(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体物質を有する基板（１０）と、
上記第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記基板（１０）の上に配置された第１層（１１）と、
半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第１層（１１）の上に配置されたる第２層（１２）と、
上記第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第１層（１１）の下に配置された第３層（１３）と、
上記第１導電型に対して相補的な第２導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第３層（１３）の下に配置された第４層（２０）と、
第１電極（１４）と、
第２電極（１５）と、
ゲート電極（１６）とを有し、
上記第１電極は、上記第２層（１２）から上記第３層（１３）まで垂直方向に延び、
上記第２電極（１５）は、上記第２層（１２）から部分的に上記基板（１０）の中まで垂直方向に延び、
第１絶縁層（２１）が、上記第２電極（１５）と上記第３層（１３）との間、および、上記第２電極（１５）と上記第４層（２０）との間に配置されている、横型ＨＥＭＴ。
【請求項２】
上記第１層（１１）は、ＧａＮを有する、請求項１に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項３】
上記第２層（１２）は、ＡｌＧａＮを有する、請求項１または２に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項４】
上記第３層（１３）は、Ｓｉを有する、請求項１ないし３の何れか１項に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項５】
上記第４層（２０）は、Ｓｉを有する、請求項１ないし４の何れか１項に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項６】
上記基板（１０）は、Ｓｉを有する、請求項１ないし５の何れか１項に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項７】
上記基板（１０）は、ＳｉＣを有する、請求項１ないし５の何れか１項に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項８】
上記第２層（１２）は、ドープされていない、請求項１ないし７の何れか１項に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項９】
上記横型ＨＥＭＴは、バッファ層（１７）を有し、上記バッファ層（１７）は、上記基板（１０）と上記第１層（１１）との間に配置されている、請求項１ないし８の何れか１項に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項１０】
上記バッファ層（１７）は、ＡｌＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを有する、請求項９に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項１１】
上記ＨＥＭＴは、パッシベーション層（１８）を有し、上記パッシベーション層（１８）は、少なくとも部分的に上記第２層（１２）の上に配置されている、請求項１ないし１０の何れか１項に記載の横型ＨＥＭＴ。
【請求項１２】
上記横型ＨＥＭＴは、さらなる絶縁層（１９）を有し、上記さらなる絶縁層（１９）は、少なくとも部分的に上記パッシベーション層（１８）の上に配置されている、請求項１１に記載の横型ＨＥＭＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横型ＨＥＭＴと、横型ＨＥＭＴの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパワー半導体コンポーネントの大半は、シリコンに基づいて製造されてきた。これにより、半導体コンポーネント類における、達成可能な出力密度および稼動温度は、限界がある。また、高周波数域においての適用も、上記半導体コンポーネント類の限界に達しつつある。上記限界の主な理由は、シリコンにおける限られたブレークダウン（絶縁破壊）電界強度であるが、上記ブレークダウン電界強度は、結局、空乏層の厚さと、空乏層の最大ドーピングにより左右されるからである。
【０００３】
パワー半導体コンポーネント類に対する、製造コストのより一層の低減と共に、より一層の性能向上の要求は、今までの間に、出力密度がシリコンの物理的限界に達する程度にコンポーネント類を小型化することを必要とした。
【０００４】
代替物質システムとしては、シリコンに比べて、より大きなバンドギャップ、より高いブレークダウン電界強度を有し、また、しばしばより良好な熱伝導性を有する化合物半導体が用いられることが多い。
【０００５】
パワー半導体コンポーネントの分野における上記目的のために最もよく知られている物質は、ＳｉＣである。ＳｉＣは、チャンネル移動度に加えてウェハサイズおよび材質に関する周知の制約にも関わらず、特に、高ブロッキング能（高耐電圧能）コンポーネントにおけるダイオードおよびバイポーラトランジスタに用いられている。現在まで、電界制御型のコンポーネント類は、ＪＦＥＴ類の形態でしか存在していなかった。
【０００６】
しかしながら、ＪＦＥＴ類は、それらがディプレーションタイプコンポーネント類であるという不利な点を有している。特に、ハイパワーアプリケーション領域では、反対に、エンハンスメントタイプコンポーネント類が実際には好まれている。
【０００７】
エンハンスメントタイプコンポーネント類は、使用中において、欠陥状態をかなり容易に処理することができるからである。大きなバンドギャップ、特にＩＩＩ−Ｖ族の窒化物を有する半導体は、それらの特性のため、光学的およびさらなる電気的半導体コンポーネントに著しく適しているさらなる物質システムである。光電子工学に加えて、上記物質システムは、また、無線周波数技術においてますます用いられつつある。
【０００８】
上記物質システムの使用は、また、パワーエレクトロニクス分野にとって有利である。上記物質システムは、シリコンと比較して、同様なブロッキング能を有し、より高いドーピングおよびより短いドリフトゾーンを同時に実現できるコンポーネント類を可能にするからである。
【０００９】
しかしながら、これらの物質システムからなるコンポーネント類の処理は、シリコン技術と比べて制約がある。それは、シリコン技術において用いられる特定の方法を用いることができず、または、ＩＩＩ−Ｖ族の半導体システムについて限られた範囲でしか用いることができないからである。
【００１０】
ＩＩＩ-Ｖ化合物半導体に基づくパワー半導体コンポーネントは、現在まで、横型コンポーネントの形態で製造されてきている。これらは、いわゆるＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）である。これらについて、１つの重要な側面は、自己ブロッキングコンポーネントの提供である。この場合、ＨＥＭＴは規模の異なるバンドギャップを有する、異なったドープが施される半導体物質からなる複数の層を有する。個々の層におけるバンドギャップが異なる程度を有するので、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）がそれらの境界面において形成され、導電性チャンネルとして作用する。この場合、電子移動度と、２次元電子ガスにおける２Ｄ電子荷電粒子密度とは、非常に高い。
【００１１】
特許文献１は、２次元電子ガスが２つの物質の間の境界層において形成される、物質システムＡｌＧａＮ／ＧａＮに基づくＨＦＥＴ（ヘテロ構造電界効果トランジスタ）を開示している。この場合、ＡｌＧａＮからなる層は、ＧａＮからなる層の上に配置されている。さらに、一実施形態では、ＧａＮからなるｐ−導電型の層は、ＧａＮからなる層とシリコン基板との間に配置されている。これによって、アバランシュブレークダウンが発生するときに生成される正孔が、ｐ−導電型のＧａＮ層を介して基板中に放出される結果として、ピンダイオードが基板とドレイン電極との間で形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第７，２５０，６４１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４８９，６２８号明細書
【特許文献３】米国特許第６，９４０，０９０号明細書
【特許文献４】米国特許第７，４１７，２６７号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１００，５４９号明細書
【特許文献６】米国特許公開公報第２００７／０００７５４７号
【特許文献７】米国特許公開公報第２００７／００２６５８７号
【特許文献８】米国特許公開公報第２００７／００６６０２０号
【特許文献９】米国特許公開公報第２００８／００５４３０３号
【特許文献１０】米国特許公開公報第２００６／００７１２５０号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】http://www.aldinc.com/ald_epadmosfet.htm (Advance Linear Devices Inc., "ALD1108E/ALD1110E - Quad/Dual EPAD Precision Matched Pair N-Channnel MOSFET Array", Product Datasheet)
【非特許文献２】IEEE Electron Device Letters, Vol. 22, No. 8, August 2001, p. 373-375, Karmalker, S. et al.; "Resurf Al-GaN HEMT for High Voltage Power Switching"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、高いアバランシュブレークダウン強度を有する横型ＨＥＭＴを製造する方法とともに、横型ＨＥＭＴを提供することである。
【００１５】
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。有利な発展形は、従属項において特定される。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によると、横型ＨＥＭＴは基板と第１層とを有し、上記第１層は、第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に基板の上に配置されている。さらに、ＨＥＭＴは、第２層を有し、上記第２層は半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第１層の上に配置されている。さらに、ＨＥＭＴは、第３層を有し、上記第３層は、上記第１導電型に対して相補的な第２導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第１層の中に配置されている。
【００１７】
このため、ｐｎダイオードが、本発明に係る横型ＨＥＭＴにおいて、上記第１層および上記第３層の間に形成される。最も高い電界強度が上記第３層の下に位置する。この結果、電界強度と、それに伴ってＨＥＭＴ内の電圧が限定される。ｐｎダイオードは、横型ＨＥＭＴよりも低いブレークダウン電圧を有する。
【００１８】
この結果、アバランシュブレークダウンが発生した場合、上記第３層の下でブレークダウンが起こり、このために発生する熱荷電粒子は、２次元電子ガスの周辺に入ってこない。このため、ＨＥＭＴは、アバランシュブレークダウンが発生するときに保護され、半導体コンポーネントの劣化が防止される。
【００１９】
本発明に係るＨＥＭＴの一実施形態では、上記第３層は、上記第１層の中に完全に配置されている。
【００２０】
代替実施形態では、上記第３層は、また、上記第２層の中に部分的に配置されている。
【００２１】
さらに、横型ＨＥＭＴは、第１電極、第２電極、およびゲート電極を有してもよい。この場合、上記第１電極は、上記第２層から上記第３層まで垂直方向に延びてもよく、上記第２電極は、上記第２層から部分的に上記基板の中まで垂直方向に延びてもよい。これによって、上記第３層および上記第１電極の間において有利に接触が実現される。
【００２２】
一実施形態では、上記第１層は、ＧａＮを有している。さらに、上記第２層は、ＡｌＧａＮを有してもよく、上記第３層は、ＧａＮを有してもよい。上記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＡｌ２Ｏ３（サファイア）を有してもよい。
【００２３】
一実施形態では、上記第２層は、ドープされない。
【００２４】
さらに、上記横型ＨＥＭＴは、バッファ層を有してもよく、上記バッファ層は、上記基板と上記第１層との間に配置されている。１つの好ましい改良において、上記バッファ層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを有する。ＡｌＮは、電気的に絶縁性であるが、一方、ＧａＮは、電気的に導電性であり、ＡｌＧａＮは、Ａｌの含有量が低いと、すなわち、１０％よりも低いと、電気的導電性が小さくなる。このために、適切なバッファ層が、上記横型ＨＥＭＴに対する要件に基づいて設けられる。
【００２５】
さらなる実施形態では、横型ＨＥＭＴは、パッシベーション層を有し、上記パッシベーション層は、少なくとも部分的に上記第２層の上に配置されている。例として、上記パッシベーション層は、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯ２、またはＡｌ２Ｏ３を有してもよい。
【００２６】
さらに、横型ＨＥＭＴは，絶縁層を有してもよく、上記絶縁層は，少なくとも部分的に上記パッシベーション層の上に配置されている。
【００２７】
本発明に係るさらなる実施形態では、横型ＨＥＭＴは、基板および第１層を有し、上記第１層は、第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記基板の上に配置されている。さらに、上記横型ＨＥＭＴは、第２層を有し、上記第２層は、半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第１層の上に配置されている。さらに、上記横型ＨＥＭＴは、第３層を有し、上記第３層は、半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記基板の中に配置されている。
【００２８】
同様に、本発明に係る横型ＨＥＭＴについての本実施形態は、先に詳細な説明を行ったように、ｐｎダイオードの形成の結果、電圧制限および高いアバランシュブレークダウン強度という長所を有する。この点については繰り返しを避けるために再度の説明は行わない。上記の各実施形態と異なり、上記横型ＨＥＭＴにおける電圧制限は、この場合、上記基板と上記第３層との間に形成されるｐｎダイオードによって、上記基板の中にて実行される。
【００２９】
１つの改良において、上記第３層の半導体物質は、上記第１導電型に対して相補的な第２導電型を有し、上記基板は、上記第１導電型の半導体物質を有している。
【００３０】
１つの代替の改良において、上記第３層の半導体物質は、上記第１導電型を有し、上記基板は、上記第１導電型に対して相補的な第２導電型の半導体物質を有する。
【００３１】
さらに、上記横型ＨＥＭＴは、第１電極、第２電極、およびゲート電極を有してもよい。この場合、上記第１電極は、上記第２層から上記第３層まで垂直方向に延びてもよく、上記第２電極は、上記第２層から部分的に上記基板の中まで垂直方向に延びてもよい。これによって、上記第３層と上記第１電極との間に接触が実現される。
【００３２】
一実施形態では、上記第１層は、ＧａＮを有する。さらに、上記第２層は、ＡｌＧａＮおよび上記第３層Ｓｉを有してもよい。上記基板は、ＳｉまたはＳｉＣを有してもよい。
【００３３】
一実施形態では、上記第２層はドープされない。
【００３４】
さらに、上記横型ＨＥＭＴは、バッファ層を有してもよく、上記バッファ層は、上記基板と上記第１層との間に配置されている。１つの好ましい改良において、上記バッファは、ＡｌＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを有する。
【００３５】
ＡｌＮは、電気的に絶縁性であり、一方、ＧａＮは、電気的に導電性であり、ＡｌＧａＮは、Ａｌの含有量が低いと、すなわち、１０％よりも低いと、電気的導電性が小さくなる。このため、上記横型ＨＥＭＴに対する要件に基づいて、適切なバッファ層を設けることができる。
【００３６】
さらなる実施形態では、上記横型ＨＥＭＴは、パッシベーション層を有し、上記パッシベーション層は、少なくとも部分的に上記第２層の上に配置されている。例として、上記パッシベーション層は、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯ２、またはＡｌ２Ｏ３を有してもよい。
【００３７】
さらに、上記横型ＨＥＭＴは、絶縁層を有してもよく、上記絶縁層は、少なくとも部分的に上記パッシベーション層の上に配置されている。
【００３８】
さらなる実施形態では、本発明に係る横型ＨＥＭＴは、基板を有し、上記基板は、第１導電型の半導体物質を有する。さらに、上記横型ＨＥＭＴは、第１層および第２層を有し、上記第１層は、上記第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記基板の上に配置され、上記第２層は、半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第１層の上に配置されている。
【００３９】
さらに、上記横型ＨＥＭＴは、第３層および第４層を有し、上記第３層は、上記第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第１層の下に配置され、上記第４層は、上記第１導電型に対して相補的な第２導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第３層の下に配置されている。
【００４０】
さらに、上記横型ＨＥＭＴは、第１電極、第２電極、およびゲート電極を有し、上記第２電極は、上記第２層から上記第３層まで垂直方向に延び、上記第２電極は、上記第２層から部分的に上記基板の中へ垂直方向に延びている。
【００４１】
さらに、第１絶縁層は、上記第２電極と上記第３層との間、また、上記第２電極と上記第４層との間に配置されている。
【００４２】
本実施形態は、電圧制限のためのダイオードを用いることよりも、むしろ電界効果コランジスタを用いるという点で前述の各実施形態とは異なる。上記第２電極における電圧がこの電界効果トランジスタの閾値電圧を越えて上昇すると、上記第１絶縁層に近い部位の上記第４層内に導電性チャンネルが誘導され、形成される。
【００４３】
この場合の閾値電圧は、上記第１絶縁層の厚さ、上記第１絶縁層の材料、および上記第４層のドーピングに依存する。上記横型ＨＥＭＴにおいて発生する電圧を制限し得る電流が流れる。次に、これによって半導体コンポーネントは高いアバランシュブレークダウン強度を有することができる。
【００４４】
一実施形態では、上記第１層は、ＧａＮを有する。さらに、上記第２層は、ＡｌＧａＮを有してもよく、上記第４層に加えて上記第３層は、Ｓｉを有してもよい。上記基板は、ＳｉまたはＳｉＣを有してもよい。
【００４５】
一実施形態では、上記第２層はドープされない。
【００４６】
さらに、上記横型ＨＥＭＴは、バッファ層を有してもよく、上記バッファ層は、上記基板と上記第１層との間に配置されている。１つの好ましい改良において、上記バッファ層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを有する。
【００４７】
ＡｌＮは、電気的に絶縁性であり、一方、ＧａＮは電気的に導電性であり、ＡｌＧａＮは、Ａｌの含有量が低いと、すなわち、１０％よりも低いと、電気的導電性が小さくなる。このため、上記横型ＨＥＭＴに対する要件に基づいて、適切なバッファ層を設けることができる。
【００４８】
さらなる実施形態では、上記横型ＨＥＭＴは、パッシベーション層を有し、上記パッシベーション層は、少なくとも部分的に上記第２層の上に配置されている。例として、上記パッシベーション層は、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯ２、またはＡｌ２Ｏ３を有してもよい。
【００４９】
さらに、上記横型ＨＥＭＴは、さらなる絶縁層を有してもよく、上記さらなる絶縁層は、少なくとも部分的に上記パッシベーション層の上に配置されている。
【００５０】
ダイオードおよび電界効果トランジスタに加えて、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、バリスタ、およびＥＳＤ保護構造もまた電圧制限素子として用いられてもよく、この場合、各電圧制限素子は、上記横型ＨＥＭＴに、それぞれダイオードおよび電界効果トランジスタと対応するように組み込まれる。
【００５１】
上記の各実施形態の全てにおける横型ＨＥＭＴは、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）、ＨＦＥＴ（ヘテロ構造電界効果トランジスタ）、およびＰＩ-ＨＥＭＴ（偏光誘起光電子移動度トランジスタ）の形態であってもよい。
【００５２】
横型ＨＥＭＴの製造のための本発明に係る方法は、以下の工程を有する。基板、第１層、第２層、およびパッシベーション層が設けられ、上記第１層は、第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記基板の上に配置され、上記第２層は半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記第１層の上に配置されている。さらに、上記パッシベーション層は、少なくとも部分的に上記第２層の上に配置されている。
【００５３】
さらなる工程では、上記第１層、上記第２層、および上記パッシベーション層は、部分的に除去される。さらに、第３層が上記第１層の上で成長させられ、上記第３層は、上記第１導電型に対して相補的な第２導電型の半導体物質を有する。第１電極、第２電極、および、ゲート電極が製造され、上記第１電極は、上記第２層から上記第３層まで垂直方向に延び、上記第２電極は、上記第２層から部分的に上記基板の中まで垂直方向に延びている。
【００５４】
上記第１層の部分的除去、上記第２層の部分的除去、および上記パッシベーション層の部分的除去は、構造化されたマスクを用いてエッチング処理を行うことによって行われ得る。
【００５５】
横型ＨＥＭＴの製造のための本発明に係るさらなる方法は、以下の工程を有する。基板と第１層が設けられ、上記第１層は第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記基板の上に配置されている。さらなる工程では、第３層が上記第１層の上に成長させられ、上記第３層は、上記第１導電型に対して相補的な第２導電型の半導体物質を有する。
【００５６】
上記第１層および上記第３層は、部分的に除去される。さらに、第４層および第２層が上記第１層の上に成長させられ、上記第４層は、上記第１導電型の半導体物質を有し、上記第２層は、半導体物質を有する。パッシベーション層は、少なくとも部分的に上記第４層上に設けられ、第１電極、第２電極、およびゲート電極が製造され、上記第１電極は、上記第２層から上記第３層まで垂直方向に延び、上記第２電極は、上記第２層から部分的に上記基板の中まで垂直方向に延びている。
【００５７】
上記第１層の部分的除去および上記第３層の部分的除去は、構造化されたマスクを用いてエッチング処理を行うことによって行われ得る。
【００５８】
横型ＨＥＭＴの製造のための本発明に係るさらなる方法は、以下の工程を有する。基板および第１層が設けられ、上記第１層は、第１導電型の半導体物質を有し、少なくとも部分的に上記基板の上に配置されている。
【００５９】
さらなる工程では、構造化されたマスクが上記第１層上に設けられる。第３層は、上記第１層の上に成長させられ、上記第３層は、上記第１導電型に対して相補的な第２導電型の半導体物質を有する。上記第１層および上記第３層は、部分的に除去される。上記第３層は、部分的に除去され、さらに、上記マスクが除去される。
【００６０】
さらなる工程では、第４層および第２層が上記第１層の上に成長させられ、上記第４層は、上記第１導電型の半導体物質を有し、上記第２層は、半導体物質を有する。パッシベーション層は、少なくとも部分的に上記第４層上に設けられ、第１電極、第２電極、およびゲート電極が製造され、上記第１電極は、上記第２層から上記第３層まで垂直方向に延び、上記第２電極は、上記第２層から部分的に上記基板の中まで延びている。
【００６１】
上記第３層の部分的除去は、ＣＭＰ処理（化学機械研磨）によって行われ得る。
【００６２】
本発明に係る方法における１つの有利な改良では、バッファ層が、基板と第１層との間に設けられている。
【００６３】
本発明に係る方法におけるさらに有利な実施形態では、絶縁層が、少なくとも部分的に上記パッシベーション層上に設けられている。
【００６４】
本発明に係る方法のさらに有利な実施形態では、上記第２層は、ドープされていない。
【００６５】
ここで、添付の図面を参照し、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す模式断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す模式断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す模式断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す模式断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す模式断面図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す模式断面図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す模式断面図である。
【図８】本発明の第８実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す模式断面図である。
【図９Ａ】横型ＨＥＭＴの製造のための発明に係る方法の第１実施形態の各工程を示す模式断面図である。
【図９Ｂ】上記第１実施形態の他の各工程を示す模式断面図である。
【図９Ｃ】上記第１実施形態のさらに他の各工程を示す模式断面図である。
【図９Ｄ】上記第１実施形態のさらに他の各工程を示す模式断面図である。
【図１０Ａ】横型ＨＥＭＴの製造のための発明に係る方法の第２実施形態の各工程を示す模式断面図である。
【図１０Ｂ】上記第２実施形態の他の各工程を示す模式断面図である。
【図１０Ｃ】上記第２実施形態のさらに他の各工程を示す模式断面図である。
【図１０Ｄ】上記第２実施形態のさらに他の各工程を示す模式断面図である。
【図１０Ｅ】上記第２実施形態のさらに他の各工程を示す模式断面図である。
【図１１Ａ】横型ＨＥＭＴの製造のための発明に係る方法の第３実施形態の各工程を示す模式断面図である。
【図１１Ｂ】上記第３実施形態の他の各工程を示す模式断面図である。
【図１１Ｃ】上記第３実施形態のさらに他の各工程を示す模式断面図である。
【図１１Ｄ】上記第３実施形態のさらに他の各工程を示す模式断面図である。
【図１１Ｅ】上記第３実施形態のさらに他の各工程を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す。横型ＨＥＭＴ１は、基板１０と、該基板１０の上に配置されたバッファ層１７とを有する。この場合、上記基板１０は、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＡｌ２Ｏ３を有し得る。上記バッファ層１７は、ＡｌＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを有し得る。
【００６８】
ＡｌＮは、電気的に絶縁性であるが、一方、ＧａＮは、電気的に導電性であり、ＡｌＧａＮは、Ａｌの含有量が低く、１０％よりも低い場合、電気的導電性が小さくなる。このため、上記横型ＨＥＭＴに対する要件に基づいて、適切なバッファ層を設けることができる。
【００６９】
第１層１１は、上記バッファ層１７の上に配置されている。上記第２層１２は、上記第１層１１の上に配置されている。図示する実施形態では、上記第１層１１は、ｎ−導電型のＧａＮを有し、上記第２層１２は、ＡｌＧａＮを有する。この場合、ＡｌＧａＮは、補償された状態、すなわち、自由な荷電粒子を有さないので、電気的に非導電性である。
【００７０】
２次元電子ガスは、上記第１層１１と上記第２層１２との間の境界面に形成される。図１において、２次元電子ガスは、破線２７で模式的に示されている。
【００７１】
さらにＨＥＭＴは、部分的に上記第１層１１の中に配置された第３層１３を有する。図示される実施形態では、上記第３層１３はｐ−導電型のＧａＮを有する。第１電極１４は、上記第１層１１の上、および上記第３層１３の上に配置され、上記第１層１１、上記第２層１２、および上記第３層１３と接触している。
【００７２】
第２電極１５は、上記第２層１２から部分的に上記基板１０の中まで垂直方向に延びている。さらに、パッシベーション層１８は、上記第２層１２の上に配置されている。ゲート電極１６は、上記パッシベーション層１８の上に配置され、部分的に絶縁層１９によって囲まれている。この場合、上記絶縁層１９は、ＩＬＤ（層間誘電体）であってもよい。
【００７３】
上記横型ＨＥＭＴ１は、ゲート電極１６によって制御することができる。図示する実施形態において、上記第１電極１４は、ソース電極であり、上記第２電極１５は、ドレイン電極である。
【００７４】
電気的に導電性の物質、例えば、金属、ケイ化物、または十分にドープされたポリシリコンからなる層２６は、上記絶縁層１９の上に配置され、上記第１電極１４と接触しており、図１において、上記第１電極１４と同様に作製される上記第２電極１５に対して接触を示さない。上記基板１０が電気的に導電性の物質を有するという状況では、この場合、上記第２電極１５との接触は、上記基板１０の裏面（図示せず）に配置され得る。
【００７５】
上記第１層１１と共に、上記第３層は、上記横型ＨＥＭＴ１のアバランシュブレークダウン強度を増加するｐｎダイオードを形成する。このために、ｐｎダイオードは、上記横型ＨＥＭＴ１のブレークダウン電圧よりも低いブレークダウン電圧を有する。このため、上記ブレークダウン電圧は、上記第３層１３の下で発生し、この結果、生成される熱荷電粒子が上記２次元電子ガスの周辺に入ってこない。
【００７６】
図２は、本発明の第２実施形態に係る横型ＨＥＭＴ２を示す。図１に示すものと同様の機能を有するコンポーネントは同じ参照番号で示され、それらについて以下ではより詳細な説明は行わない。
【００７７】
上記横型ＨＥＭＴ２は、上記第３層１３が完全に上記第１層１１内におさまるように配置されているという点で、図１に示す横型ＨＥＭＴ１とは異なる。さらに、上記ゲート電極１６は、上記第２層１２の上に直接的に配置され、残った各領域において上記パッシベーション層１８によって囲まれている。上記絶縁層１９、上記層２６、および上記第２電極１５に対して同様に実現される接触は、図２では示されない。
【００７８】
図３は、本発明の第３実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す。前の図面と同様の機能を有するコンポーネントは同じ参照番号で示し、以下では、それらに関するより詳細な説明は行わない。
【００７９】
上記横型ＨＥＭＴ３は、上記第３層１３が部分的に上記第２層１２の中に配置されているという点で、先に説明した２つの各ＨＥＭＴと異なる。上記ゲート電極１６は、上記横型ＨＥＭＴ２と同様に、上記第２層１２の上に直接的に配置され、残った領域において上記パッシベーション層１８によって囲まれる。図３は、上記第２電極１５に対して同様に実現される接触を示さない。
【００８０】
図４は、本発明の第４実施形態に係る横型ＨＥＭＴ４を示す。前の図面と同様の機能を有するコンポーネントは同じ参照番号で示され、以下ではそれらのより詳細な説明を行わない。
【００８１】
この場合、上記横型ＨＥＭＴ４は、図３に示す上記横型ＨＥＭＴ３に類似している。上記横型ＨＥＭＴ４は、第１電極１４および第２電極１５の交互の配置を有する。この場合、第１電極１４に対して第２電極１５が水平方向に並んで、隣り合い、さらに、他の第１電極１４が、上記第２電極１５の水平方向に並ぶ。上記第２電極１５に対して同様に実現される接触は、図４では示さない。
【００８２】
図２〜図４に示される横型ＨＥＭＴ２〜４は同様に、上記第１層１１および上記第３層１３によって形成されるｐｎダイオードを有する。このため、図１に示す横型ＨＥＭＴ１についてすでに説明したように、これらの半導体コンポーネントは同様に高いアバランシュブレークダウン強度を有する。
【００８３】
図５は、本発明の第５実施形態に係る横型ＨＥＭＴ５を示す。
【００８４】
上記横型ＨＥＭＴ５は、基板１０を有し、上記基板１０は、第１層１０’’と、その上に配置された第２層１０’とを有する。図示する実施形態では、上記第１層１０’’は、ｎ＋ドープされたシリコンを有し、上記第２層１０’は、ｎ−ドープされたシリコンを有する。例えばＡｌＮを有し得るバッファ層１７は、上記第２層１０’の上に配置されている。
【００８５】
図示する実施形態において、ｎ−導電型のＧａＮを有する第１層１１は、バッファ層１７の上に配置されている。第２層１２は、上記第１層１１の上に配置されている。図示する実施形態では、上記第２層１２は、ＡｌＧａＮを有する。この場合、ＡｌＧａＮは、補償されて、すなわち、自由な荷電粒子を有しておらず、このため、電気的に非導電性である。２次元電子ガスは、上記第１層１１と上記第２層１２との間に形成され、図５において破線２７によって模式的に示される。
【００８６】
さらに、上記横型ＨＥＭＴ５は、部分的に上記基板１０の中に配置された第３層１３を有する。図示する実施形態では、上記第３層１３は、ｐ＋ドープされたシリコンを有する。さらに、上記横型ＨＥＭＴ５は、第１電極１４、第２電極１５、およびゲート電極１６を有する。上記第２電極１４は、上記第２層１２から上記第３層１３まで垂直方向に延び、上記第２電極１５は、上記第２層１２から部分的に上記基板１０の中まで垂直方向に延びている。
【００８７】
図示する実施形態では、上記第１電極１４は、ソース電極であり、上記第２電極１５は、ドレイン電極である。上記ゲート電極１６は、上記第２層１２の上に直接的に配置され、残った部分はパッシベーション層１８によって囲まれる。この場合、上記ゲート電極１６は、上記横型ＨＥＭＴ５を制御するために用いられる。
【００８８】
電気的に導電性の物質、例えば金属、ケイ化物、または重くドープされたポリシリコンからなる層２６は、上記第１電極１４と接触している。この場合、絶縁層１９は、上記層２６と上記パッシベーション層１８との間に配置されている。例えばＳｉｘＮｙまたは酸化物からなる絶縁層２１は、上記第２電極１５と上記第１層１１との間で、上記基板１０における上記バッファ層１７と上記第２層１０’にまたがって配置されている。
【００８９】
上記基板１０における上記第３層１３および上記第２層１０’は、ｐｎダイオードを形成する。これによって、図１〜図４に示す実施形態と同様に、上記ＨＥＭＴ５に対する電圧制限が可能となり、これに関連して、高いアバランシュブレークダウン強度が可能となる。
【００９０】
電気的導電性物質からなる層２８は、上記基板１０における上記第１層１０’’の下に配置され、上記第２電極１５に接続される。この場合、上記層２８は、上記第２電極１５と接続を行うために用いられる。図５は、上記層２８と上記第２電極１５との間の接続を示さない。
【００９１】
図６は、本発明の第６実施形態に係る横型ＨＥＭＴ６を示す。図５と同様の機能を有するコンポーネントは同じ参照番号で示し、以下ではそれらのより詳細な説明は行わない。
【００９２】
上記横型ＨＥＭＴ６は、第１電極１４が、ドレイン電極であり、第２電極１５が、ソース電極であるという点で上記横型ＨＥＭＴ５とは異なる。上記基板１０における上記第１層１０’’および上記第２層１０’に加えて上記第３層１３は、上記横型ＨＥＭＴ５における対応する各層に対して相補的な導電型のものである。
【００９３】
図示しない一実施形態では、上記基板１０における上記第２層１０’は、ｎ−導電型の層の形態を有する。
【００９４】
図７は、本発明の第７実施形態に係る横型ＨＥＭＴを示す。
【００９５】
上記横型ＨＥＭＴ７は、図示する実施形態のｎ＋ドープされたシリコンを有する第３層１０’’’が、上記基板１０における上記第１層１０’’と上記層２８との間に配置されているという点で、図６に示す横型ＨＥＭＴ６とは異なる。この場合、上記第２電極１５は、上記第３層１０’’’の中まで延び、このため、上記第１層１０’’と上記第３層１０’’’を電気的に短絡させる。
【００９６】
図８は、本発明の第８実施形態に係る横型ＨＥＭＴ８を示す。
【００９７】
上記ＨＥＭＴ８は、図示する実施形態においてｎ＋ドープされたシリコンを有する基板１０を有する。ｐ−ドープされたシリコンを有する第４層２０は、上記基板１０の上に配置されている。ｎ＋ドープされたシリコンを有する第３層１３は、上記第４層２０の上に配置されている。
【００９８】
さらに、上記横型ＨＥＭＴ８は、上記第３層１３の上に配置されたバッファ層１７を有する。例として、上記バッファ層１７は、ＡｌＮを有してもよい。第１層１１は、上記バッファ層１７の上に配置され、図示する実施形態において、ｎ−導電型のＧａＮを有する。ＡｌＧａＮを有する第２層１２は、上記第１層１１の上に配置されている。
【００９９】
この場合、ＡｌＧａＮは、補償されて、すなわち、いかなる熱荷電粒子も有しておらず、このため電気的に非導電性である。図８において破線２７で模式的に示すように、２次元電子ガスが上記第１層１１と上記第２層１２との間に形成される。
【０１００】
さらに、上記横型ＨＥＭＴ８は、第１電極１４、第２電極１５、およびデート電極１６を有する。上記ゲート電極１６は、上記第２層１２の上に直接的に配置され、上記横型ＨＥＭＴ８を制御するために用いられる。上記第１電極１４は、上記第２層１２から上記第３層１３まで垂直方向に延び、上記第２電極１５は、上記第２層１２から部分的に上記基板１０の中まで垂直方向に延びている。
【０１０１】
第１絶縁層２１は、上記第２電極１５と上記第１層１１との間で、上記バッファ層１７、上記第３層１３、および上記第４層２０にまたがって配置されている。この場合、上記絶縁層２１は、例えば、酸化物またはＳｉｘＮｙを有する。図示する実施形態では、上記第１電極１４は、ソース電極であり、上記第２電極１５は、ドレイン電極である。電気的に導電性の物質、例えば金属、ケイ化物、または重くドープされたポリシリコンからなる層２６は、上記第１電極１４と接触し、電気的に導電性の物質からなる層２８は、上記第２電極１５（図示せず）に電気的に接続される。絶縁層１９は、上記層２６と上記パッシベーション層１８との間に配置されている。
【０１０２】
上記横型ＨＥＭＴ８は、横型ＨＥＭＴ８における電圧を制限するためにダイオードが用いられることはないという点において、図１〜図７に示す実施形態とは異なるが、上記電圧の制限は、上記第３層１３、上記第４層２０、上記基板１０、および上記第２電極１５によって形成されるｎ−チャンネル電界効果トランジスタによって行われる。
【０１０３】
これにより、この場合、上記第２電極１５に印加される電圧が、上記ｎ−チャンネル電界効果トランジスタの閾値電圧を上回って上昇すると、図８の破線２９で模式的に示すように、導電性チャンネルが誘導される。
【０１０４】
上記導電性チャンネルにて電流が流れるが、コンポーネントにわたって低下する電圧を制限することができ、このため、高いアバランシュブレークダウン強度を有するコンポーネントが実現できる。この実施形態によると、コンポーネントを水平方向に縮小することができる。
【０１０５】
図９Ａ〜図９Ｄは、横型ＨＥＭＴ３の製造のための発明に係る方法の第１実施形態を示す。
【０１０６】
この場合、例えばＳｉＣまたはＳｉを有する基板１０が設けられる。バッファ層１７は、上記基板１０上に設けられる。この場合、上記バッファ層１７は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを有してもよい。第１層１１は、上記バッファ層１７の上に成長させられてもよい。
【０１０７】
図示する実施形態では、この場合の上記第１層１１は、ｎ−導電型のＧａＮを有する。図示する実施形態において、ＡｌＧａＮを有する第２層１２は、上記第１層１１の上で成長させられる。この場合、ＡｌＧａＮは、補償されて、すなわち、いかなる熱荷電粒子も有さず、このため、電気的に非導電性である。
【０１０８】
その後、パッシベーション層１８が、上記第２層１２上に設けられる。さらなる処理工程では、マスク２４が上記パッシベーション層１８上に設けられ、構造化される。例として、上記パッシベーション層１８は、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯ２、またはＡｌ２Ｏ３を有してもよい。図９Ａは、上記方法工程の後の横型ＨＥＭＴ３を示す。
【０１０９】
上記第１層１１、上記第２層１２、および上記パッシベーション層１８は、例えばエッチング法によって部分的に除去される。図示する実施形態においてｐ−導電型のＧａＮを有する第３層１３は、上記第１層１１の上でエピタキシャルに成長させられる。これは、選択的エピタキシによって行われ得る。または、上記第３層１３は、非選択的に設けられてもよく、また、ＣＭＰ工程（化学機械研磨）によって構造化されてもよい。図９Ｂは、上記処理工程の後の横型ＨＥＭＴ３を示す。
【０１１０】
上記方法におけるさらなる工程では、例えば湿式化学処理によって上記構造化されたマスク２４が取り除かれる。続いて、上記パッシベーション層１８および上記第２層１２の部分的開口、上記第１層１１の部分的開口、上記バッファ層１７の部分的開口、および上記基板１０の部分的開口が形成される。電気的導電性物質、例えば金属、ケイ化物、または重くドープされたポリシリコンは、開口された各領域に導入され、これによって第１電極１４および第２電極１５を形成する。上記形成を図９Ｃに示す。
【０１１１】
さらなる方法工程では、上記パッシベーション層１８が、部分的に除去され、金属、例えば金、銀、またはプラチナが、露出された領域に設けられる。この金属がゲート電極１６を形成する。金属が設けられる前に、誘電性を有する薄い層が、上記パッシベーション層１８における露出された領域に設けられてもよい。
【０１１２】
その後、絶縁層１９が、上記パッシベーション層１８上に設けられ、上記ゲート電極１６まで、また部分的に上記第１電極１４まで、また第２電極１５までをカバーする。さらなる方法工程では、電気的導電性物質、例えば金属を有する層２６は、上記絶縁層１９に貼り付けられ、部分的に上記第１電極１４までカバーする。図９Ｄは、上記方法の各工程の後の横型ＨＥＭＴ３を示す。
【０１１３】
図１０Ａ〜１０Ｅは、横型ＨＥＭＴ１の製造のための発明に係る方法の第２実施形態を示す。
【０１１４】
この場合、例えばＳｉＣまたはＳｉを有する基板１０が設けられる。例えばＡｌＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを有するバッファ層１７が、上記基板１０上に設けられる。図示する実施形態において、ｎ−導電型のＧａＮを有する第１層１１が、上記バッファ層１７の上で成長させられる。
【０１１５】
図示する実施形態においてｐ−導電型のＧａＮを有する第３層１３が、上記第１層１１の上で成長させられる。マスク２５は、上記第３層１３上に塗布されて、構造化される。図１０Ａは、上記方法の各工程の後の横型ＨＥＭＴ１を示す。
【０１１６】
さらなる方法工程では、上記第１層１１および上記第３層１３は、例えばエッチング処理によって部分的に除去される。これは、図１０Ｂにおいて示される。
【０１１７】
同様に、ｎ−導電型のＧａＮを有する層１１’は、上記第１層１１における露出された部分の上で成長させられる。図示する実施形態においてＡｌＧａＮを有する第２層１２は、層１１’の上で成長させられる。この場合、ＡｌＧａＮは、補償されて、すなわち、自由な荷電粒子を有さず、このため、電気的に非導電性である。パッシベーション層１８は、上記第２層１２上に塗布され、上記マスク２５までをカバーする。この場合、上記パッシベーション層１８は、例えばＳｉｘＮｙを有し得る。図１０Ｃは、上記方法の各工程の後の横型ＨＥＭＴ１を示す。
【０１１８】
さらなる方法工程では、上記バッファ層１７および上記基板１０に加えて上記第３層１３、上記第２層１２、上記第１層１１が部分的に露出される。上記マスク２５は、この処理の間に除去される。電気的導電性物質、例えば金属、ケイ化物、または重くドープされたポリシリコンが、露出された領域に設けられ、これによって第１電極１４および第２電極１５を形成する。図１０Ｄは、上記方法の各工程の後の横型ＨＥＭＴ１を示す。
【０１１９】
ゲート電極１６と、該ゲート電極１６を部分的に囲む絶縁層１９とが、上記パッシベーション層１８上に設けられる。その後、例えば金属を有する層２６が、絶縁層１９上に設けられ、上記第１電極１４における露出された領域までカバーする。図１０Ｅは、上記方法の各工程の後の横型ＨＥＭＴ１を示す。
【０１２０】
図１１Ａ〜図１１Ｅは、横型ＨＥＭＴ２の製造のための発明に係る方法の第３実施形態を示す。
【０１２１】
本実施形態では、基板１０が設けられ、上記基板１０は、例えばＳｉＣまたはＳｉを有する。バッファ層１７が、上記基板１７上に設けられる。この場合、上記バッファ層１７は、ＡｌＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮを有してもよい。図示する実施形態においてｎ−導電型のＧａＮを有する第１層１１が、バッファ層１７の上で成長させられる。マスク２３が、上記第１層１１上に塗布され、構造化される。この場合、例として、上記マスク２３は、酸化物を有してもよい。図１１Ａは、上記方法の各工程の後の横型ＨＥＭＴ２を示す。
【０１２２】
第３層１３が、上記第１層１１における露出された領域の上で成長させられる。図示する実施形態における第３層は、ｐ−導電型のＧａＮを有する。これは、図１１Ｂにおいて示される。
【０１２３】
さらなる方法工程では、例えばＣＭＰ処理（化学機械研磨）によって上記第３層１３は平坦化される。上記第３層１３がすでに平坦な形状に成長していた場合、この工程を省略してもよい。そして、上記マスク２３は、除去される。図１１Ｃは、上記方法の各工程の後の横型ＨＥＭＴ２を示す。
【０１２４】
層１１’は、上記第１層１１における露出された領域と、上記第３層１３の上で成長させられ、この場合、上記層１１’は、上記第３層１３の上にも成長させられる。上記層１１’は、同様にｎ−導電型のＧａＮを有する。
【０１２５】
さらなる方法工程では、もし必要であれば上記層１１’は、平坦化されてもよく、これはＣＭＰ処理によって行われ得る。図示する実施形態においてＡｌＧａＮを有する上記第２層１２が、上記層１１’の上で成長させられる。この場合、ＡｌＧａＮは、補償され、すなわち、自由な荷電粒子を有さず、このため電気的に非導電性である。図１１Ｄは、上記方法工程の後の横型ＨＥＭＴ２を示す。
【０１２６】
さらなる方法工程において、上記バッファ層１７および上記基板１０に加えて、上記第２層１２、上記層１１’、上記層１１、上記第３層１３は、部分的に露出され、電気的導電性物質、例えば金属、ケイ化物、または重くドープされたポリシリコンは、露出された各領域に導入される。第１電極１４および第２電極１５はこうして形成される。ゲート電極１６が、上記第２層上に設けられる。パッシベーション層１８が、上記第２層１２上に設けられ、上記ゲート電極１６までカバーする。図１１Ｅは、上記方法の各工程の後のＨＥＭＴ２を示す。
【図１】
0005678119.tif 000002
【図２】
0005678119.tif 000003
【図３】
0005678119.tif 000004
【図４】
0005678119.tif 000005
【図５】
0005678119.tif 000006
【図６】
0005678119.tif 000007
【図７】
0005678119.tif 000008
【図８】
0005678119.tif 000009
【図９Ａ】
0005678119.tif 000010
【図９Ｂ】
0005678119.tif 000011
【図９Ｃ】
0005678119.tif 000012
【図９Ｄ】
0005678119.tif 000013
【図１０Ａ】
0005678119.tif 000014
【図１０Ｂ】
0005678119.tif 000015
【図１０Ｃ】
0005678119.tif 000016
【図１０Ｄ】
0005678119.tif 000017
【図１０Ｅ】
0005678119.tif 000018
【図１１Ａ】
0005678119.tif 000019
【図１１Ｂ】
0005678119.tif 000020
【図１１Ｃ】
0005678119.tif 000021
【図１１Ｄ】
0005678119.tif 000022
【図１１Ｅ】
0005678119.tif 000023