(57)【要約】  第１絶縁体層を設け、該第１絶縁体層が少なくとも１つのコンタクト窓を規定するように、該第１絶縁体層をパターニングすることを含む、カスタマイズされたコンタクトを有する半導体デバイスを形成する方法が提供される。第２絶縁体層は、第２絶縁体層が少なくとも部分的に少なくとも１つのコンタクト窓を埋めるように、第１絶縁体層上及び少なくとも１つのコンタクト窓内に設けられる。第２絶縁体層の第１の部分は、第２絶縁体層の第２の部分が少なくとも１つのコンタクト窓に残るようにエッチングされ、その結果、少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を有する、改変されたコンタクト窓を少なくとも１つ提供することになる。関連する方法とデバイスもまた提供される。
2013538459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カスタマイズされたコンタクトを有する半導体デバイスを形成する方法であって、
第１絶縁体層を設け、
少なくとも１つのコンタクト窓を規定するように前記第１絶縁体層をパターニングし、
前記第１絶縁体層上及び前記少なくとも１つのコンタクト窓内に、前記少なくとも１つのコンタクト窓を少なくとも部分的に埋めるように、第２の絶縁体層を設け、
前記第２絶縁体層の第１の部分をエッチングして、前記第２絶縁体層の第２の部分が前記少なくとも１つのコンタクト窓に残り、前記少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を有する、改変されたコンタクト窓を少なくとも１つ形成する、
ことを含む方法。
【請求項２】
前記エッチングは、前記第２絶縁体層の前記第２の部分が前記少なくとも１つのコンタクト窓の側壁に残り、前記少なくとも１つのコンタクト窓より狭い、改変されたコンタクト窓を少なくとも１つ形成するようなエッチングからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記少なくとも１つの改変された前記コンタクト窓内に、ゲート長が約０．４μｍより小さいゲートコンタクトを設けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ゲートコンタクトの対向端部にそれぞれ隣接してソース領域とドレイン領域を設け、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又は金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を構成することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ゲートコンタクトが、約０．１μｍから約０．３μｍのゲート長を有することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ゲートコンタクトがＴ型ゲート構造を有することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１絶縁体層は、広帯域ギャップ半導体層を設けた後に形成され、且つ該広帯域ギャップ半導体層上に設けられることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記広帯域ギャップ半導体層が窒化ガリウム（ＧａＮ）及び／又は炭化シリコン（ＳｉＣ）であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１絶縁体層のパターニングは、前記第１絶縁体層の前記少なくとも１つのコンタクト窓を通して広帯域ギャップ層表面の一部を露出させるようにパターニングすることを含み、前記第２絶縁体層の前記第１部分のエッチングは、前記第２絶縁体層の前記第２部分が前記少なくとも１つのコンタクト窓内に残り、前記少なくとも１つの改変されたコンタクト窓を通して広帯域ギャップ層のより少ない部分を露出させるようにするエッチングを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２絶縁体層を設けることは、少なくとも２つの絶縁体層を形成することを含み、該少なくとも２つの絶縁体層を形成することが、前記第１絶縁体層上及び前記少なくとも１つのコンタクト窓内とに該第２絶縁体層の第１層を形成し、前記第２絶縁体層の前記第１層上に前記第２絶縁体層の第２層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２絶縁体層の前記第１層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、前記第２絶縁体層の前記第２層は、これに付随し、前記第１のエッチレートとは異なる第２のエッチレートを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のエッチレートが前記第２のエッチレートより小さい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のエッチレートが前記第２のエッチレートより大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１絶縁体層は厚さＸを有し、前記第２絶縁体層は厚さＹを有し、前記Ｘの前記Ｙに対する比が半導体コンタクトの幾何学的形状に影響を与えるものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｘは前記Ｙと等しいか、Ｙより大きいか、Ｙより小さい、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２絶縁体は第１の厚さＡ及び第２の厚さＢを持ち、厚さ比Ａ／Ｂがデバイスの幾何学的形状に強い影響を与えるものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１絶縁体層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、前記第２の絶縁体層は、これに付随し、前記第１のエッチレートとは異なる第２のエッチレートを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のエッチレートは前記第２のエッチレートより小さい、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のエッチレートは前記第２のエッチレートより大きい、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
半導体デバイス用のカスタマイズされたゲートコンタクトを形成する方法であって、
ゲートコンタクト窓を規定する第１絶縁体層を設け、
前記第１絶縁体層上及び前記ゲートコンタクト窓内に第２の絶縁体層を設け、
前記第２絶縁体層をエッチングして、改変されたゲートコンタクト窓を形成し、
前記改変されたゲートコンタクト窓内に、ゲートコンタクト形状が、前記第１及び第２の絶縁体層の相対的な厚さ、及び／又はエッチレート、及び／又は第２絶縁体層の厚さ比に関係するゲートコンタクトを設けること
を含む方法。
【請求項２１】
前記第２絶縁体は第１の厚さＡと第２の厚さＢを持ち、厚さ比Ａ／Ｂがデバイスの幾何学的形状に影響を与えるものである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２絶縁体層は少なくとも２つの絶縁体層を備え、前記ゲートコンタクトの形状は、前記第２絶縁体層の少なくとも２つの絶縁体層の相対的な厚さ、及び／又はエッチレートに関係する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２絶縁体層の前記第１層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、前記第２絶縁体層の前記第２層は、これに付随し、前記第１のエッチレートとは異なる第２のエッチレートを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のエッチレートが前記第２のエッチレートより小さい、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のエッチレートが前記第２のエッチレートより大きい、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ゲートコンタクトを設けることが、約０．４μｍより短いゲート長を有するゲートコンタクトを設けることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
さらに、ゲートコンタクトの対向端部にそれぞれ隣接するようにソース領域及びドレイン領域を設けて、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、又は、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を形成することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ゲートコンタクトを設けることが、約０．１μｍから約０．３μｍのゲート長を有するゲートコンタクトを設けることを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記ゲートコンタクトを設けることが、Ｔ型ゲート構造を有するゲートコンタクトを設けることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１絶縁体層は厚さＸを有し、前記第２の絶縁体層は厚さＹを有し、前記Ｘの前記Ｙに対する比が半導体コンタクトの幾何学的形状に影響を与えるものである、請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
前記Ｘが前記Ｙと等しい、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記Ｘが前記Ｙより大きい、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記Ｘが前記Ｙより小さい、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１絶縁体層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、前記第２絶縁体層は、これに付随し、前記第１のエッチレートとは異なる第２のエッチレートを有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１のエッチレートは前記第２のエッチレートより小さい、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１のエッチレートは前記第２のエッチレートより大きい、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記広帯域ギャップ半導体層を設けた後に、前記広帯域ギャップ半導体層上に前記第１絶縁体層を形成することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３８】
前記広帯域ギャップ半導体層が窒化ガリウム（ＧａＮ）及び／又は炭化シリコン（ＳｉＣ）である、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
半導体コンタクトの幾何学的形状を制御する方法であって、半導体コンタクト用の少なくとも１つのカスタマイズされたコンタクト窓を提供するために、少なくとも２つの絶縁体層の相対的な厚さ、及び／又はエッチレート、及び／又は少なくとも２つの絶縁体層の第２層の厚さ比を制御することを含む方法。
【請求項４０】
カスタム仕様のコンタクトを有する半導体デバイスであって、
少なくとも１つのコンタクト窓を規定する第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層上及び前記ゲートコンタクト窓内に設けられた第２絶縁体層と、
を含み、
前記少なくとも１つのコンタクト窓内における前記第２絶縁体層の一部分が、前記少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を持つ、少なくとも１つの改変されたコンタクト窓を提供する、
ことを特徴とする半導体デバイス。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの改変されたコンタクト窓が、前記少なくとも１つのコンタクト窓より狭いことを特徴とする、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４２】
さらに、少なくとも１つの改変された前記コンタクト窓に、約０．４μｍ以下のゲート長を有するゲートコンタクトを含むことを特徴とする、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４３】
さらに、ゲートコンタクトの対向端部にそれぞれ隣接するようにソース領域及びドレイン領域が設けられて、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又は金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）が構成された、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４４】
前記ゲートコンタクトが、約０．１μｍから約０．３μｍのゲート長を有することを特徴とする、請求項４３に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記ゲートコンタクトが、Ｔ型ゲート構造を有することを特徴とする、請求項４４に記載のデバイス。
【請求項４６】
さらに、前記第１絶縁体層がその上に形成された広帯域ギャップ半導体層を含むことを特徴とする、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記広帯域ギャップ半導体層が、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び／又は炭化シリコン（ＳｉＣ）であることを特徴とする、請求項４６に記載のデバイス。
【請求項４８】
前記第２絶縁体層が、少なくとも２つの絶縁体層を含み、前記第２絶縁体層の第１層が第１絶縁体層上及び少なくとも１つのコンタクト窓内にあり、前記第２絶縁体層の前記第１層上に前記第２絶縁体層の第２層があることを特徴とする、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４９】
前記第２絶縁体層の前記第１層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、前記第２絶縁体層の前記第２層は、これに付随し、前記第１のエッチレートとは異なる第２のエッチレートを有することを特徴とする、請求項４８に記載のデバイス。
【請求項５０】
前記第１のエッチレートは前記第２のエッチレートより小さいことを特徴とする、請求項４９に記載のデバイス。
【請求項５１】
前記第１のエッチレートは前記第２のエッチレートより大きいことを特徴とする、請求項４９に記載のデバイス。
【請求項５２】
前記第１絶縁体層は厚さＸを有し、前記第２絶縁体層は厚さＹを有し、前記Ｘの前記Ｙに対する比が半導体コンタクトの幾何学的形状に影響を与えることを特徴とする、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項５３】
前記Ｘが前記Ｙと等しいことを特徴とする、請求項５２に記載のデバイス。
【請求項５４】
前記Ｘが前記Ｙより大きいことを特徴とする、請求項５２に記載のデバイス。
【請求項５５】
前記Ｘが前記Ｙより小さいことを特徴とする、請求項５２に記載のデバイス。
【請求項５６】
前記第１絶縁体層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、前記第２絶縁体層は、これに付随し、前記第１のエッチレートとは異なる第２のエッチレートを有することを特徴とする、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項５７】
前記第１のエッチレートが前記第２のエッチレートより小さいことを特徴とする、請求項５６に記載のデバイス。
【請求項５８】
前記第１のエッチレートが前記第２のエッチレートより大きいことを特徴とする、請求項５６に記載のデバイス。
【請求項５９】
約０．１μｍから約０．３μｍのゲート長と約３２０ｍＳ／ｍｍより大きい相互コンダクタンス（ｇm）を有することを特徴とする、ショットキー障壁半導体デバイス。
【請求項６０】
前記相互コンダクタンス（ｇm）が約３２０ｍＳ／ｍｍから約４２０ｍＳ／ｍｍであることを特徴とする、請求項５９に記載のデバイス。
【請求項６１】
少なくとも１つのコンタクト窓を規定する第１絶縁体層と、
第１絶縁体層上及び前記コンタクト窓内に設けられた第２絶縁体層と、
を含み、
前記少なくとも１つのコンタクト窓における第２絶縁体層の一部分が、該少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を持つ、少なくとも１つの改変されたコンタクト窓を提供する、
ことを特徴とする、請求項６０に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府支援の研究又は開発に関する陳述）
本発明は、政府契約番号０５−Ｄ−６０００のもとで開発され、海軍省のＧａＮ・ＭＭＩＣ研究所により賞を与えられた。米国政府は、本発明について特定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、半導体デバイスに関し、特に半導体コンタクト並びに関連する方法及びデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ショットキー障壁デバイスは、多くの民生用、工業用、その他の用途で幅広く使用されている。ショットキー障壁は、金属−半導体接合部に形成されるポテンシャル障壁であり、整流特性を有している。多くのショットキー障壁デバイスは、炭化シリコン、窒化ガリウム、及び／又は砒化ガリウムのような広帯域ギャップの半導体を使用しており、高出力用途、高温用途、及び／又はマイクロ波用途に使用することができる。半導体ショットキー障壁デバイスに属するものとしては、ショットキーダイオード、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、そして金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）がある。ＨＥＭＴは、一般に集積回路の電界効果トランジスタに見られるような不純物をドープした領域の代わりに、チャネルとして異なるバンドギャップを有する２つの物質間の接合（つまりへテロ接合）を組み込んだ、電界効果トランジスタである。ショットキー障壁ゲートは、ソース領域とドレイン領域の間で、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を制御するために使用される。ＭＥＳＦＥＴにおいては、ショットキー障壁ゲートは、ソース領域とドレイン領域の間に形成された、ドープされたチャネルにおける導通を制御するために使用される。
【０００４】
半導体デバイスにおけるショットキーゲートのコンタクト長さは、半導体デバイスの動作速度と性能に直接影響を与える。これらのゲートを形成する従来の方法は、一般的には、フォトレジストのパターニングに続いて、半導体表面まで誘電体をエッチングすることから成る。ゲート長は、誘電体開口部の寸法によって規定される。誘電体の断面形状は、フォトレジストの断面形状を調整することによって調整でき、誘電体の該断面形状は、直線状で垂直な形状から、わずかに傾斜した形状にまで変えることができる。この傾斜は、通常は、ガラス転移点を超える温度の焼成から成るフォトレジストのリフローステップを通して達成される。この工程は制御するのが難しく、デバイスに対して顧客が要求する仕様変更に対応することはできそうにない。
【発明の概要】
【０００５】
ここで説明される実施形態の幾つかは、カスタマイズされた（注文仕様の）コンタクトを有する半導体デバイスを形成する方法を提供するものであり、この方法は、第１絶縁体層を設け、該第１絶縁体層が少なくとも１つのコンタクト窓を規定するように該第１絶縁体層をパターニングすることを含む。第１絶縁体層上で且つ少なくとも１つのコンタクト窓内に、該少なくとも１つのコンタクト窓を少なくとも部分的に埋めるように、第２絶縁体層が設けられる。第２絶縁体層の第２の部分が少なくとも１つのコンタクト窓に残るように、該第２絶縁体層の第１の部分がエッチングされて、該少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を有する改変された少なくとも１つのコンタクト窓が形成される。
【０００６】
別の実施形態では、第２絶縁体層は、第２絶縁体層の第２の部分が少なくとも１つのコンタクト窓の側壁に残るようにエッチングされて、該少なくとも１つのコンタクト窓より狭い、改変された少なくとも１つのコンタクト窓が形成される。
【０００７】
さらに別の実施形態では、該少なくとも１つの改変されたコンタクト窓内に、0.4μｍより小さいゲート長を有するゲートコンタクトが設けられる。ゲートコンタクトの対向端部にそれぞれが隣接するようにソース領域とドレイン領域が設けられて、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又は金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を構成する。
【０００８】
ある実施形態では、ゲートコンタクトは、約0.1μｍから約0.3μｍまでのゲート長を有するものとすることができる。ゲートコンタクトは、Ｔ型ゲート構造を有するものとすることができる。
【０００９】
別の実施形態では、第１絶縁体層を広帯域ギャップの半導体層上に設けることができる。この広帯域ギャップの半導体層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、及び／又は炭化シリコン（ＳｉＣ）を含むものとすることができる。
【００１０】
さらに別の実施形態では、第１絶縁体層のパターニングが、該第１絶縁体層の少なくとも１つのコンタクト窓を通して広帯域ギャップ層の一部分を露出させるように、該第１絶縁体層をパターニングすることを含むものとすることができる。第２絶縁体層の第１の部分のエッチングは、該少なくとも１つのコンタクト窓内に第２絶縁体層の第２の部分が残って、少なくとも１つの改変されたコンタクト窓を通して露出される広帯域ギャップ層表面の部分が少なくなるように、第２絶縁体層の第１部分をエッチングすることを含むものとすることができる。
【００１１】
ある実施形態では、第２絶縁体層が少なくとも２つの絶縁体層を含み、該第２絶縁体層の第１層が、第１絶縁体層上で、少なくとも１つのコンタクト窓内に位置し、第２絶縁体層の第２層が、第２絶縁体層の該第１層上に位置するようにすることができる。第２絶縁体層の第１層は、それに付随する第１のエッチレートを有し、第２絶縁体層の第２層は、それに付随し、第１層とは異なった第２のエッチレートを有するものとすることができる。第１のエッチレートは、第２のエッチレートより遅くても、速くてもよい。
【００１２】
別の実施形態では、第１絶縁体層は厚さＸを有し、第２絶縁体層は厚さＹを有するものとすることができる。ＸのＹに対する比が、半導体コンタクトの幾何学的側面形状に強い影響を与える。Ｘは、Ｙと等しくてもよいし、Ｙより大きくてもよいし、或いはまた、Ｙより小さくてもよい。ある実施形態では、第２絶縁体は第１の厚さＡと第２の厚さＢを持ち、その厚さ比Ａ／Ｂがデバイスの幾何学的側面形状に強い影響を与える。
【００１３】
さらに別の実施形態では、第１絶縁体層は、それに付随する第１のエッチレートを有し、第２絶縁体層は、それに付随し、第１層とは異なる第２のエッチレートを有する。第１のエッチレートは、第２のエッチレートより遅くても、速くてもよい。
【００１４】
本発明のある実施形態は、半導体デバイスにカスタマイズされたゲートコンタクトを形成する方法を提供するものであり、その方法は、ゲートコンタクト窓を規定するように第１絶縁体層を形成し、該第１絶縁体層上で該ゲートコンタクト窓内に第２絶縁体層を形成することを含む。該第２絶縁体層がエッチングされて、改変されたゲートコンタクト窓を形成する。該改変されたゲートコンタクト窓内にゲートコンタクトが設けられる。ゲートコンタクトの側面形状は、第１と第２の絶縁体層の相対的な厚さ、及び／又はエッチレートに関係する。さらに、ゲート形状の更なる制御は、第２誘電体層の厚さ比を調整することで達成される。
【００１５】
別の実施形態では、第２絶縁体層は少なくとも２つの絶縁体層を含んでおり、ゲートコンタクトの形状は、該第２絶縁体層の少なくとも２つの絶縁体層の、相対的な厚さ及び／又はエッチレートに関係する。第２絶縁体層の第１層は、それに付随する第１のエッチレートを有し、第２絶縁体層の第２層は、それに付随し、第１層とは異なった第２のエッチレートを有するものとすることができる。第１のエッチレートは第２のエッチレートより遅くても、速くてもよい。
【００１６】
さらに別の実施形態は、半導体コンタクトの幾何学的側面形状を制御する方法を提供するものであり、その方法は、少なくとも２つの絶縁体層の相対的な厚さ、及び／又はエッチレート、及び／又は少なくとも２つの絶縁体層のうち第２層の厚さ比を制御することにより、半導体コンタクトのためのカスタマイズされたコンタクト窓を提供する。
【００１７】
ある実施形態は、少なくとも１つのコンタクト窓を規定する第１絶縁体層と、該第１絶縁体層上で少なくとも１つのコンタクト窓内に第２の絶縁体層を含み、少なくとも１つのコンタクト窓における第２絶縁体層の一部分が、少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を持つ改変されたコンタクト窓を提供するような、カスタマイズされたコンタクトを有する半導体デバイスを提供する。
【００１８】
別の実施形態では、該少なくとも１つの改変されたコンタクト窓は、該少なくとも１つのコンタクト窓より狭幅にすることができる。
【００１９】
さらに別の実施形態では、少なくとも１つの改変されたコンタクト窓内にゲートコンタクトが設けられ、該ゲートコンタクトは、約０．４μｍより短いゲート長を有するものとすることができる。それぞれがゲートコンタクトの対向端部のそれぞれに隣接するようにソース領域及びドレイン領域を設けて、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又は金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を構成することができる。
【００２０】
ある実施形態では、ゲートコンタクトは約０．１μｍから約０．３μｍのゲート長を有するものとすることができる。該ゲートコンタクトは、Ｔ型ゲート構造を有するものとすることができる。
【００２１】
別の実施形態では、広帯域ギャップの半導体層を設け、該広帯域ギャップの半導体層上に第１絶縁体層を設けることができる。広帯域ギャップの半導体層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び／又は炭化シリコン（ＳｉＣ）を含むものとすることができる。
【００２２】
さらに別の実施形態では、第２の絶縁体層は、少なくとも２つの絶縁体層を含むものとすることができる。第２絶縁体層の第１層は、第１絶縁体層上で少なくとも１つのコンタクト窓内に設けられる。第２絶縁体層の第２層が、第２絶縁体層の第１層上に設けられる。第２絶縁体層の第１層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、第２絶縁体層の第２層は、これに付随し、第１層とは異なる第２のエッチレートを有するものとすることができる。第１のエッチレートは第２のエッチレートより遅くすることも、速くすることもできる。
【００２３】
ある実施形態では、第１絶縁体層は厚さＸを有し、第２絶縁体層は厚さＹを有する。ＸのＹに対する比が、半導体コンタクトの幾何学的側面形状に強い影響を与える。Ｘは、Ｙと等しくてもよいし、Ｙより大きくてもよいし、或いは又、Ｙより小さくてもよい。
【００２４】
別の実施形態では、第１絶縁体層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、第２絶縁体層は、これに付随し、第１層とは異なる第２のエッチレートを有するものとすることができる。第１のエッチレートは、第２のエッチレートより遅くすることも、速くすることもできる。
【００２５】
さらに別の実施形態は、約０．１μｍから約０．３μｍのゲート長と約３２０ｍＳ／ｍｍより大きい相互コンダクタンス（ｇm）を有するショットキー障壁半導体デバイスを提供する。
【００２６】
ある実施形態では、相互コンダクタンス（ｇm）は、約３２０ｍＳ／ｍｍから約４２０ｍＳ／ｍｍである。デバイスは、少なくとも１つのコンタクト窓を規定する第１絶縁体層と、第１絶縁体層上で少なくとも１つのコンタクト窓内に設けられた第２の絶縁体層とを含み、少なくとも１つのコンタクト窓における第２絶縁体層の一部分が、少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を持つ改変されたコンタクト窓を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図２Ａ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図２Ｂ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図２Ｃ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図３Ａ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図３Ｂ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図３Ｃ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図４Ａ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図４Ｂ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図４Ｃ】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図５】本明細書に記載される種々の実施形態に応じて、半導体コンタクトを形成する方法を説明した断面図である。
【図６】従来のデバイスと本明細書に記載される実施形態によるデバイスの、透過型電子顕微鏡観察（ＴＥＭ）における断面を比較したものである。
【図７】ＡからＤは、２フィンガーＰＣＭ（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｏｎｉｔｏｒ）
【図８】図２Ａから図３Ｃに説明される実施形態に対応する断面トレース図である。
【図９】図４Ａから図４Ｃに説明される実施形態に対応する断面トレース図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、以下において、様々な実施形態を示す添付図を参照してさらに十分に説明される。しかしながら、本発明は多くの異なった形態で具体化することができ、本明細書に述べられた実施形態に限定されたものとして理解すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の開示が正確で且つ完全であり、この分野の熟練者に対して本発明の適用範囲を十分に伝えるように用意されているのである。図においては、その大きさや層及び領域の相対的な大きさは、明確にするために誇張してあることがある。全体を通して、同様の構成要素は同じ番号で表示されている。
【００２９】
ここで使用される用語法は、特殊な実施形態を記述するためだけのものであり、本発明を限定することを意図したものではない。単数形の「１つの」、「その」は、文脈が明らかにそうではないことを指し示しているのでなければ、複数形も同様に含むことを意図している。さらに、「からなる」、「からなっている」、「含む」、及び／又は「含んでいる」（そしてそれらの変形）といった言葉は、本明細書で使用されるとき、記述された特徴、ステップ、操作、構成要素、及び／又は構成部品の存在を詳述するが、１つ又はそれ以上の、特徴、ステップ、操作、構成要素、構成部品、及び／又はそれらのグループの存在又は付加を排除するものではないことが理解される。例えば、ある１つの層が与えられた物質からなると指し示されるとき、その層は付加的な物質を含んで、２元化合物、３元化合物、４元化合物等、化合物、合金、ドープ層等を形成してもよい。したがって、例えば、窒化ガリウムからなる１つの層がＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ，及び／又はＡｌＩｎＧａＮを含んでもよい。それとは対照的に、「のみからなる」（そしてそれらの変形）という言葉は、本明細書で使用されるとき、記述された特徴、ステップ、操作、構成要素、及び／又は構成部品の存在を詳述し、付加的な特徴、ステップ、操作、構成要素、及び／又は構成部品を排除するものである。最後に、上に定義された言葉はすべて、その層がＰ型にドープされている、及び／又はＮ型を使用しているということ、例えば、マグネシウムのようなＰ型のドーパント及び／又はシリコンのようなＮ型のドーパントを有しているということを排除するものではない。
【００３０】
１つの層、領域、又は基板のような構成要素が別の構成要素（そしてそれらの変形）の「上に」あると記載されるとき、それは他の構成要素の直接上にあってもよいし、或いは又、間に介在する構成要素が存在してもよいと理解できる。さらに、「より下に」、「上に横たわる」、「表側」、「裏側」といった相対的な言葉は、１つの層や領域の、別の層や領域に対する、基板や図に説明されるような基準の層に対する相対的な関係を記述するために、本明細書では使用される。これらの言葉は、図に描かれた方向に加えて、デバイスの異なる方向をも包含することを意味するものと理解できる。最後に、「直接」という言葉は、間に介在する要素が何もないことを意味する。本明細書で使われるように、「及び／又は」という言葉は、関連するすでに表出された項目の１つ或いはそれ以上の、いかなるそしてすべての組み合わせを含んでおり、「／」によって略式に表示することができる。
【００３１】
第１、第２等という言葉は、本明細書では多様な構成要素、構成部品、領域、層、及び／又は部分を記述するために使用されるものであり、これらの構成要素、構成部品、領域、層、及び／又は部分は、その言葉に限定されるべきではないと理解されるべきである。これらの言葉は、１つの構成要素、構成部品、領域、層、又は部分を、別の構成要素、構成部品、領域、層、又は部分と区別するためにのみ使用される。したがって、以下に議論される第１の構成要素、構成部品、領域、層、又は部分は、本発明の教示することから外れることがなければ、第２の構成要素、構成部品、領域、層、又は部分と名付けることができる。
【００３２】
本発明の実施形態は、ここで、本発明の理想的な実施形態の略図である、断面的な及び／又は他の説明図を参照して説明される。したがって、例えば製造技術及び／又は公差の結果として生じる図示形状からの乖離も、予期される。すなわち、本発明の実施形態は、ここに図示される特定形状の領域に限定されるものとして解釈するべきではなく、例えば、製造により生じる形状の変動も含まなければならない。例えば、矩形として図示されるか又は記述される領域が、典型的には、通常の製造公差によって丸くなったり又は曲がったりした形状を持つことがある。したがって、図示された領域は、本質的には模式的なものであり、本明細書で別な方法で定義されない限りは、それらの形状はデバイス領域の精確な形を説明するよう意図したものではなく、本発明の適用範囲を限定する意図もない。
【００３３】
本明細書において別に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての言葉（技術用語と科学用語を含む）は、本発明が属する分野の普通の熟練者により共通して理解されるものと同様の意味を持つ。さらに、通常利用される辞書に定義されているような用語は、関連技術と本明細書の文脈での意味と一致した意味を持つものと解釈すべきであり、本明細書にそう定義されない限りは、理想化された、つまり過度に形式的な意味には解釈できないと理解される。
【００３４】
本発明の実施形態は、ＩＩＩ族の窒化物ベースのデバイスのような、窒化物ベースのＨＥＭＴでの使用に特に適している。本明細書で使われる場合の、「ＩＩＩ族の窒化物」という用語は、窒素と周期律表のIII族に属する元素、通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及び／又はインジウム（Ｉｎ）との間で形成される半導体化合物を指す。その用語はまた、ＡｌＧａＮやＡｌＩｎＧａＮのような３元化合物や４元化合物を指す。この分野の技術者にはよく理解されることであるが、ＩＩＩ族の元素は、窒素と結合して、２元化合物（例えば、ＧａＮ）、３元化合物（例えば、ＡｌＧａＮやＡｌＩｎＮ）、そして４元化合物（例えば、ＡｌＩｎＧａＮ）を形成できる。これらの化合物はすべて、１モルの窒素がＩＩＩ族元素の計１モルと結合するという実験式を有する。つまり、ＡｌxＧａ1-xＮ  ０≦ｘ≦１というような化学式が、それらを記述するためにしばしば使用される。
【００３５】
本発明の実施形態は、ＧａＮ型ＨＥＭＴデバイスとの関連で説明されるが、本発明はその適用範囲から外れることなく、他の型式のデバイス及び／又は材料と関連して使用できることが理解されるであろう。例えば、本発明の実施形態は他のショットキーデバイスでも利用できる。
【００３６】
コンタクト、例えばゲートコンタクトの形状は、半導体デバイスの電気特性に影響を与える。これらのゲートコンタクトを形成する一般的な方法は、典型的には、層を成す絶縁体の表面にフォトレジスト層をパターニングすることからなる。従来方法のフォトレジスト形状とエッチング工程のパラメータでは、結果的に生じる幾何学的な断面形状を適切に制御することができない。しかし、本明細書で説明される実施形態によれば、電気的キャリアの水平方向流れに基づいた技術を使用して、半導体コンタクトの幾何的な断面学的形状を制御でき、従って、コンタクトを、多様な断面形状を有する注文仕様に対応させることが可能になる。
【００３７】
とくにある実施形態では、従来工程に加えて、第２絶縁物層が付着され、次いで全面に亘るエッチングが実施される。絶縁体層の厚さ及び／又は絶縁体層の相対的エッチレートが、エッチ断面の最終形状を定める。ある実施形態では、絶縁体層は誘電体層とすることができる。本明細書で使用される場合の「誘電体層」は、絶縁体層か又は非金属層を指す。誘電体層の窓の最終形状は、ベース誘電体層の厚さに対する誘電体充填量、２重の誘電体充填層の存在、及び／又は充填する誘電体層に対するベース誘電体の相対的なエッチレートによって制御することができる。窓部充填の程度が、充填される誘電体の半径に直接影響し、この半径が窓断面形状における最終的な傾斜を定めることになる。したがって、ここで説明されるいくつかの実施形態は、以下に図１Ａから図９を参照して説明するように、広範囲に及ぶ注文仕様に対応する誘電体窓部断面形状を提供することができる。
【００３８】
ショットキー障壁デバイスの様々な実施形態が、ここで説明される。本明細書で使用される場合の「半導体ショットキー障壁デバイス」は、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、及び／又は他の半導体物質を含むものとすることができる、１つ又はそれ以上の半導体層を含む、ショットキーダイオード、ＨＥＭＴ，ＭＥＳＦＥＴ，及び／又は他の半導体障壁デバイスを包含するものである及び／又は。半導体ショットキー障壁デバイスは、サファイア、シリコン、炭化シリコン、窒化アルミニウム、及び／又は他のマイクロエレクトロニクス基板を含むことがあり、或いは、これらを含まない場合もある。
【００３９】
最初に図１Ａから図１Ｄを参照して、本発明の実施形態例による半導体コンタクト製造における処理工程を説明する。図１に示されるように、複数のＨＥＭＴエピ層１１５が、基板１０５の上に順に形成される。本発明の特定の実施形態では、基板１０５は半絶縁性の炭化シリコン（ＳｉＣ）基板とすることができ、該基板は、例えば４Ｈポリタイプの炭化シリコンとすることができる。炭化シリコンの候補として挙げられる他のポリタイプは、３Ｃ、６Ｈ、及び１５Ｒポリタイプである。「半絶縁性」という用語は、絶対的というよりむしろ相対的な意味で使用される。本発明の特定の実施形態では、この炭化シリコンのバルク結晶は、室温で約１ｘ105Ω-ｃｍと等しいか又はそれ以上の高い抵抗率を有する。
【００４０】
任意であるが、バッファ層、核形成層、及び／又は遷移層（図示されない）を、基板１０５の上に設けることができる。例えば、ＡｌＮバッファ層を設けて、炭化シリコン基板とそれ以外のデバイス部分との間における適切な結晶構造遷移をもたらすようにしてもよい。
【００４１】
炭化シリコンは、ＩＩＩ族窒化物デバイス用の非常に一般的な基板材料であるサファイア（Ａｌ2Ｏ3）より、ＩＩＩ族の窒化物に対してずっと密接な結晶格子適合性を有する。サファイアによって通常得られるものよりも更に密接な格子適合が、高品質なＩＩＩ族窒化物薄膜内に生じることになる。炭化シリコンはまた、非常に高い熱伝導率を有するので、炭化シリコン上に形成されたＩＩＩ族窒化物デバイスの全出力は、一般的には、サファイア上に形成された同一デバイスにおけるように、基板の熱散逸により制限されることはない。また、半絶縁性の炭化シリコン基板を用いることは、デバイスの絶縁と寄生容量の低減とをもたらす。適切なＳｉＣ基板は、例えば、本発明の譲受人である、ノースカロライナ州ダーラム所在のクリー社によって製造されている。
【００４２】
炭化シリコンを基板材料として使用することができるが、本発明の実施形態は、サファイア、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、シリコン、ＧａＡｓ，ＬＧＯ，ＺｎＯ，ＬＡＯ、ＩｎＰ等のような、いかなる適当な基板も利用することができる。実施形態では、適当なバッファ層もまた形成されてよい。
【００４３】
ＨＥＭＴのエピ層１１５（広帯域ギャップ層２１０、３１０、４１０、５１０）は、基板１０５上に形成されたチャネル層を含んでもよい。チャネル層は、上述したように、バッファ層、遷移層、及び／又は核形成層を使用して、基板上に形成することができる。チャネル層は、圧縮ひずみが与えられた状態にすることができる。さらに、チャネル層及び／又はバッファ層、核形成層及び／又は遷移層は、金属−有機物化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、又は、当業者に知られた他の技術、例えば、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、水素気相成長法、或いはその他の適切な技術により、エピタキシャル成長させることによっても形成することができる。
【００４４】
本発明の幾つかの実施形態では、チャネル層と障壁層との界面において、チャネル層の伝導帯端のエネルギーが障壁層の伝導帯端のエネルギーより小さいことを条件に、チャネル層は、ＩＩＩ族窒化物、例えば、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）とする。本発明のある実施形態では、ｘ＝０であり、これはチャネル層がＧａＮであることを示している。チャネル層はまた、ＩｎＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮ等のような他のＩＩＩ族窒化物含むものでもよい。チャネル層は、ドープせずに（「非意図的ドープ」）、約２０Å以上の厚さに成長させることができる。チャネル層はまた、多層構造、例えば超格子構造又はＧａＮ、ＡｌＧａＮ又は同様のものの組み合わせとすることができる。
【００４５】
障壁層をチャネル層の上に形成することができる。この障壁層は、チャネル層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有するものとすることができ、また該障壁層は、チャネル層より小さい電子親和力を持つものとすることができる。障壁層は、チャネル層の直上にエピタキシャル成長させることによって形成することができる。本発明のある実施形態では、障壁層は、ＡｌＮ，ＡｌＩｎＮ，ＡｌＧａＮ及び／又はＡｌＩｎＧａＮを約０．１ｎｍから約１０ｎｍの間の厚さで含む。幾つかの実施形態では、障壁層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３２）を含むものとすることができる。特定の実施形態では、ｘ＝０．２２である。
【００４６】
本発明の実施形態は、ここでは特定のＨＥＭＴ構造について説明されるが、本発明は、そのような構造に限定して解釈すべきではない。本発明の教示による利益を享受した上で、例えば、付加的な層をＨＥＭＴデバイスに設けることができる。そのような付加的な層としては、障壁層上に設けられるＧａＮキャップ層がある。さらに、障壁層はまた、多層構造として形成することができる。したがって、本発明の実施形態は、障壁層を単一層に限定するものとして解釈するべきではなく、例えば、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，及び／又はＡｌＮ層の組み合わせを有する障壁層を含むことができる。例えば、ＧａＮ，ＡｌＮ構造は、合金散乱を減らすか、或いは防止するために利用することができる。したがって、本発明の実施形態は、窒化物ベースの障壁層を含むものとすることができ、そのような窒化物ベースの障壁層としては、ＡｌＧａＮベースの障壁層、ＡｉＮベースの障壁層、及びそれらの組み合わせがある。
【００４７】
本発明の特定の実施形態では、障壁層がオーミックコンタクト金属の下に埋め込まれたときの分極効果により、チャネル層と障壁層との界面において高いキャリア濃度を誘起するのに十分なように、障壁層が十分に厚く、十分に高いＡｌ成分とドーピングを有する。また、障壁層は、該障壁層と誘電体層１２０との界面に定着しイオン化した不純物による、チャネル内での電子散乱を減じ、或いは最小化するのに十分な厚さとする。
【００４８】
上述したように、障壁層は、チャネル層より大きいバンドギャップとチャネル層より小さい電子親和力を有する。したがって、本発明のある実施形態では、障壁層は、ＡｌＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮ，及び／又はＡｌＮ、或いはそれらの組み合わせを含むものとすることができる。障壁層は、その内部でクラック又は大きな欠陥を引き起こすほどの厚さであってはならない。本発明のある実施形態では、障壁層は、ドープされないか、或いはｎ型のドーパントを約１ｘ１０19ｃｍ-3より少ない濃度にドープされたものとする。本発明のある実施形態では、障壁層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）を含んでいる。特定の実施形態では、アルミニウムの濃度は、約２５％とする。しかしながら、本発明の別の実施形態では、障壁層は、アルミニウムの濃度が約５％から約１００％の間となるようにＡｌＧａＮを含む。本発明のある実施形態では、アルミニウムの濃度が約１０％より大きい。
【００４９】
再び図１Ａを参照して、従来の方法で形成することができる、埋め込まれたソース領域１１７とドレイン領域１１８の形成の後、第１（ベース）絶縁体層１２０が、ＨＥＭＴエピ層１１５とソース／ドレイン領域１１７／１１８の上に形成される。幾つかの実施形態では、ベース絶縁体層１２０は誘電体層である。本発明の実施形態は、ベース絶縁体層をベース誘電体層と説明しているが、実施形態はこの構成に限定されない。例えば、ここで説明される実施形態の範囲から外れることなく、他の適切な絶縁体或いは非金属の層を使用することができる。
【００５０】
幾つかの実施形態では、誘電体層１２０は、窒化シリコン（ＳｉxＮy）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、ＡｌＳｉＮ，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び／又は、別の適切な誘電体材料、例えば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を含むものとすることができる。「ＳｉxＮy」、「ＳｉＮ」、そして「窒化シリコン」という用語は、化学量論的窒化シリコン及び非化学量論的な窒化シリコンの両方を表すために、ここでは互換的に使用されるということが理解されるであろう。他の材料も誘電体層１２０として利用できる。例えば、誘電体層１２０は、酸化マグネシウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム、及び／又は酸窒化アルミニウムを含むものとすることができる。さらに誘電体層１２０は、単一層でもよいし、或いはまた、均一及び／又は不均一な組成の多層を含んでもよい。誘電体層１２０の材料は、比較的高温に対する耐性を有しているべきであり、そしてまた、下層に重大なダメージを与えることなく除去できる性質を有しているべきである。
【００５１】
一般的に、誘電体層１２０は、比較的に高い絶縁破壊電界強度を持ち、下に位置するＩＩＩ族窒化物層との界面において比較的に低い界面トラップ密度をもたらす誘電体層である。誘電体層１２０は、下層の材料に関して高いエッチ選択性を持ち、下層の材料に関して反応性ではないものとすることができる。さらに、誘電体層１２０は、比較的低レベルの不純物しか含まないものとすることができる。例えば、誘電体層１２０は、比較的低レベルの水素と他の不純物、例えば酸素、炭素、フッ素、塩素を含むものとすることができる。さらに、誘電体層１２０は、続く処理工程で使用される高いアニール温度に耐えるために、比較的高温（例えば、１０００℃以上）でも安定なものとすることができる。
【００５２】
ここで図１Ｂを参照すると、誘電体１２０は、例えば光学的フォトリソグラフィーを使ってパターニングされ、その中にコンタクト窓１４５が形成される。図１Ｂに示されるように、コンタクト窓１４５は、少なくともＨＥＭＴエピ層の一部、すなわちソース／ドレイン領域１１７／１１８を露出させる。
【００５３】
本発明の幾つかの実施形態によれば、第２（充填物）絶縁体層１３０が、図１Ｃに示されるように、ベース誘電体層１２０上及びコンタクト窓１４５内に形成される。幾つかの実施形態では、該充填絶縁体層１３０は、誘電体層とすることができる。本発明の実施形態は、充填用誘電体層を充填絶縁体層と呼ぶ」が、実施形態はこの構成に限定されるものではない。例えば、他の適切な絶縁体又は非金属の層を、本明細書で議論される実施形態の範囲から外れることなく使用できる。充填誘電体層１３０は、ベース誘電体層１２０に関して前述したものと同様な材料を含むことができる。
【００５４】
図１Ｄに示されるように、第２誘電体層１３０の一部が、ベース誘電体層１２０及びコンタクト窓１４５から除去される。第２誘電体層のそれらの部分は、制御された異方性エッチングを使って除去することができる。第２誘電体層の一部１３０´は、ベース誘電体層１２０上に残される。図１Ｄに示されるように、幾つかの実施形態では、第２誘電体層のこの残された部分１３０´は、窓１４５の側壁上にあり、したがって、下層のＨＥＭＴエピ層１１５の表面露出を、より少なくすることになる。言い換えれば、コンタクト窓１４５の側壁に第２誘電体層１３０´を設けることは、図１Ｂに図示されるコンタクト窓１４５と比べて狭い、改変されたコンタクト窓をもたらすことになる。ゲートコンタクト１３３は、ＨＥＭＴエピ層１１５表面のより狭い部分を露出させる改変されたコンタクト窓１４５´に形成される。したがって、ゲートコンタクトのゲート長ＬGは、約０．４μｍから約０．１〜約０．３μｍまで縮小される。図示されるように、幾つかの実施形態では、ゲートコンタクト１３３は、Ｔ型ゲート構造を有するものとすることができる。ゲート金属は、ニッケル、例えば、蒸着されたニッケル−白金−金（ＮｉＰｔＡｕ）とすることができるが、ここで説明される実施形態の範囲から外れない限り、どんな適切な金属でもよい。
【００５５】
さらに、幾つかの実施形態では、ゲートからソースまでの長さＬGSは約０．４μｍから約２．０μｍであり、ゲートからドレインまでの長さＬGDは約１．０μｍから約１０．０μｍである。
【００５６】
より短いゲート長（ＬG）を形成できることは、向上したデバイス性能をもたらすものとなる。図１Ａから図１Ｄに説明されるデバイスの性能特性は、更に後で、図６及び図７を参照して説明される。
【００５７】
ゲート長（ＬG）、すなわち、広帯域ギャップ層／ＨＥＭＴエピ層１１５のうちのゲート窓から露出される部分の大きさを、ここで説明される幾つかの実施形態によって注文仕様に対応させることができる。窓の断面形状は、ベース誘電体層１２０の充填誘電体層１３０に対する厚さの比、充填誘電体層１３０の多層構造の存在、及びベース誘電体層１２０及び／又は充填誘電体層１３０の少なくとも１つの層の相対的なエッチレートに影響される。このように、窓の断面形状は、厚さ及びエッチレートの変動に影響されるので、窓の形状を、誘電体層の厚さの比及び存在する個々の誘電体層のエッチレートの比を制御することにより、注文仕様に対応させることができる。種々の注文仕様に対応させた窓の断面形状に関する詳細は、図２Ａから図５に関して、以下に説明される。
【００５８】
図１Ａから図１Ｄは、ＨＥＭＴを示しているが、本発明の実施形態は、この構成に限定されるものではない。例えば、デバイスは、本発明の範囲から外れることなく、広帯域ギャップのショットキー障壁デバイスとすることができる。ここに記載された種々の実施形態によれば、広帯域ギャップのショットキー障壁デバイスは、例えば、ショットキーダイオード、ＨＥＭＴ、及びＭＥＳＦＥＴとすることができる。特に、図２Ａから図５はすべて、半導体層２１０、３１０、４１０、及び５１０を含んでおり、これらの層は、幾つかの実施形態では広帯域ギャップの半導体層とすることができる。広帯域ギャップの半導体層を有する実施形態においては、層２１０、３１０、４１０、５１０は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）及び／又は窒化ガリウム（ＧａＮ）のような、少なくとも約１．７ｅＶのバンドギャップを有する材料を含むものとすることができる。広帯域ギャップの半導体層層２１０、３１０、４１０、５１０は、自立性のものとすることもできるし、基板の一部を含むものとすることもできるし、或いはまた、それ自身を基板上に形成することもできる。種々のバッファ層及び／又は他の層を、図１Ａから図１ＤのＨＥＭＴに関して前述したように設けることもできる。換言すると、図１Ａから図１ＤのＨＥＭＴエピ層１１５は、その広帯域ギャップ層と考えることができる。
【００５９】
ここで図２Ａを参照して、幾つかの実施形態による半導体デバイス製造の処理工程を説明する。図２Ａに示されるように、ベース誘電体層２２０が、広帯域ギャップ半導体層２１０上に形成される。ソース領域／ドレイン領域（図１Ａの１１７／１１８）が存在するが、示されてはいないことを理解されたい。ベース誘電体層２２０は、ベース誘電体層１２０に関して前述したものと同様な材料を含むことができ、それゆえ、ここでは繰り返さないことにする。図２Ａにさらに図示されているように、ベース誘電体層２２０は、コンタクト窓２４５をその内部に設けるために、従来の方法でパターニングされ、エッチングされる。図２Ａは、以下においてゲート窓と呼ばれる単一のコンタクト窓を図示するのみであるが、ここで説明される実施形態による方法は、ここで説明される実施形態の範囲から外れることなく、１つより多いコンタクト窓、例えば、図１Ｂから図１Ｄに図示されるソース窓及びドレイン窓を併用することができる。
【００６０】
さらに図２Ａに示されるように、一旦パターニングされ、エッチングされると、ベース誘電体層２２０は、第１の寸法Ｄ１を有するコンタクト窓２４５を規定することになる。第１誘電体層はまた、厚さＸと、付随するエッチレートとを有する。
【００６１】
ここで図２Ｂを参照すると、充填誘電体層２３０は、ベース誘電体層２２０上及び窓２４５内に形成される。図２Ｂの実施形態に示されるように、充填誘電体層２３０は、窓２４５の一部を埋めるのみである。充填誘電体層２３０もまた、厚さＸと、付随するエッチレートとを有する。充填誘電体層２３０の、ベース誘電体層に対する相対的な厚さと、相対的なエッチ特性とが、コンタクト窓の最終形状を定める。ここで説明される実施形態の範囲から外れることなく、Ｘは、Ｙと等しくしてもよいし、Ｙより大きくしてもよいし、或いはまた、Ｙより小さくしてもよい。
【００６２】
幾つかの実施形態では、充填誘電体層２３０は、単一の厚さＹを持つのではなく、複数の厚さを持つ。図２Ｂに示されるように、本実施形態における充填誘電体層２３０は、デバイス全体に亘って均一な厚さを持たない。充填誘電体層２３０の厚さＢに対する厚さＡの厚さ比が、得られる断面形状に影響を与えることになる。幾つかの実施形態では、厚さ比Ａ／Ｂは、約０．３から約１．０である。幾つかの実施形態例では、厚さ比Ａ／Ｂは、約０．７より小さい。
【００６３】
ここで図２Ｃを参照すると、充填用誘電体層２３０が、ベース誘電体層上と開口部２４５とに付着させられた後、誘電体に対して全面エッチングが行われて、図２Ａのコンタクト窓２４５に関連する第１の寸法Ｄ１よりも小さく／狭い、第２の寸法Ｄ２を有する、改変されたコンタクト窓２４５´が形成される。より小さい寸法Ｄ２は、コンタクト窓２４５の側壁にある充填誘電体２３０´の存在のために生じるものである。従って、広帯域ギャップ層２１０が、改変されたコンタクト窓２４５´を通して露出される部分は、図２Ａのコンタクト窓の場合より少なくなる。寸法Ｄ１／Ｄ２の制御が可能であるということは、ゲートコンタクト（示されない）のゲート長ＬGの制御を可能にするものである。従って、０．４μｍのゲート長は、約０．１μｍから約０．３μｍにまで縮小でき、注文仕様対応の度合いを大きく広げることになる。特に、デバイスの動作速度は、ゲートコンタクトが基板（広帯域ギャップ層２１０）と接触する部分の面積と、コンタクト窓の側壁の傾斜とによって決定される。ゲート長ＬGが短いほど、デバイスの動作速度は速くなる。このように、ここで説明される幾つかの実施形態に従ってゲート長ＬGの制御が可能になるということは、デバイス性能における注文仕様対応の度合いを大きく広げるものである。
【００６４】
例えば、具体的に図２Ｃに示されるデバイスを参照すると、側壁に残る充填誘電体２３０´の小さな曲率は、全面エッチ後には傾斜の減少となり、従って、デバイスの動作速度に影響を与えることになる。
【００６５】
ここで図３Ａから図３Ｃを参照して、幾つかの実施形態による、デバイス製造の処理工程を説明する。全体を通して、同様の数字は同様の構成要素を示しており、それゆえ、同様の構成要素に関する詳細は、ここでは繰り返さない。ここで図３Ｂを参照すると、ベース誘電体３２０の厚さを超える厚さＹを有する充填誘電体３３０が、ベース誘電体３２０上及びコンタクト窓３４５内に形成される。これらの実施形態では、より大きなコーナー半径が、図３Ｃに示されるように最終形状の傾斜を増大させている。具体的に述べると、コンタクト窓３４５´の側壁に残る充填用誘電体３３１´の傾斜が増大している。さらに、コンタクト窓３４５´から露出される広帯域ギャップ層３１０の部分は、相対的に小さくなる。したがって、コンタクト窓３４５´内に形成されるゲートコンタクト（図示されない）のゲート長ＬGは、より短くなる。
【００６６】
幾つかの実施形態では、充填誘電体３３０は、単一の厚さＹを持つのではなく、複数のの厚さを持つ。図３Ｂに示されるように、この実施形態における誘電体３３０は、デバイス全体に亘って均一な厚さを持たない。充填用誘電体３３０の厚さＢに対する厚さＡの厚さ比が、得られる断面形状に影響を与える。幾つかの実施形態例では、厚さ比Ａ／Ｂは、約０．７より大きい。
【００６７】
ここで図４Ａから図４Ｃを参照して、幾つかの実施形態による、デバイス製造の処理工程を説明する。全体を通して、同様の数字は同様の構成要素を示しており、それゆえ、同様の構成要素に関する詳細は、ここでは繰り返さない。図４Ｂに説明される実施形態では、充填誘電体は、第１誘電体層４３５と第２誘電体層４３６を含む。充填誘電体のそれぞれの層は、それに付随する厚さと付随するエッチレートとを有しており、それらがコンタクト窓の最終形状に影響を与える。図４Ｂに示される実施形態においては、第１層４３５は、第２層４３６より小さいエッチレートを有している。したがって、図４Ｃに示されるように、調整可能な２重の傾斜形状が達成され、全面エッチの後に、第１層４３５´部分と第２層４２６´部分が残される。
【００６８】
ここで図５を参照して、図４Ａから図４Ｃに示された実施形態例に似た実施形態を説明する。具体的に述べると、図５に示される実施形態もまた、第１と第２の層を持つ充填誘電体を有する（図示されない）。しかしながら、図５に示される実施形態では、第１層が第２層より大きいエッチレートを有している。したがって、図５に示されるコンタクト窓の断面形状は、第１層の残り部分５３５´と第２層の残り部分５２６´を含む外側に張り出した形状になり、コンタクト窓５４５´を通して露出する広帯域ギャップ層５１０の部分の寸法を縮小させることになる。
【００６９】
図１Ａから図５に関連して、前述の実施形態は、単に典型的な例を示す目的で提供されたものであり、それゆえ、実施形態はこれらの例に限定すべきではない。図１Ａから図５で説明された形状とは別の様々な断面形状が、ここで説明された実施形態に従った方法を使って実現される。
【００７０】
ここで図６及び図７を参照して、図１Ａから図１Ｄに示された実施形態に関する性能の成果を説明する。図６の透過型電子顕微鏡観察（ＴＥＭ）の断面図に示されるように、本発明の実施形態に従ったデバイス６７５のゲートメタルの寸法Ｄ２は、従来の方法を使って形成されたデバイス６７０の同じ部分の寸法より小さい。すなわち、デバイス６７５のゲート長ＬGは、図６の点線で示されるように、デバイス６７０のゲート長より小さい。点線は、ここで説明された実施形態によるデバイス６７５のゲート長を示すものである。
【００７１】
ここで図７Ａから図７Ｄを参照して、ＩDSS（ＶDS＝１０Ｖ，ＶGS＝＋２Ｖ）とピークｇmの統計的分布を示すグラフを説明する。図示されるように、ここで説明された実施形態によるデバイス７７５は、従来法によるデバイス７７０より向上した性能パラメータを示している。ｇmの平均値は、８０ｍＳ／ｍｍだけ向上している。
【００７２】
図８は、図２Ａから図３Ｃに説明された、単一層の誘電体充填層を有する実施形態に対応する側壁の断面形状である。同様に図９は、図４Ａから図４Ｃに説明された、２重層の誘電体充填層を有する実施形態例に対応する側壁の断面形状である。
【００７３】
多くの異なる実施形態が、上記の説明と図に関連して、ここに開示された。これらの実施形態の組合せと部分的組合せの全てを文章で記述し図示することは、過度に繰り返しが多くなり、分かりにくいものにしてしまうことが理解されるであろう。したがって、本明細書は、図を含みながら、ここに記載される実施形態の全組合せと部分的組合せと、それら実施形態を製造し使用する方法や工程との完全な記述を確立するものであると理解されるであろうし、そのような組合せや部分的組合せのいずれに対する請求項についても、その裏づけとなるであろう。
【００７４】
図及び明細書には、本発明の実施形態が開示されており、特定の用語が使用されているが、それらは一般的且つ記述的な意味でのみ使用されたものであり、限定する目的で使用されたものではなく、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に示される。
【図２Ａ】
2013538459.tif 000003
【図２Ｂ】
2013538459.tif 000004
【図２Ｃ】
2013538459.tif 000005
【図３Ａ】
2013538459.tif 000006
【図３Ｂ】
2013538459.tif 000007
【図３Ｃ】
2013538459.tif 000008
【図４Ａ】
2013538459.tif 000009
【図４Ｂ】
2013538459.tif 000010
【図４Ｃ】
2013538459.tif 000011
【図５】
2013538459.tif 000012
【図１】
2013538459.tif 000013
【図６】
2013538459.tif 000014
【図７】
2013538459.tif 000015
【図８】
2013538459.tif 000016
【図９】
2013538459.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月8日(2013.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カスタマイズされたコンタクトを有する半導体デバイスを形成する方法であって、
第１絶縁体層を設け、
少なくとも１つのコンタクト窓を規定するように前記第１絶縁体層をパターニングし、
前記第１絶縁体層上及び前記少なくとも１つのコンタクト窓内に、前記少なくとも１つのコンタクト窓を少なくとも部分的に埋めるように、第２の絶縁体層を設け、
前記第２絶縁体層の第１の部分をエッチングして、前記第２絶縁体層の第２の部分が前記少なくとも１つのコンタクト窓に残り、前記少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を有する、改変されたコンタクト窓を少なくとも１つ形成する、
ことを含む方法。
【請求項２】
前記エッチングは、前記第２絶縁体層の前記第２の部分が前記少なくとも１つのコンタクト窓の側壁に残り、前記少なくとも１つのコンタクト窓より狭い、改変されたコンタクト窓を少なくとも１つ形成するようなエッチングからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記少なくとも１つの改変された前記コンタクト窓内に、ゲート長が約０．４μｍより小さいゲートコンタクトを設け、
前記ゲートコンタクトの対向端部にそれぞれ隣接してソース領域とドレイン領域を設け、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又は金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）を構成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１絶縁体層は、広帯域ギャップ半導体層を設けた後に形成され、且つ該広帯域ギャップ半導体層上に設けられ、
前記広帯域ギャップ半導体層が窒化ガリウム（ＧａＮ）及び／又は炭化シリコン（ＳｉＣ）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１絶縁体層のパターニングは、前記第１絶縁体層の前記少なくとも１つのコンタクト窓を通して広帯域ギャップ層表面の一部を露出させるようにパターニングすることを含み、前記第２絶縁体層の前記第１部分のエッチングは、前記第２絶縁体層の前記第２部分が前記少なくとも１つのコンタクト窓内に残り、前記少なくとも１つの改変されたコンタクト窓を通して広帯域ギャップ層のより少ない部分を露出させるようにするエッチングを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２絶縁体層を設けることは、少なくとも２つの絶縁体層を形成することを含み、該少なくとも２つの絶縁体層を形成することが、前記第１絶縁体層上及び前記少なくとも１つのコンタクト窓内とに該第２絶縁体層の第１層を形成し、前記第２絶縁体層の前記第１層上に前記第２絶縁体層の第２層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２絶縁体層の前記第１層は、これに付随する第１のエッチレートを有し、前記第２絶縁体層の前記第２層は、これに付随し、前記第１のエッチレートとは異なる第２のエッチレートを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１絶縁体層は厚さＸを有し、前記第２絶縁体層は厚さＹを有し、前記Ｘの前記Ｙに対する比が半導体コンタクトの幾何学的形状に影響を与えるものであり、
前記Ｘは前記Ｙと等しいか、Ｙより大きいか、Ｙより小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２絶縁体は第１の厚さＡ及び第２の厚さＢを持ち、厚さ比Ａ／Ｂがデバイスの幾何学的形状に強い影響を与えるものである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
カスタム仕様のコンタクトを有する半導体デバイスであって、
少なくとも１つのコンタクト窓を規定する第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層上及び前記ゲートコンタクト窓内に設けられた第２絶縁体層と、
を含み、
前記少なくとも１つのコンタクト窓内における前記第２絶縁体層の一部分が、前記少なくとも１つのコンタクト窓の寸法とは異なる寸法を持つ、少なくとも１つの改変されたコンタクト窓を提供する、
ことを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの改変されたコンタクト窓が、前記少なくとも１つのコンタクト窓より狭いことを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
さらに、少なくとも１つの改変された前記コンタクト窓に、約０．４μｍ以下のゲート長を有するゲートコンタクトを含み、
ゲートコンタクトの対向端部にそれぞれ隣接するようにソース領域及びドレイン領域が設けられて、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又は金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）が構成された、請求項１０に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2013538459.tif 000018
2013538459.tif 000019
2013538459.tif 000020
2013538459.tif 000021
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