(57)【要約】  半導体ショットキー障壁デバイスが、広バンドギャップ半導体層と、この広バンドギャップ半導体層上に存在してショットキー接合部を形成するショットキー障壁金属層と、このショットキー障壁金属層上に広バンドギャップ半導体層から離れて存在する電流拡散層と、この電流拡散層とショットキー障壁金属層の間の２又はそれ以上の拡散障壁層とを含む。第１の拡散障壁層が、約３００℃を超えるショットキー接合部の温度における電流拡散層と第２の拡散障壁層の混合を抑制し、第２の拡散障壁層が、約３００℃を超えるショットキー接合部の温度における第１の拡散障壁層とショットキー障壁金属層の混合を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ショットキー障壁デバイスであって、
広バンドギャップ半導体層と、
前記広バンドギャップ半導体層上に存在し、該広バンドギャップ半導体層とのショットキー接合部を形成するショットキー障壁金属層と、
前記ショットキー障壁金属層上に前記広バンドギャップ半導体層から離れて存在する電流拡散層と、
前記電流拡散層と前記ショットキー障壁金属層の間の第１の拡散障壁層と、
前記第１の拡散障壁層と前記ショットキー障壁金属層の間の第２の拡散障壁層と、
を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記広バンドギャップ半導体層が窒化ガリウムを含み、前記ショットキー障壁金属層がニッケルを含み、前記電流拡散層が金を含み、前記第１の拡散障壁層が白金を含み、前記第２の拡散障壁層がタンタルを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の拡散障壁層が、約３００℃を超える前記ショットキー接合部の温度における前記電流拡散層と前記第２の拡散障壁層の混合を抑制するように構成され、前記第２の拡散障壁層が、約３００℃を超える前記ショットキー接合部の温度における前記第１の拡散層と前記ショットキー障壁金属層の混合を抑制するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ショットキー障壁金属層が、前記広バンドギャップ半導体層上に直接存在し、前記第２の拡散障壁層が、前記ショットキー障壁金属層上に直接存在し、前記第１の拡散障壁層が、前記第２の拡散障壁層上に直接存在し、前記電流拡散層が、前記第１の拡散障壁層上に直接存在する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ショットキー障壁金属層と前記電流拡散層の間に、前記第１の拡散障壁層と前記第２の拡散障壁層が交互になった層を複数さらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の拡散障壁層と前記拡散障壁層の間に接着層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記広バンドギャップ半導体層が、窒化ガリウム及び／又は炭化ケイ素を含み、前記ショットキー障壁金属層が、ニッケル、白金及び／又はイリジウムを含み、前記電流拡散層が、金及び／又は銅を含み、前記第１の拡散障壁層が、白金、モリブデン、タングステン及び／又はクロムを含み、前記第２の拡散障壁層が、タンタル及び／又はタングステンを含んで前記第１の拡散障壁層とは異なる、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
それぞれが前記ショットキー障壁金属層の対向する端部に隣接してＨＥＭＴ又はＭＥＳＦＥＴを実現するように構成されたソース領域及びドレイン領域をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の拡散障壁層と前記第２の拡散障壁層の間の第３の拡散障壁層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第３の拡散障壁層がチタンを含む、
ことを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
半導体ショットキー障壁デバイスであって、
窒化ガリウムを含む第１の層と、
前記第１の層上に存在する、ニッケルを含む第２の層と、
前記第２の層上に前記第１の層から離れて存在する、タンタルを含む第３の層と、
前記第３の層上に前記第２の層から離れて存在する、白金を含む第４の層と、
前記第４の層上に前記第３の層から離れて存在する、金を含む第５の層と、
を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
前記第２の層が前記第１の層上に直接存在し、前記第３の層が前記第２の層上に直接存在し、前記第４の層が前記第３の層上に直接存在し、前記第５の層が前記第４の層上に直接存在する、
ことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の層と前記第５の層の間に、前記第３の層と前記第４の層が交互になった層を複数さらに含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
それぞれが前記第２の層の対向する端部に隣接してＨＥＭＴ又はＭＥＳＦＥＴを実現するように構成されたソース領域及びドレイン領域をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第３の層と前記第４の層の間に、チタンを含む第６の層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
半導体ショットキー障壁デバイスであって、
広バンドギャップ半導体層と、
前記広バンドギャップ半導体層上に存在し、該広バンドギャップ半導体層とのショットキー接合部を形成するショットキー障壁金属層と、
前記ショットキー障壁金属層上に前記広バンドギャップ半導体層から離れて存在する電流拡散層と、
前記電流拡散層と前記ショットキー障壁金属層の間の、少なくとも２つの層を含む拡散障壁と、
を含み、前記拡散障壁が、約３００℃を超える前記ショットキー接合部の温度における前記ショットキー接合部の漏れ電流の実質的な増加を防ぐように構成される、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１７】
前記広バンドギャップ半導体層が窒化ガリウムを含み、前記ショットキー障壁金属層がニッケルを含み、前記電流拡散層が金を含む、
ことを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記拡散障壁が、前記電流拡散層と前記ショットキー障壁金属層の間に、前記少なくとも２つの層が交互になった層を複数含む、
ことを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記広バンドギャップ半導体層が、窒化ガリウム及び／又は炭化ケイ素を含み、前記ショットキー障壁金属層が、ニッケル、白金及び／又はイリジウムを含み、前記電流拡散層が、金及び／又は銅を含む、
ことを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
それぞれが前記ショットキー障壁金属層の対向する端部に隣接してＨＥＭＴ又はＭＥＳＦＥＴを実現するように構成されたソース領域及びドレイン領域をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔連邦政府が支援する研究又は開発に関する記述〕
本発明は、海軍省、ＧａＮ  ＭＭＩＣ開発部門により授与された政府契約番号０５−Ｄ−６０００号のもとで行われたものである。合衆国政府は、本発明における一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、半導体デバイスに関し、より詳細には、ショットキー障壁デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ショットキー障壁デバイスは、多くの消費者用途、商業用途、及びその他の用途において広く使用されている。ショットキー障壁は、金属と半導体の接合部に形成される電位障壁であり、整流特性を有する。多くのショットキー障壁デバイスは、炭化ケイ素、窒化ガリウム、及び／又はヒ化ガリウムなどの広バンドギャップ半導体を使用し、高出力、高温、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）、及び金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）が挙げられる。ＨＥＭＴは、バンドギャップの異なる２つの材料間の接合部（すなわち、ヘテロ接合部）を、集積回路電界効果トランジスタで一般的に見られるドープ領域ではなくチャネルとして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を使用して、ソース領域とドレイン領域の間の２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を制御する。ＭＥＳＦＥＴでは、ショットキー障壁ゲートを使用して、ソース領域とドレイン領域の間に形成されるチャネル内の伝導を制御する。
【０００４】
一般に、広バンドギャップショットキー障壁デバイスは、広バンドギャップ半導体層と、この広バンドギャップ半導体層上に存在してこの広バンドギャップ半導体層とのショットキー接合部を形成するショットキー障壁金属層とを含む。ショットキー障壁金属層上には、広バンドギャップ半導体層から離れて電流拡散層も設けられる。ショットキー障壁金属層と電流拡散層の間の望ましくない混合を抑制又は防止するために、多くの場合、ショットキー障壁層と電流拡散層の間に拡散障壁が設けられる。従って、例えば、窒化ガリウムベースのデバイスでは、ショットキー障壁金属層がニッケルを含むことができ、電流拡散層が金を含むことができ、拡散障壁が白金を含むことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスは、広バンドギャップ半導体層と、この広バンドギャップ半導体層上に存在して広バンドギャップ半導体層とのショットキー接合部を形成するショットキー障壁金属層と、ショットキー障壁金属層上に広バンドギャップ半導体層から離れて存在する電流拡散層と、電流拡散層とショットキー障壁金属層の間の２又はそれ以上の拡散障壁層とを含む。いくつかの実施形態では、電流拡散層とショットキー障壁金属層の間に第１の拡散障壁層が設けられ、この第１の拡散障壁層とショットキー障壁金属層の間に第２の拡散障壁層が設けられる。
【０００６】
いくつかの実施形態では、第１の拡散障壁層が、約３００℃を超えるショットキー接合部の温度における電流拡散層と第２の拡散障壁層の混合を抑制するように構成され、第２の拡散障壁層が、約３００℃を超えるショットキー接合部の温度における第１の拡散障壁層とショットキー障壁金属層の混合を抑制するように構成される。さらに、いくつかの実施形態では、ショットキー障壁金属層が、広バンドギャップ半導体層上に直接存在し、第２の拡散障壁層が、ショットキー障壁金属層上に直接存在し、第１の拡散障壁層が、第２の拡散障壁層上に直接存在する。
【０００７】
材料に関しては、いくつかの実施形態において、広バンドギャップ半導体層が窒化ガリウムを含み、ショットキー障壁金属層がニッケルを含み、電流拡散層が金を含み、第１の拡散障壁層が白金を含み、第２の拡散障壁層がタンタルを含む。他の実施形態では、広バンドギャップ半導体層が、窒化ガリウム及び／又は炭化ケイ素を含み、ショットキー障壁金属層が、ニッケル、白金及び／又はイリジウムを含み、電流拡散層が、金及び／又は銅を含み、第１の拡散障壁層が、白金、モリブデン、タングステン及び／又はクロムを含み、第２の拡散障壁層が、タンタル及び／又はタングステンを含んで第１の拡散障壁層とは異なる。
【０００８】
他の実施形態によれば、２つよりも多くの拡散障壁層を設けることができる。例えば、いくつかの実施形態では、ショットキー障壁金属層と電流拡散層の間に、第１の拡散障壁層と第２の拡散障壁層が交互になった層を複数設けることができる。他の実施形態では、第１の拡散障壁層と第２の拡散障壁層の間に接着層を設けることができる。接着層は、チタン、クロム及び／又は接着性が良好なその他の金属を含むことができる。さらに他の実施形態では、第１の拡散障壁層と第２の拡散障壁層の間に第３の拡散障壁層を設けることができる。この第３の拡散障壁層は、チタンを含むことができる。
【０００９】
本明細書で説明する様々な実施形態による多層拡散障壁層は、様々な広バンドギャップ半導体ショットキー障壁デバイスで使用することができる。例えば、これらをショットキーダイオードとともに使用することができる。他の実施形態では、それぞれがショットキー障壁金属層の対向する端部に隣接してＨＥＭＴ又はＭＥＳＦＥＴを実現するように構成されたソース領域及びドレイン領域を設けることができる。
【００１０】
材料の観点から見れば、本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスは、窒化ガリウムを含む第１の層と、第１の層上の、ニッケルを含む第２の層と、第２の層上に第１の層から離れて存在する、タンタルを含む第３の層と、第３の層上に第２の層から離れて存在する、白金を含む第４の層と、第４の層上に第３の層から離れて存在する、金を含む第５の層とを含む。本明細書で説明するような他の材料の組み合わせを提供することもできる。
【００１１】
本明細書で説明する様々な実施形態は、電流拡散層とショットキー障壁金属層の間に少なくとも１つの層を含み、約３００℃を超えるショットキー接合部の温度におけるショットキー接合部の漏れ電流の実質的な増加を防ぐように構成された拡散障壁を実現すると見なすこともできる。本明細書で説明するような様々な拡散障壁層を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの断面図である。
【図２】本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの断面図である。
【図３】本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの断面図である。
【図４】本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの断面図である。
【図５】本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの断面図である。
【図６】本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの断面図である。
【図７】本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの断面図である。
【図８】本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、様々な実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明をより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形で具体化することができ、本明細書で説明する実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示を徹底的かつ完全なものとして当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供するものである。図面では、明確にするために層及び領域のサイズ及び相対的サイズを誇張している場合がある。全体を通じ、同じ要素は同じ番号によって示している。
【００１４】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本発明を限定する意図はない。本明細書では、単数形の「１つの（英文不定冠詞）」及び「その（英文定冠詞）」は、文脈において別途明確に示していない限り複数形の意味も含むことが意図される。さらに、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語（及びこれらの変形）は、本明細書で使用する場合、規定される特徴、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１又はそれ以上のその他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はこれらの群の存在又は追加を排除するものではないと理解されたい。例えば、ある層について所与の材料を「含んでいる」と示す場合、この層は、二元、三元、四元などの化合物、合金、ドープ層などを形成するための追加の材料を含むことができる。従って、例えば、窒化ガリウムを含む層は、窒化アルミニウムガリウム、窒化インジウムガリウム及び／又は窒化アルミニウムインジウムガリウムの層を含む。対照的に、「〜から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という用語（及びその変形）は、本明細書で使用する場合、規定される特徴、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素を指定し、追加の特徴、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素を排除する。最後に、上記で定義した用語は全て、例えばマグネシウムなどのＰ型ドーパント及び／又はシリコンなどのＮ型ドーパントを用いて、層がＰ型及び／又はＮ型にドープされていることを排除するものではない。
【００１５】
層、領域又は基板などの要素が、別の要素「上に（ｏｎ）」存在する（及びその変形）と言う場合、この要素は他の要素の上に直接存在する場合もあれば、又は介在要素が存在する場合もあると理解されたい。さらに、本明細書では、「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「上にある（ｏｖｅｒｌｉｅｓ）」、「上部に（ｔｏｐｓｉｄｅ）」、「裏側に（ｂａｃｋｓｉｄｅ）」などの相対語を使用して、図に示すような基板又は基層に対する層又は領域同士の関係を説明することがある。これらの用語は、図に示す方向に加え、デバイスの異なる方向を含むことを意図したものであると理解されたい。最後に、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」という用語は、介在要素が存在しないことを意味する。本明細書では、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、関連する列挙項目の１又はそれ以上のありとあらゆる組み合わせを含み、「／」と短縮することができる。
【００１６】
本明細書では、様々な要素、構成要素、領域、層及び／又は区域を説明するために「第１の」、「第２の」などの用語を使用するが、これらの要素、部品、領域、層及び／又は区域をこれらの用語によって限定すべきではないと理解できるであろう。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層又は区域を、別の要素、部品、領域、層又は区域と区別するために使用するものにすぎない。従って、本発明の教示から逸脱することなく、後述する第１の要素、構成要素、領域、層又は区域を、第２の要素、構成要素、領域、層又は区域と呼ぶこともできる。
【００１７】
本明細書では、本発明の理想的な実施形態の概略図である断面図及び／又はその他の図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。従って、例えば、製造技術及び／又は公差の結果として生じる、図示の形状からのばらつきを予想すべきである。従って、本発明の実施形態は、本明細書に示す領域の特定の形状に限定されると解釈すべきではなく、例えば製造に起因する形状の偏差を含む。例えば、長方形として図示又は記載する領域が、一般的には、通常の製造公差に起因して丸みのある又は湾曲した特徴を有するようになる。従って、本明細書で特に定めがない限り、図示の領域は事実上概略的なものであり、これらの形状は、デバイスの領域の正確な形状を示すことを意図するものでも、本発明の範囲を限定することを意図するものでもない。
【００１８】
本明細書で特に定めがない限り、本明細書で使用する（技術用語及び科学用語を含む）全ての用語は、本発明が属する技術の当業者が一般に理解している意味と同じ意味を有する。一般に使用される辞書で定義されるような用語については、関連技術及び本明細書との関連におけるこれらの意味に従う意味を有すると解釈すべきであり、本明細書で明確に定義しない限り、理想的な又は過度に形式的な意味で解釈されるものではない。
【００１９】
本明細書では、半導体ショットキー障壁デバイスの様々な実施形態について説明する。本明細書で使用する「半導体ショットキー障壁デバイス」という用語は、ショットキーダイオード、ＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ、及び／又はシリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム及び／又はその他の半導体材料を含むことができる１又はそれ以上の半導体層を含むその他の半導体ショットキーデバイスを含むことができる。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、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、及び／又はその他の（単複の）超小型電子基板を含んでもよく、又は含まなくてもよい。
【００２０】
図１、図２及び図３は、本明細書で説明する様々な実施形態による、多層拡散障壁を含む、ショットキーダイオード（図１）、ＨＥＭＴ（図２）及びＭＥＳＦＥＴ（図３）を含む広バンドギャップショットキー障壁デバイスの簡略化した断面図である。図１には、本明細書で説明する様々な実施形態による半導体ショットキー障壁デバイスの全体像を示すこともできる。
【００２１】
ここで図１を参照すると、半導体ショットキー障壁デバイス／ショットキーダイオード１００が、例えば、炭化ケイ素及び／又は窒化ガリウムなどの、少なくとも約１．７ｅＶのバンドギャップを有する（単複の）材料を含むことができる広バンドギャップ半導体層１１０を含む。この広バンドギャップ半導体層１１０は、独立構造を有することができ、基板の一部を含むこと、又はこの層自体が基板上に存在することができる。様々なバッファ層及び／又はその他の層を設けることもできる。広バンドギャップ半導体層１１０のためのオーム接点を実現することもできる。
【００２２】
図２を参照すると、ＨＥＭＴ２００が、異なるバンドギャップを有する２つの異なる広バンドギャップ半導体層２１２及び２１４間のヘテロ接合部２１０を含むことができる。図２では、２つの異なる材料２１２及び２１４が、それぞれＧａＮ及びＡｌＧａＮを含むが、他の実施形態では、他の材料を使用することができる。ソース領域２１６及びドレイン領域２１８を設けることもできる。ソース接点２２２及びドレイン接点２２４をそれぞれ設けることもできる。基板２３０を設けることもできる。様々な他のバッファ層、スペーサ層、キャッピング層及び／又はその他の層を設けることもできる。
【００２３】
図３には、炭化ケイ素基板などの基板３３０と、この基板３３０上の、窒化ガリウムを含むことができる１又は複数の広バンドギャップ半導体層３２０とを含むＭＥＳＦＥＴ３００を示している。ソース３１６、ドレイン３１８、ソース接点３２２及びドレイン接点３２４を設けることもできる。様々な他のバッファ層、キャッピング層、絶縁層及び／又はその他の層を設けることもできる。図１には、ショットキー障壁ダイオードの縦向きの実施形態を示しており、図２及び図３には、ＨＥＭＴ２００及びＭＥＳＦＥＴ３００の横向きの実施形態をそれぞれ示していることも理解されよう。しかしながら、他の実施形態では、横向きのショットキー障壁ダイオードを提供すること、及び縦向きのＨＥＭＴ及びＭＥＳＦＥＴを提供することもできる。
【００２４】
再び図１、図２及び図３を参照して分かるように、デバイス１００、２００及び３００の各々は、多層拡散障壁ショットキー接点１５０を含む。この多層拡散障壁ショットキー接点１５０により、ショットキーダイオード１００内には陽極金属スタックを、ＨＥＭＴ２００又はＭＥＳＦＥＴ３００内にはゲートを形成することができる。
【００２５】
これらのショットキー障壁接点１５０の各々は、広バンドギャップ半導体層１１０、２１４及び／又は３２０上に、これらの半導体層とのショットキー接合部１６２を形成するショットキー障壁金属層１６０を含む。ショットキー障壁金属層１６０上には、広バンドギャップ半導体層１１０、２１４及び／又は３２０から離れて電流拡散層１７０が設けられる。電流拡散層１７０とショットキー障壁金属層１６０の間には、本明細書では「多層拡散障壁」１８０とも呼ぶ、少なくとも２つの層を含む拡散障壁層が設けられる。いくつかの実施形態では、多層拡散障壁層１８０が、約３００℃を超えるショットキー接合部１６２の温度におけるショットキー接合部１６２の漏れ電流の実質的な増加を防ぐように構成される。以下、多層拡散障壁１８０の様々な実施形態について説明する。しかしながら、最初に、本明細書で説明する様々な実施形態による多層拡散障壁の一般的説明を行う。
【００２６】
詳細には、ＧａＮベースのＨＥＭＴゲートで使用されるようなショットキー障壁接点は、通常、広バンドギャップ半導体に接するショットキー障壁、電流拡散層、及びこれらの間の、ショットキー障壁金属層内に電流拡散層が拡散するのを抑制又は防止するための拡散障壁層、という３つの金属層を含む。ＧａＮベースのＨＥＭＴに最も広く使用されるショットキー障壁金属層はニッケルである。通常、電流拡散層は金であり、通常、拡散障壁層は白金である。金の電流拡散層は、ゲートの導電率を高めてゲート抵抗を低下させる役目を果たす。白金の拡散障壁層は、半導体表面に達した場合に拡散問題に起因してショットキー接点を劣化させることがある金の拡散に対する障壁として使用される。
【００２７】
本明細書における様々な実施形態によれば、単一のニッケル拡散障壁層を含むショットキー接点は、逆バイアスにおいて劣化し、漏れを生じやすくなる可能性があることが分かっている。高温（すなわち、約３００℃を超える）での動作中には、例えば１００倍などの桁違いに漏れが増すことも珍しいことではない。動作理論に縛られることを望むわけではないが、白金又は金などの他の金属がショットキー障壁金属層内に移動することが理論化されている。より具体的には、３００℃を超える温度で金属混合が起きる可能性がある。この結果、ニッケルショットキー障壁金属層が白金の拡散障壁層と混合し、これが水素を引き寄せ、その後半導体を汚染する。次に、金の電流拡散層が、この新しいニッケル白金アマルガムと混合し、次にこれが、約３００℃を超える温度で広バンドギャップ半導体層内に拡散する。白金は、金、チタン及びその他の半導体産業で広く使用される金属に対しては良好な障壁であるが、ニッケルの拡散に対しては障壁性が低い。さらに、モリブデン、パラジウム及びタングステンなどの他の障壁を金の拡散に対して使用することもできるが、これらは全て、ショットキー障壁層と電流拡散層の間の拡散に関連して危険を伴う場合がある。
【００２８】
この望ましくない拡散を抑制又は防止するために、本明細書で説明する様々な実施形態は多層拡散障壁を提供し、これらの個々の拡散障壁を、互いに隣接する層間の拡散を抑制又は最小化するように調整することができる。多層拡散障壁は、２つ、３つ、４つなどの層を含むことができる。
【００２９】
図４に、様々な実施形態による、多層拡散障壁１８０を含む広バンドギャップショットキー障壁デバイスを示す。ショットキー障壁金属層１６０が、ショットキーダイオードの広バンドギャップ半導体層１１０であっても、ＨＥＭＴの広バンドギャップ半導体層２１４であっても、又はＭＥＳＦＥＴの広バンドギャップ半導体層３２０であってもよい広バンドギャップ半導体層４１０とのショットキー接合部１６２を提供する。ショットキー障壁金属層１６０上には、広バンドギャップ半導体層４１０から離れて電流拡散層１７０が設けられる。電流拡散層１７０とショットキー障壁金属層１６０の間には、第１の拡散障壁層１８２が設けられる。第１の拡散障壁層１８２とショットキー障壁金属層１６０の間には、第２の拡散障壁層１８４が設けられる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、各拡散障壁層１８２、１８４が、これらに隣接する層間の拡散を抑制又は最小化するように設計される。詳細には、第１の拡散障壁層１８２を、約３００℃を超えるショットキー接合部１６２の温度における電流拡散層１７０と第２の拡散障壁層１８４の混合を抑制するように構成することができる。また、第２の拡散障壁層１８４を、約３００℃を超えるショットキー接合部１６２の温度における第１の拡散障壁層１８２とショットキー障壁金属層１６０の混合を抑制するように構成することができる。いくつかの実施形態では、図４に示すように、広バンドギャップ半導体層４１０上にショットキー障壁金属層１６０が直接存在し、ショットキー障壁金属層１６０上に第２の拡散障壁層１８４が直接存在し、第２の拡散障壁層１８４上に第１の拡散障壁層１８２が直接存在し、第１の拡散障壁層１８２上に電流拡散層１７０が直接存在する。しかしながら、後述するように、他の実施形態では追加層を設けることもできる。例えば、第１の拡散障壁層１８２及び／又は第２の拡散障壁１８４を複製することもでき、第３の拡散障壁層を設けることもでき、及び／又は接着層を設けることもできる。
【００３１】
図５に、図４の様々な実施形態による、ショットキー接点構造１５０の実施形態例を示す。図５を参照して分かるように、広バンドギャップ半導体層４１０’は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含むことができる。ショットキー障壁金属層１６０’は、ニッケル（Ｎｉ）を含むことができ、第１の拡散障壁層１８２’は、白金（Ｐｔ）を含むことができ、第２の拡散障壁層１８４’は、タンタル（Ｔａ）を含むことができ、電流拡散層１７０’は、金を含むことができる。従って、タンタル層１８４’は、Ｎｉ／Ｐｔの混合に対する拡散障壁として機能し、白金層１８２’は、Ａｕ／Ｔａの混合に対する拡散障壁として機能する。いくつかの実施形態では、ニッケル層１６０’の厚みを、約１０Å〜約１，０００Åとすることができ、いくつかの実施形態では、約１５０Åとすることができる。タンタル層１８４’及び白金層１８２’の各々の厚みは、約１００Å〜約２，０００Åとすることができ、いくつかの実施形態では、各々約２００Åとすることができる。金層１７０’ の厚みは、約３，０００Å〜約１０，０００Åとすることができ、いくつかの実施形態では、約６，０００Åとすることができる。層１６０’、１８４’、１８２’及び１７０’は、蒸着法及び／又はその他の従来の堆積プロセスを用いて作製することができる。
【００３２】
図６に、様々な層に使用できる材料を含む様々な他の実施形態を示す。詳細には、ショットキー障壁金属層１６０”は、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）及び／又はイリジウム（Ｉｒ）を含むことができる。第２の拡散障壁１８４”は、タンタル（Ｔａ）及び／又はタングステン（Ｗ）を含むことができる。第１の拡散障壁１８２”は、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及び／又はクロム（Ｃｒ）を含むことができ、第１の拡散障壁層１８２”と第２の拡散障壁層１８４”は互いに異なる。最後に、電流拡散層１７０”は、金（Ａｕ）及び／又は銅（Ｃｕ）を含むことができる。図６の特定の実施形態は、Ｎｉ１６０”、Ｔａ１８４”、Ｗ１８２”及びＣｕ１７０”のスタック、又はＮｉ１６０”、Ｔａ１８４”、Ｍｏ１８２”及びＡｕ１７０”のスタックを含むことができる。従って、２又はそれ以上の層を拡散障壁として使用することにより、隣接する金属に対する障壁要件を調整することによってデバイスの信頼性を高めることができる。
【００３３】
上述したように、他の実施形態によれば２つよりも多くの拡散障壁層を設けることができる。例えば、図７に、ショットキー障壁金属層１６０”と電流拡散層１７０”の間の、複数の交互になった第１及び第２の拡散障壁層１８２”、１８４”を示す。このような交互層を設ける場合、複数の第１又は第２の拡散障壁層の全体的な厚みを約１００Å〜約２，０００Åとすることができ、いくつかの実施形態では約２００Åとすることができる。別の言い方をすれば、複数の拡散障壁層を複製する場合には、個々の拡散障壁層の厚みを抑制すればよい。第１及び第２の拡散障壁層を複製することにより、結晶粒界を分離させることによって接点スタック内の粒界欠陥を減少させることができる。
【００３４】
図８に、第１の拡散障壁層１８２”と第２の拡散障壁層１８４”の間に第３の拡散障壁及び／又は接着層８１０を設けることができる他の実施形態を示す。この第３の拡散障壁層８１０は、金属チタン、或いは酸化チタン及び／又は窒化チタンの薄層、などのチタンを含むことができる。接着層は、チタン、クロム、及び／又は接着性が良好なその他の金属を含むことができる。他の様々な実施形態では、他の様々な場所に追加の拡散障壁層及び／又は接着層を設けることもできる。
【００３５】
本明細書で説明する様々な実施形態は、高い接合部温度におけるショットキー障壁デバイスの漏れ電流の実質的な増加を防ぐことができる。例えば、単一の拡散障壁層の接点スタックが、ニッケルの１５０Åのショットキー障壁金属層と、白金の２００Åの拡散障壁層と、金の６，０００Åの電流拡散層とを含むことができる。多層拡散障壁は、図５に示す構成において、ニッケルのショットキー障壁金属層と白金の第１の拡散障壁層との間にチタンの２００Åを追加し、他のデバイスパラメータを全てそのままにしておくことができる。約３００℃を超える接合部温度では、単一の拡散障壁層接点スタックの漏れ電流が１００倍に増加する場合がある。しかしながら、多層拡散障壁接点スタックでは、３００℃を超える温度における漏れ電流の増加がほとんど又は全く起きないようにすることができる。従って、本明細書で説明した様々な実施形態により、約３００℃を超える接合部温度における漏れ電流の実質的な増加を防ぐことができる。従って、信頼性の高い高温デバイスを提供することができる。
【００３６】
本明細書では、上記の説明及び添付図面に関連して多くの異なる実施形態を開示した。これらの実施形態の全ての組み合わせ及びその下位の組み合わせを逐一説明して図示することは、過度に反復的であり不明瞭となることが理解できるであろう。従って、図面を含む本明細書は、本明細書で説明した実施形態、及びこれらを作成して使用する方法及びプロセスの全ての組み合わせ及びその下位の組み合わせの完全な明細書を構成するものであると解釈すべきであり、あらゆるこのような組み合わせ及びその下位の組み合わせについて特許請求する根拠となるはずである。
【００３７】
図面及び明細書に本発明の実施形態を開示し、また特定の用語を使用しているが、これらは一般的かつ記述的な意味でのみ使用したものであって限定を目的とするものではなく、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に示す。
【符号の説明】
【００３８】
１００：半導体ショットキー障壁デバイス
１１０：広バンドギャップ半導体層
１５０：多層拡散障壁ショットキー接点
１６０：ショットキー障壁金属層
１６２：ショットキー接合部
１７０：電流拡散層
１８０：多層拡散障壁
【図１】
2013522906.tif 000003
【図２】
2013522906.tif 000004
【図３】
2013522906.tif 000005
【図４】
2013522906.tif 000006
【図５】
2013522906.tif 000007
【図６】
2013522906.tif 000008
【図７】
2013522906.tif 000009
【図８】
2013522906.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月14日(2012.11.14)
【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】
半導体ショットキー障壁デバイスであって、
広バンドギャップ半導体層と、
前記広バンドギャップ半導体層上に存在し、該広バンドギャップ半導体層とのショットキー接合部を形成するショットキー障壁金属層と、
前記ショットキー障壁金属層上に前記広バンドギャップ半導体層から離れて存在する電流拡散層と、
前記電流拡散層と前記ショットキー障壁金属層の間の第１の拡散障壁層と、
前記第１の拡散障壁層と前記ショットキー障壁金属層の間の第２の拡散障壁層と、
を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記広バンドギャップ半導体層が窒化ガリウムを含み、前記ショットキー障壁金属層がニッケルを含み、前記電流拡散層が金を含み、前記第１の拡散障壁層が白金を含み、前記第２の拡散障壁層がタンタルを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の拡散障壁層が、約３００℃を超える前記ショットキー接合部の温度における前記電流拡散層と前記第２の拡散障壁層の混合を抑制するように構成され、前記第２の拡散障壁層が、約３００℃を超える前記ショットキー接合部の温度における前記第１の拡散層と前記ショットキー障壁金属層の混合を抑制するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ショットキー障壁金属層が、前記広バンドギャップ半導体層の直接上に存在し、前記第２の拡散障壁層が、前記ショットキー障壁金属層の直接上に存在し、前記第１の拡散障壁層が、前記第２の拡散障壁層の直接上に存在し、前記電流拡散層が、前記第１の拡散障壁層の直接上に存在する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ショットキー障壁金属層と前記電流拡散層の間に、前記第１の拡散障壁層と前記第２の拡散障壁層が交互になった層を複数さらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の拡散障壁層と前記拡散障壁層の間に接着層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記広バンドギャップ半導体層が、窒化ガリウム及び／又は炭化ケイ素を含み、前記ショットキー障壁金属層が、ニッケル、白金及び／又はイリジウムを含み、前記電流拡散層が、金及び／又は銅を含み、前記第１の拡散障壁層が、白金、モリブデン、タングステン及び／又はクロムを含み、前記第２の拡散障壁層が、タンタル及び／又はタングステンを含んで前記第１の拡散障壁層とは異なる、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
それぞれが前記ショットキー障壁金属層の対向する端部に隣接してＨＥＭＴ又はＭＥＳＦＥＴを実現するように構成されたソース領域及びドレイン領域をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の拡散障壁層と前記第２の拡散障壁層の間の第３の拡散障壁層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第３の拡散障壁層がチタンを含む、
ことを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2013522906.tif 000011