(57)【要約】  半導体構造であって：III-V基板構造；構造の第一の領域に配置されたエンハンスメント型トランジスタデバイス；構造の横に転置された第二の領域に配置されたデプリーション型トランジスタデバイス；および、それの横に転置された第三の領域に形成されたRF/マイクロ波/ミリ波トランジスタデバイス；を有する前記半導体構造。
2008530781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造であって：
III-V基板構造；
構造の第一の領域に配置されたエンハンスメント型トランジスタデバイス；
構造の横に転置された第二の領域に配置されたデプリーション型トランジスタデバイス；および
それの横に転置された第三の領域に形成されたRF/マイクロ波/ミリ波トランジスタデバイス；
を有する前記半導体構造。
【請求項２】
デプリーション型トランジスタデバイスとエンハンスメント型トランジスタデバイスについて共通のチャネル層を含む、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項３】
III-V基板構造；
基板構造の上に配置されたInGaAs層；
InGaAs層の上に配置されたAlGaAs層；
AlGaAs層の上に配置されたInGaP層；
InGaP層の上に配置されたAlGaAsショットキー層；および
AlGaAsショットキー層とショットキー接触をしているゲート電極；
を含む半導体構造であって、このとき
エンハンスメント型トランジスタデバイスはInGaP層とショットキー接触をしているゲート電極を有し；
デプリーション型トランジスタデバイスはAlGaAsショットキー層とショットキー接触をしているゲート電極を有し；そして
RF/マイクロ波/ミリ波トランジスタデバイスはAlGaAsショットキー層とショットキー接触をしているゲート電極を有する；
前記半導体構造。
【請求項４】
半導体構造であって：
構造の第一の領域に配置されたエンハンスメント型トランジスタデバイスと、構造の横に転置された第二の領域に配置されたデプリーション型トランジスタデバイス、および、それの横に転置された第三の領域に形成されたRF/マイクロ波/ミリ波トランジスタデバイスを伴うIII-V基板構造を有し；
デプリーション型トランジスタデバイスとエンハンスメント型トランジスタデバイスのためのチャネル層が基板構造の中に設けられていて；
このとき基板構造は：
チャネル層の上に配置されたエンハンスメント型トランジスタデバイスのInGaPエッチストップ/ショットキー接触層；
InGaP層の上に配置された第一の層；
第一の層の上に配置されたデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層；および
デプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層の上に配置された第二の層；を含み、
そして、このとき：
デプリーション型トランジスタデバイスは、第二の層とデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層とを貫通するゲートリセスを有し；
エンハンスメント型トランジスタデバイスは、第二の層とデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層と第一の層とを貫通していてInGaP層で終端しているゲートリセスを有する；
前記半導体構造。
【請求項５】
第一の層の材料はInGaPとは異なる、請求項４に記載の半導体構造。
【請求項６】
RF/マイクロ波/ミリ波トランジスタは第二の層とデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層とを貫通していて第一の層の上で終端しているゲートリセスを有する、請求項５に記載の半導体構造。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、エンハンスメント型/デプリーション型電界効果トランジスタ（FET）とRF/マイクロ波/ミリ波FETを有するモノリシック集積回路に関する。
【０００２】
背景
当分野で知られているように、GaAs PHEMTは、RF/マイクロ波/ミリ波の周波数に適用したときに、GaAs MESFETと比べて優れた低雑音と電力性能を示してきた。この利点は、GaAs、AlGaAsおよびInGaAs材料のバンドギャップ設計工学によって達成されてきた。典型的に、デプリーション型PHEMTトランジスタ（これは負のゲート-ソース動作電圧を有する）は、RF/マイクロ波/ミリ波の周波数における信号を増幅するために用いられる。幾つかの適用において、高性能のデプリーション型rfトランジスタを組み込んだモノリシック回路（一体形成回路）上ではデジタル機能を統合するのが望ましい。このために、デプリーション（D）型トランジスタと共にエンハンスメント（E）型トランジスタが用いられ、それにより混在型の用途に対して最少の電力消費と高機能性を有する最小の回路が得られる。エンハンスメント型トランジスタは正のゲート-ソースしきい値電圧を有する。デプリーション型PHEMTデバイスのrf性能を妨げることなく、混在型の信号用途に対してデジタル論理回路とRF回路のモノリシック集積のためにエンハンスメント（E）型PHEMTを実行するために、別の材料層構造を導入することは困難である。
【０００３】
概要
本発明によれば、半導体構造が提供され、この構造は、III-V基板構造；構造の第一の領域に配置されたエンハンスメント型トランジスタデバイス；構造の横に転置された第二の領域に配置されたデプリーション型トランジスタデバイス；および、それの横に転置された第三の領域に形成されたRF/マイクロ波/ミリ波トランジスタデバイスを有する。
【０００４】
一つの態様において、半導体構造はデプリーション型トランジスタデバイスとエンハンスメント型トランジスタデバイスについて共通のチャネル層を含む。
一つの態様において、半導体構造は、III-V基板構造；基板構造の上に配置されたInGaAs層；InGaAs層の上に配置されたAlGaAs層；AlGaAs層の上に配置されたInGaP層；InGaP層の上に配置されたAlGaAsショットキー層；およびAlGaAsショットキー層とショットキー接触をしているゲート電極を含む。エンハンスメント型トランジスタデバイスはInGaP層とショットキー接触をしているゲート電極を有する。デプリーション型トランジスタデバイスはAlGaAsショットキー層とショットキー接触をしているゲート電極を有する。RF/マイクロ波/ミリ波トランジスタデバイスはAlGaAsショットキー層とショットキー接触をしているゲート電極を有する。
【０００５】
一つの態様において、半導体構造が提供され、この構造は、構造の第一の領域に配置されたエンハンスメント型トランジスタデバイスと、構造の横に転置された第二の領域に配置されたデプリーション型トランジスタデバイス、および、それの横に転置された第三の領域に形成されたRF/マイクロ波/ミリ波トランジスタデバイスを伴うIII-V基板構造を有する。この構造は、デプリーション型トランジスタデバイスとエンハンスメント型トランジスタデバイスのためのチャネル層を有する。この構造は、チャネル層の上に配置されたエンハンスメント型トランジスタデバイスのInGaPエッチストップ/ショットキー接触層；InGaP層の上に配置された第一の層；第一の層の上に配置されたデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層；およびデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層の上に配置された第二の層を含む。デプリーション型トランジスタデバイスは、第二の層とデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層とを貫通するゲートリセスを有する。エンハンスメント型トランジスタデバイスは、第二の層とデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層と第一の層とを貫通していてInGaP層で終端しているゲートリセスを有する。第一の層の材料はInGaPとは異なる。RF/マイクロ波/ミリ波トランジスタは第二の層とデプリーション型トランジスタデバイスのエッ
チストップ層とを貫通していて第一の層の上で終端しているゲートリセスを有する。
【０００６】
上で参照した特許出願10/854,705号（2004年５月26日提出）に記載されているように、RF/マイクロ波/ミリ波への適用のためのPHEMTはAlGaAsの上に形成されたデプリーション型ゲートを有し、この改良は、同じ種類のRF/マイクロ波/ミリ波の性能を有するAlGaAsの上に形成された同じデプリーションゲートを有する。そのほかに、エンハンスメント型PHEMTのためにエピタキシャル層を導入することは、RF/マイクロ波/ミリ波の性能に逆効果を及ぼさず、それはAlGaAs層の間にInGaPエッチストップ/ショットキー接触層が埋め込まれているためであることが、発明者らによって見出された。実際に、InGaPエッチストップ/ショットキー接触層を導入することは、RF/マイクロ波/ミリ波の性能に好ましい効果を与え、それはInGaPエッチストップ/ショットキー接触層を有するデプリーション型PHEMTの耐圧（breakdown voltage）はAlGaAs層を有する典型的なPHEMTの耐圧よりも高いためであることが、発明者らによって見出された。この高い耐圧は、RF/マイクロ波/ミリ波デバイスのための動作電流と動作電圧の有益な組み合わせを得るために「交換（trade off）」されうる。
【０００７】
本発明の１以上の態様の詳細は添付図面と以下の説明で示される。本発明のその他の特徴、目的および利益は、この説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【０００８】
詳細な説明
図１を参照すると、半絶縁性III-Vからなる基板12を有する半導体構造10が示されていて、ここでは、上に複数の層が配置されたガリウムひ素（GaAs）またはその他の適当な半導体材料が示されている。後に説明するように、構造10の第一の領域８にデプリーション型トランジスタデバイスが配置され、そして構造10の横に転置された第二の領域11にエンハンスメント型トランジスタデバイスが配置される。さらに、構造10の横に転置された第三の領域９にRF/マイクロ波/ミリ波トランジスタデバイスが形成される。
【０００９】
特に、基板12の上にガリウムひ素とアルミニウムガリウムひ素（AlGaAs）の交互の層の対（図示せず）からなる超格子バッファ層14が配置され、これらの層の各々のものは、当分野で知られている超格子を与えるために５０〜１００オングストロームの典型的な厚さを有する。
【００１０】
超格子層14の上にはInxGa1-xAsチャネル層20が配置され、ここでｘは典型的に０.１〜０.４の間である。
チャネル層20の上にはワイドバンドギャップ材料のアルミニウムガリウムひ素スペーサー層22が配置され、これは３０オングストロームから５０オングストロームの典型的な厚さを有する下方のドーピングされていないスペーサー領域（図示せず）を有し、そしてチャネル層20のための電荷ドナー領域を与える。
【００１１】
層22の上にはエンハンスメントデバイスのエッチストップ層が配置され、ここではこれはN型伝導性のインジウムガリウムリン（InGaP）層24である。以下でもっと詳しく説明するように、層24はZnSeであってもよい。そのような態様において、ZnSe層はAlGaAs層22の上にMBE法またはMOCVD法を用いて成長される。
【００１２】
層24は、エッチストップ層を与えることに加えて、エンハンスメント型PHEMTデバイスのためのショットキー接触層を与えるために提供される。ここでは、InGaP層の組成はIn0.48Ga0.52Pである。このような材料は１.８eVのバンドギャップ電圧を有する。このデバイスの耐圧は、このような層24における材料のバンドギャップエネルギーを増大させることによって増大するであろう、ということに留意すべきである。このバンドギャップエネルギーはGaのモル分率を０.５２よりも大きい数、すなわち、例えば２.０eVよりも大きなバンドギャップ電圧を与える０.７に増大させることによって増大するであろう。また、層24は２.６eVのバンドギャップ電圧を与えるZnSeのような他の材料からなっていてもよい。従って、形成されるRF/マイクロ波/ミリ波トランジスタは大きな耐圧を有し、これにより、それは高い増幅電力を伴って動作することが可能であろう。
【００１３】
InGaP層またはZnSe層24の上には、N型伝導型のAlGaAsデプリーション型トランジスタデバイスのショットキー接触層26が配置される。このAlGaAs層26はInGaP層またはZnSe層24
の上に配置される。AlGaAs層26はInGaP層またはZnSe層24とともに複合のショットキー接触層を形成する、ということに留意すべきである。
【００１４】
AlGaAs層26の上には、N型伝導性のAlAsデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層28が配置される。AlAsデプリーション型トランジスタデバイスのエッチストップ層28の上には、第一のN型伝導性のGaAs層30が配置される。第一のGaAs層30の上には、N型伝導性AlAsの第一リセスエッチストップ層32が配置される。AlAsの第一リセスエッチストップ層32の上には、第二のN型伝導性のGaAs層34が配置される。
【００１５】
ここで図２〜図５を参照して、エンハンスメント型デバイス、デプリーション型デバイス、およびRF/マイクロ波/ミリ波デバイスを形成するために用いられる方法が説明される。
【００１６】
第一のマスク40（図２）に窓42、43が設けられ、これらは第一の領域８と第三の領域９の一部の上に配置され、また第二の領域11の一部の上に窓44が配置される。エッチ液（ここではクエン酸）が窓42、43、44によって露出された構造上の一部と接触するようにされ、それによって構造10の第一の領域８における第一のリセス45と第二の部分11における第一のリセス47と第三のリセス49が形成され、これらのリセスはN型伝導性のGaAs層34とAlAsの第一リセスエッチストップ層32を貫通し、そしてN型伝導性のGaAs層30で終端する。
【００１７】
第一のマスク40は除去される。
エッチングされた構造10の上に第二のマスク50（図３）が設けられ、この第二のマスク50は、構造10の第一の領域８と第三の領域９のそれぞれにおいてエッチングされた第一のリセス45（図２）と第一のリセス49（図２）のそれぞれの上に配置された窓52、53を有し、この第二のマスク50は、構造10の第二の領域11に形成された第一のリセス47（図２）をマスクする。
【００１８】
エッチ液（ここではクエン酸）が構造10の第一の領域８と第三の領域９のそれぞれにおいてエッチングされた第一のリセス45と第一のリセス49のそれぞれの一部と接触するようにされ、それによってその第一のリセス45と第一のリセス49は第一のGaAs層の中に延びて、次にはAlAs層の中に延びて、そしてAlGaAs層30の上で終端する。従って、領域８と領域９におけるリセスは、層28および30における下方の狭い部分（すなわち図３のリセス45’、49’ ）と上方の広い部分（すなわち層32および34におけるリセス45、49のそれぞれ（図２））を含む。ここで、第三の領域９におけるリセスの底部は０.５ミクロン以下のゲート長さを与える。というのは、領域９に形成されるべきトランジスタデバイスはRF/マイクロ波/ミリ波の範囲またはミリメートル波長の範囲で動作するからである。
【００１９】
第二のマスク50は除去される。
エッチングされた構造の上に第三のマスク60（図４）が設けられ、この第三のマスク60は、構造10の第二の領域11においてエッチングされた第一のリセス47の上に配置された窓62を有し、この第三のマスク60は、構造10の第一の領域８に形成されたリセス45’、49（図２と図３）をマスクする。
【００２０】
エッチ液（ここではクエン酸）が構造10の第二の領域11においてエッチングされた第一のリセス47の一部と接触するようにされ、それによってその第一のリセス47は第一のN型伝導性のGaAs層30に形成された第二の狭いリセス53の中に延びて、次にはAlAs層28の中に延びて、次にはN型伝導性のAlGaAs層とN型伝導型のInGaPエンハンスメント型デバイスのエッチストップ層およびショットキー接触層24の中に延びる。
【００２１】
マスク60は除去されて、図５に示す構造が得られる。
図６を参照すると、第一の領域８に形成された第二のリセス45’ が終端しているAlGaAs層26とショットキー接触をするようにゲート電極70が形成され、そして第二の領域11に形成された第二のリセスが終端しているInGaP層24とショットキー接触をするようにゲート電極72が形成され、そして第三の領域９に形成された第二のリセス47’ が終端しているAlGaAs層26とショットキー接触をするようにゲート電極75が形成される。
【００２２】
トランジスタデバイスのためのソース電極とドレイン電極76、78、79および80が領域８、９および11に形成される。
領域８に形成されるデプリーション型電界効果トランジスタ（FET）デバイス40は、第
二のGaAs層34とAlAsの第一リセスエッチストップ層32を貫通する広い部分を有していて、そして狭い部分で終端しているゲートリセスを有することに留意されたい。狭い部分は第一のGaAs層30とAlAsのデプリーション型トランジスタデバイスエッチストップ層28を貫通し、そしてAlGaAs層26で終端する。
【００２３】
領域11におけるエンハンスメント型電界効果トランジスタ（FET）デバイス41は、第二のGaAs層34とAlAsの第一リセスエッチストップ層32を貫通する広い部分を有していて、そして狭い部分で終端しているゲートリセスを有する。狭い部分は第一のGaAs層30とAlAsのデプリーション型トランジスタデバイスエッチストップ層28とAlGaAs層26を貫通し、そしてInGaP層24で終端する。
【００２４】
デプリーション型トランジスタデバイス40はAlGaAs層26とショットキー接触をしているゲート電極70を含み、そしてエンハンスメント型デバイス41はInGaP層24とショットキー接触をしているゲート電極72を含む。トランジスタデバイス40、41のためのソース電極とドレイン電極76、78および80は、第二のGaAs層34とオーミックコンタクトをしている。
【００２５】
領域11に形成されるRF/マイクロ波/ミリ波電界効果トランジスタ（FET）デバイス44は、第二のGaAs層34とAlAsの第一リセスエッチストップ層32を貫通する広い部分を有していて、そして狭い部分で終端しているゲートリセスを有することに留意されたい。狭い部分は第一のGaAs層30とAlAsのデプリーション型トランジスタデバイスエッチストップ層28を貫通し、そしてAlGaAs層26で終端する。
【００２６】
InGaPまたはZnSeの層24を導入することは、PHEMTのRF/マイクロ波/ミリ波の性能に好ましい効果を与え、それはAlGaAsと比べてInGaPまたはZnSeのバンドギャップエネルギーが高いことと関連した高い耐圧のためであることが、発明者らによって見出された。２３パーセントのアルミニウムのモル分率を有するAlGaAsのバンドギャップエネルギーは１.６eVである。しかし、InGaPまたはZnSeの層24について、４８パーセントのインジウムを含むInGaPは１.８eVのバンドギャップエネルギーを有する。InGaPのバンドギャップエネルギーは、インジウムのモル分率が低下することによって、そして同時にガリウムのモル分率が増大することによって、増大しつづける。従って、AlGaAs層26とInGaPまたはZnSeの層24の複合層として形成されるショットキー接触は、AlGaAs層26が安定したショットキー層として用いられ、一方において、層24のために用いられるInGaPまたはZnSeからなる高いバンドギャップ材料は高い電界を維持するのに適している、という利益をもたらす。このより高い耐圧ということは、より良好なRF/マイクロ波/ミリ波の性能を意味する。
【００２７】
本発明の多くの態様が説明された。それでも、本発明の精神と範囲から逸脱することなく様々な修正がなされうることが理解されよう。従って、その他の態様は特許請求の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は本発明に従ってエンハンスメント型電界効果トランジスタ、デプリーション型電界効果トランジスタおよびRF/マイクロ波/ミリ波電界効果トランジスタを製作する際の様々な段階における半導体構造の断面の略図である。
【図２】図２は本発明に従ってエンハンスメント型電界効果トランジスタ、デプリーション型電界効果トランジスタおよびRF/マイクロ波/ミリ波電界効果トランジスタを製作する際の様々な段階における半導体構造の断面の略図である。
【図３】図３は本発明に従ってエンハンスメント型電界効果トランジスタ、デプリーション型電界効果トランジスタおよびRF/マイクロ波/ミリ波電界効果トランジスタを製作する際の様々な段階における半導体構造の断面の略図である。
【図４】図４は本発明に従ってエンハンスメント型電界効果トランジスタ、デプリーション型電界効果トランジスタおよびRF/マイクロ波/ミリ波電界効果トランジスタを製作する際の様々な段階における半導体構造の断面の略図である。
【図５】図５は本発明に従ってエンハンスメント型電界効果トランジスタ、デプリーション型電界効果トランジスタおよびRF/マイクロ波/ミリ波電界効果トランジスタを製作する際の様々な段階における半導体構造の断面の略図である。
【図６】図６は本発明に従ってエンハンスメント型電界効果トランジスタ、デプリーション型電界効果トランジスタおよびRF/マイクロ波/ミリ波電界効果トランジスタを製作する際の様々な段階における半導体構造の断面の略図である。図６はまた、エンハンスメント型電界効果トランジスタ、デプリーション型電界効果トランジスタおよびRF/マイクロ波/ミリ波電界効果トランジスタを示している。
【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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【国際調査報告】
2008530781.tif 000009
2008530781.tif 000010