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕゲート金属スタックを有するＩｎＰ  ＨＥＭＴ  ＬＮＡのものに匹敵するＲＦ性能を示す。
【００１８】
図１は、高温で寿命試験を行う前の従来のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造の走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）マイクログラフを示し、特に、劣化を受けていないショットキー接合を示す。具体的には、マイクログラフは、基板１０を含めたＩｎＰ  ＨＥＭＴの断面を示し、基板１０の上に、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）のチャネル層１２が形成されている。インジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）の障壁１４が、チャネル層１２の上に形成され、キャッピング層１８が、障壁の上に形成される。構造内にこれらおよびその他の層を形成するために使用されるエピタキシャル半導体製造プロセスは、従来のものであり、当技術分野でよく知られている。図１が、ゲート金属および隣接する構造を含むＩｎＰ  ＨＥＭＴの関連部分のみを示すことは、当業者によって理解されよう。ソースおよびドレイン端子を介してチャネル１２との電気接触を形成するために必要とされる従来のソースおよびドレインメタライゼーション層は図示されていない。この従来のＩｎＰ  ＨＥＭＴでは、ゲート金属スタック２０は、障壁層１４内に延在するチタン（Ｔｉ）の層と、チタンの上の白金（Ｐｔ）の隣接層と、白金層の上の金（Ａｕ）の層とを含む。ゲート金属スタック２０は、典型的には、窒化珪素または同様の材料のパッシベーション層２２によって取り囲まれる。
【００１９】
図２は、寿命試験で高温にされされた後の、図１と同じ従来のＩｎＰ  ＨＥＭＴ構造の走査電子顕微鏡マイクログラフを示す。ゲート金属スタック２０内のチタンと障壁１４との間のショットキー接合は、寿命試験の結果、非常に明確に劣化される。寿命試験条件は、Ｖｄｓ＝１．３ＶおよびＩｄｓ＝１５０ｍＡ／ｍｍのドレインソース電圧および電流によって提供される電気的ストレスと共に、２２０℃よりも大きいチャネル温度Ｔchannelを含んでいた。図２から、劣化が、ゲート金属スタック２０のＴｉ金属の下のＩｎＡｌＡｓショットキー障壁層１４内でのみ現れることは明らかである。ゲートソース領域とゲートドレイン領域との間のアクセス領域の劣化は無視できる。これは、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属スタック２０内のＴｉゲート金属が、図２に示されるように、観察されるショットキー接合劣化に重要な役割を果たす可能性があることを示唆する。
【００２０】
図３に示されるような接合劣化の追加の電気的な特徴付けは、ショットキー接合劣化が、逆ゲート電流／理想係数の増加と、ショットキー障壁高さの減少とからなることを裏付ける。この図では、最も低い曲線３０が、図１の、すなわちデバイスの寿命試験前の、従来のＨＥＭＴの順バイアスおよび逆バイアスダイオード特性を示す。ダイオード特性は、ゲートソース電圧Ｖｇｓ（水平軸に沿ってプロットされる）に伴う電流Ｉｇ（垂直軸に沿ってプロットされる）の変動を示す。図３における他の３つの曲線３２、３４、および３６は、それぞれ２６４時間、５０４時間、および９３６時間にわたる試験の後の従来デバイスのダイオード特性を示す。劣化が試験時間と共に増大するにつれて、逆バイアス曲線が、漏れ電流の増加を示し、デバイス理想係数の増加を示唆する。同様に、劣化が増大するにつれて、順バイアス曲線も、より高い電流値を示し、ショットキー障壁高さの減少を示唆する。
【００２１】
暗い／明るい箇所（図２に示される暗い／明るい箇所）のＥＤＸ解析のスペクトル（図４および５に示される）が、Ｔｉ相互拡散およびＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓショットキー層劣化の証拠を示す。明るい箇所は、わずかにインジウムが多く、すなわちＩｎ0.52+xＡｌ0.48Ａｓであり、暗い箇所は、わずかにインジウムが少なく、すなわちＩｎ0.52-xＡｌ0.48Ａｓである。したがって、図３に示されるように結果的に生じる電気的ショットキー接合劣化が観察される。より具体的には、図４は、Ｔｉ／ＩｎＡｌＡｓショットキー接合の領域にわたるＴｉおよびＡｓの深さプロファイルを示す。水平軸は、公称の接合に関する深さの尺度を提供し、垂直軸は、任意の単位でのＥＤＸ信号を表す。本質的に、図４は、図２に示される接合の明領域および暗領域内のＴｉおよびＡｓの典型的な相互拡散を示す。曲線４０および４２は、それぞれ暗領域および明領域内でＩｎＡｌＡｓ障壁内に延在するＴｉの存在を示す。曲線４４および４６は、それぞれ暗領域および明領域内でＴｉ層内に延在するＡｓの存在を示す。接合に最も近いＴｉ層の部分を、ＴｉＡｓ領域４８と呼ぶ。
【００２２】
図４と同様に、図５は、劣化された接合を介するＴｉおよびＩｎの相互拡散を示す。曲線４０および４２は、ここでもまた、それぞれ暗領域および明領域内でのＩｎＡｌＡｓ層内へのＴｉの拡散を示すように図示されている。曲線５０および５２は、それぞれ暗領域および明領域内でのＴｉ層内へのＩｎの拡散を示している。
【００２３】
図６に示されるように、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕゲートデバイス内で観察されるショットキー接合の劣化は、新規のゲート金属電極技術を用いたＩｎＰ  ＨＥＭＴにおいて大幅に緩和された。例示されるゲート金属構造２０’は、図１における金属スタック２０と同様であるが、重大な例外は、本発明の構造が、Ｔｉ層とＩｎＡｌＡｓ障壁１４との間に耐火金属の薄層２４も含むことである。劣化を緩和することに加えて、耐火金属層２４を有するデバイスはまた、ゲート長、リセスサイズ、およびゲート金属形状の良好な制御性を保つ。その結果、新規のゲート金属電極を有するデバイスは、ベースラインの従来のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕゲート金属スタックを有するデバイスのものと同様のＤＣおよびＲＦ性能を依然として保つ。
【００２４】
耐火金属層２４のための現在好ましい材料は、モリブデン（Ｍｏ）または白金（Ｐｔ）であり、しかし、場合によっては、高温で安定性を示す他の適切な金属が使用されてもよい。理想的には、耐火金属層２４は、比較的薄くすべきである。例えば、２０〜８０Å（オングストローム）、すなわち０．００２〜０．００８μｍの範囲内の層厚さが、良好な結果を提供する。より大きな厚さは、金属スタック２０’内に機械的ストレスをもたらす可能性がある。比較として、従来の３金属Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕゲート金属スタック内の他の金属層はそれぞれ、典型的には、Ｔｉ／Ｐｔに関しては厚さ約４００Å（０．０４μｍ）であり、Ａｕに関しては厚さ７０００Å（０．７μｍ）である。
【００２５】
高温寿命試験は、図７に示されるように、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕゲートデバイスと比較して、新規のゲート金属デバイスを有するＩｎＰ  ＨＥＭＴの信頼性性能の改善を実現することができることを実証する。図７のグラフは、高温での寿命試験などストレス試験中の、時間の経過に伴う性能劣化の変動をプロットし、この場合には、垂直軸に沿ってｄＢ単位でプロットされた増幅器利得（Ｓ２１）として測定されている。従来の３金属ゲート構造を使用する低雑音増幅器（ＬＮＡ）の利得劣化は、曲線７０によって示され、試験の最初の１００〜２００時間にわたって性能の比較的急速な低下を示す。互いにほぼ一致する曲線７２および７４は、新規のゲート金属構造を組み込むＬＮＡに関する増幅器利得の変動を示す。新規のゲート金属ＬＮＡが、試験の１４００時間もの長さにわたって、増幅器性能の劣化を実質的に示さないことが観察される。
【００２６】
２つの好ましい追加のゲート金属層（ＭｏおよびＰｔ）を使用するデバイスにおいて、ショットキー接合劣化の緩和と信頼性性能との両方に関して、同様の結果が観察された。新規のゲート金属を有する０．１μｍ  ＩｎＰ  ＨＥＭＴ  ＭＭＩＣのＲＦ性能が悪影響を受けないことを保証するために、新規のゲート金属を有する２ステージバランス（２−ｓｔａｇｅ  ｂａｌａｎｃｅｄ）Ｋバンド（１８〜２６ＧＨｚ）ＩｎＰ  ＨＥＭＴ低雑音増幅器（ＬＮＡ）が製造され、従来のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕゲート金属を有するＬＮＡと比較された。測定結果は、好ましい新規のゲート金属のいずれかを有する０．１μｍ  ＩｎＰ  ＨＥＭＴ  ＭＭＩＣの利得および雑音指数性能が、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕゲート金属を有するＬＮＡのものに匹敵することを示した（例えば、３５ＧＨｚの周波数での、１６〜１８ｄＢ（デジベル）の利得および約２．５ｄＢの雑音指数）。
【００２７】
本発明がＨＥＭＴ技術における大きな進歩を表すことは、前述のことから理解されよう。特に、本発明は、ショットキー接合劣化を軽減し、信頼性を改善し、かつ良好なＲＦ性能を提供する、簡単に製造される０．１μｍ  ＩｎＰ  ＨＥＭＴデバイスを提供する。また、本発明の特定の実施形態を、例示の目的で詳細に例示して説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正を加えることもできることを理解されたい。したがって、本発明は、頭記の特許請求の範囲によって以外には限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】試験前の、従来技術のＩｎＰ  ＨＥＭＴの部分断面を示すマイクログラフの複写である。
【図２】図１と同様であるが、高温での寿命試験中に生じた劣化を示すマイクログラフの複写である。
【図３】寿命試験中の様々な時間での、図１のＨＥＭＴの順バイアスおよび逆バイアスダイオード特性を示す１組のグラフである。
【図４】ＨＥＭＴのゲート金属半導体接合に関するチタン（Ｔｉ）および砒素（Ａｓ）の組成深さプロファイルを示し、特に、接合を介するＴｉおよびＡｓの相互拡散の度合いを示す１組のグラフである。
【図５】図４と同様であるが、チタン（Ｔｉ）およびインジウム（Ｉｎ）の組成深さプロファイルと、接合を介するＴｉおよびＩｎの相互拡散の度合いとを示す１組のグラフである。
【図６】本発明によるＩｎＰ  ＨＥＭＴの部分断面を示すマイクロフォトグラフの複写である。
【図７】従来技術のＩｎＰ  ＨＥＭＴの長期性能劣化を、本発明のＩｎＰ  ＨＥＭＴの２つの実施形態の長期性能と比較する１組のグラフである。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2009503807.tif 000011
2009503807.tif 000012