(57)【要約】  ２次元電子ガスを特徴とするＩＩＩ−Ｎの積層を含んでいる素子であって：ＩＩＩ−Ｎ層と；上記ＩＩＩ−Ｎ層のＡｌ−ＩＩＩ−Ｎ層と；上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の上の保護層とを含んでおり、上記保護層は窒化珪素（ＳｉＮ）を含んでおり、；ここで上記保護層はＡｌ−ＩＩＩ−Ｎの界面において十分に結晶性の副層を含んでおり、上記十分に結晶性の副層の少なくとも一部は、Ａｌおよび／またはＢを含んでいる；素子、および、関連する上記素子を製造するための方法が開示されている。
2015513793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元電子ガスを特徴とするＩＩＩ−Ｎ層の積層を含んでいる素子であって：
ＩＩＩ−Ｎ層と；
上記ＩＩＩ−Ｎ層の上に、Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層と；
Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の上に保護層とを含んでおり、
上記保護層は、窒化珪素（ＳｉＮ）を含んでおり；
ここで、上記保護層は、上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の界面において十分な結晶性構造の副層を含んでおり、
上記十分な結晶性構造の副層の少なくとも一部がＡｌおよび／又はＢを含んでいる、素子。
【請求項２】
上記十分な結晶性構造の副層は、少なくとも、少数の結晶性構造の単層を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
上記十分な結晶性構造の副層は、０．１〜２０ｎｍの厚さである、請求項２に記載の素子。
【請求項４】
十分な結晶性構造の副層は、完成した上記層の全体にＡｌおよび／またはＢを含んでいる、前述の請求項の何れか１項に記載の素子。
【請求項５】
上記十分な結晶性構造の副層の少なくとも一部、または、上記十分な結晶性構造の副層の前部は、Ａｌおよび／またはＢをドープされている、前述の請求項の何れか１項に記載の素子。
【請求項６】
上記保護層は、上記十分な結晶性構造の副層の上に、さらに、第二のＳｉＮ副層を含んでいる、前述の請求項の何れかに記載の素子。
【請求項７】
上記第二のＳｉＮ副層は、Ａｌを含んでないか、Ｂを含んでないか、又は、ＡｌおよびＢのいずれも含んでいない、請求項６に記載の素子。
【請求項８】
上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌを含んでおり、
ここで、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌを含んでおり、
例えば、ここで、上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌをドープされている、請求項６に記載の素子。
【請求項９】
上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂを含んでおり、
ここで、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢを含んでおり、
例えば、ここで、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢをドープされている、請求項６に記載の素子。
【請求項１０】
上記十分な結晶性構造の副層と上記第二のＳｉＮ副層との間において、ＡｌＮ層またはＢＮ層を、さらに含んでいる、請求項６〜９の何れか１項に記載の素子。
【請求項１１】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を、さらに含んでおり、
貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、上記ゲート接点は、上記十分な結晶性構造の副層に接触している、請求項６〜１０の何れか１項に記載の素子。
【請求項１２】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を、さらに含んでおり、上記ゲート接点は、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層に接触している、請求項１０に記載の素子。
【請求項１３】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて十分に伸びており、
貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、高ｋ誘電体層によって、上記十分な結晶性構造の副層から分離されている、少なくとも１つのゲート接点をさらに含んでいる、請求項６〜１２の何れか１項に記載の素子。
【請求項１４】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて十分に伸びており、
高ｋ誘電体層によって、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層から分離されている、少なくとも１つのゲート接点をさらに含んでいる、請求項１０に記載の素子。
【請求項１５】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて十分に伸びており、
Ａｌ酸化物層によって、上記十分な結晶性構造の副層から分離されており、
上記Ａｌ酸化物層は、上記ＡｌＮと同じレベルである、少なくとも１つのゲート接点をさらに含んでいる、請求項１０に記載の素子。
【請求項１６】
上記ＩＩＩ−窒化物は、ＧａＮであり、
上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎは、ＩｎＡｌＧａＮであり、
上記ＩＩＩ族の元素の組成比は、ｌｎがｘ、Ａｌがｙ、Ｇａが１−ｘ−ｙである場合、ｘおよびｙは、０〜１の間の値である、前述の請求項の何れか１項に記載の素子。
【請求項１７】
上記保護層は、十分な結晶性構造であり、Ａｌおよび／またはＢを含んでいる、請求項１に記載の素子。
【請求項１８】
上記保護層は、十分な結晶性構造であり、Ａｌをドープされている、および／または、Ｂをドープされている、請求項１７に記載の素子。
【請求項１９】
上記保護層の厚さの合計は、２００ｎｍ以上である、前述の請求項の何れかに記載の素子。
【請求項２０】
２次元電子ガスを特徴とするＩＩＩ−Ｎ層の積層を含んでいる素子を製造するための方法であって：
ＩＩＩ−Ｎ層を設けることと；
上記ＩＩＩ−Ｎ層の上に、Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層を設けることと；
Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の上に保護層を設けることとを含み、
上記保護層は、窒化珪素（ＳｉＮ）を含んでおり；
ここで、上記保護層を設けることは、上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の界面における十分な結晶性構造の副層であって、少なくとも一部がＡｌおよび／又はＢを含んでいる、上記十分な結晶性構造の副層を設けることを含む、方法。
【請求項２１】
上記保護層を設けることは、上記十分な結晶性構造の副層の上に、第二のＳｉＮ副層を設けることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
上記第二のＳｉＮ副層は、Ａｌを含んでないか、Ｂを含んでないか、又は、ＡｌおよびＢのいずれも含んでいない、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌを含んでおり、
ここで、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌを含んでおり、
例えば、ここで、上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌをドープされている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂを含んでおり、
ここで、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢを含んでおり、
例えば、ここで、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢをドープされている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
上記十分な結晶性構造の副層と上記第二のＳｉＮ副層との間において、ＡｌＮ層またはＢＮ層を設けることをさらに含んでいる、請求項２１〜２４の何れか１項に記載の方法。
【請求項２６】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を設けることを、さらに含んでおり、
貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、上記ゲート接点は、上記十分な結晶性構造の副層に接触している、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びる、少なくとも１つのゲート接点を設けることを、さらに含み、上記ゲート接点は、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層に接触している、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて接点のエッチングを行ない、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、ここで、上記十分な結晶性構造の副層に接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域に高ｋ誘電体層を設けることと；
上記高ｋ誘電体層の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて接点のエッチングを行ない、ここで、上記十分な結晶性構造の副層に接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域に高ｋ誘電体層を設けることと；
上記高ｋ誘電体層の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
上記十分な結晶性構造の副層と上記第二のＳｉＮ副層との間において、ＡｌＮ層が設けられており、
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて接点のエッチングを行ない、ここで、接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域において、上記ＡｌＮを酸化することと；
上記酸化された接点領域の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体処理の分野、より詳細には、ＩＩＩ−Ｎの積層を含んでいる素子および、そのような素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｎ  ＨＥＭＴ素子のための保護層としての窒化珪素（ＳｉＮ）の使用は公知である。表面安定化は、素子の動的な挙動における分散効果および起こり得る変化のために重要である。保護層は、十分な厚さであるべきことが明らかになっている（例えば、２００ｎｍ以上の厚さを有していること）。これは図２に示されている。ＳｉＮは、インシチュ（in situ）に堆積され得る。
【０００３】
ＳｉＮ層は、図１に示すように、トランジスタ型式の素子のバリアとゲートとの間に存在するのであれば、ゲート誘電体として使用することもできる。そのようなゲート誘電体は、一般的にゲートの漏れ電流を減らし、素子の改良された信頼性によるものである。
【０００４】
しかしながら、ゲート誘電体として使用する場合、ＳｉＮ層は厚すぎるべきではなく：２次元電子ガス（２ＤＥＧ）から活性ゲートを分離することは、素子におけるより低いトランスコンダクタンス（ｇｍ）に帰結するそれら２つの間における静電結合と、マイナスであり、実用化には高すぎる閾値電圧とを低下させる。理想的には、ＳｉＮのゲート誘電体の層は３ｎｍ〜１０ｎｍの間の厚さである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、改良された保護層を備え、２次元電子ガスを特徴とするＩＩＩ−Ｎの積層を含んでいる素子を提供することである。
【０００６】
この目的は、本発明の独立請求項に記載の方法および手段に対応する。従属請求項は好ましい実施形態に関する。
【０００７】
インシチュのＳｉＮの改良された表面安定性の特性は、ＳｉＮのより高い密度と（Ｉｎ）ＡｌＧａＮへの改良された界面との両方によるものであり：
−ＥＲＤＡは、インシチュのＳｉＮが低水素含有量のために高密度を有しているということを明らかにしている。メモリ技術から、ＳｉＮが電荷をトラッピングすることにおいて非常に効率的であるということ、および、水素がこれにおいて役割を果たすことが公知である。
−ＴＥＭは最初の少数のＳｉＮの単層が（Ｉｎ）ＡｌＧａＮのバリア層の上にエピタキシャルに成長しているということを明らかにしている。しかしながら、その後成長したＳｉＮは、すぐにアモルファス層の状態に戻る。エピタキシャルに適合した層による（Ｉｎ）ＡｌＧａＮのバリアの表面の処理を終結することにより、少数のダングリングボンド、または、処理が終結されていない結合が存在するようになる。これらのダングリングボンドは、エネルギーバンドにおいてトラップ順位を作り出すため、そのようなダングリングボンドの除去がより優れた表面安定化の特性をもたらす。さらに、それが水素原子またはそれ以外によって処理が終結されているアモルファスのＳｉＮと比較して、結晶性構造のＳｉＮは、バルクにおいて、より少ないダングリングボンドを有している。処理が終結されていないダングリングボンド、および、水素によって処理が終結されているダングリングボンドなどの両方は、エネルギーバンドにおいてトラップ準位を作りだす。
【０００８】
それゆえ、十分にエピタキシャルに成長したＳｉＮ層、すなわち、十分に結晶性であるＳｉＮ層の存在は、保護層としてまたはゲート誘電体として使用する場合の両方において、素子の性能にとって有益であると見られている。
【０００９】
（Ｉｎ）ＡｌＧａＮのバリアの上のゲート誘電体における表面安定化の特性は、素子の性能にとって非常に重要でもある。ゲート誘電体とバリアとの間の界面における界面準位の密度は、高周波トランスコンダクタンスまたはサブスレッショルドの勾配といった電気素子のパラメータへの直接的な影響力を有している。ゲート誘電体の厚さはエピタキシャル成長の処理により、かつエッチング工程のような処理工程からの均一性によらずに規定されているため、確実に制御されており、得られた素子は、Ｖｔｈおよびゲートの漏れ電流などに、非常に少ない広がりを伴う重要なパラメータを有している。
【００１０】
本発明の第一の態様によれば、２次元電子ガスを特徴とするＩＩＩ−Ｎ層の積層を含んでいる素子であって：
ＩＩＩ−Ｎ層と；
上記ＩＩＩ−Ｎ層の上に、Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層と；
Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の上に保護層とを含んでおり、
上記保護層は、窒化珪素（ＳｉＮ）を含んでおり；
ここで、上記保護層は、上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の界面において十分な結晶性構造の副層を含んでおり、
上記十分な結晶性構造の副層の少なくとも一部がＡｌおよび／又はＢを含んでいる、素子が提供される。
【００１１】
２次元電子ガス（２ＤＥＧ）は、３次元において緊密に閉じ込められた以外は、２次元において移動することが自由な電子のガスである。この緊密な閉じ込めは、その方向における動作に対する量子化エネルギのレベルにつながる。電子は、３Ｄ世界に組み込まれた２Ｄのシートに出現する。
【００１２】
ＩＩＩ−Ｎ層の積層は、ＩＩＩ−Ｎ層（例えば、ＧａＮ層）と、ＩＩＩ−Ｎ層の上のＡｌ−ＩＩＩ−Ｎ層（例えば、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ）と、を含むことができる。２ＤＥＧは、一般的に、それら２つの層の間の界面において、存在または発生することができる。
【００１３】
好ましくは、ＳｉＮは、インシチュにて成長したＳｉＮである。インシチュにて成長したＳｉＮの結晶化度は、ＡｌまたはＢなどを、ドープするか、または、種（species）として加えることによって、維持されることが利点である。Takizawa (Journal of Electronic Materials vol 37 issue 5, 2008, page 628, 2008)には、インシチュのＳｉＮが、β−相のＳｉＮに類似する結晶の構造を有していることが開示されている。β−相のＳｉＮの理論的な、面内の格子定数は、ＧａＮのそれよりも１９％大きく、そのため、インシチュのＳｉＮは、ＧａＮの上に成長すると、所謂、ウルツ鉱型の欠陥の結晶性構造へと変形することで、これの歪みを調整する。大きな格子の不整合が、２次元的なlayer by layer成長モードから３次元的なVolker-Weber成長モードへとエピタキシャル成長のモードを戻すことを誘引し、次に、順に、アモルファス成長モードに変化する傾向がある。本発明の一態様によれば、ＡｌまたはＢなどのＳｉよりも小さい原子を、このよう組み込むことによって、β−相のＳｉＮの格子定数を縮小することができ、ＧａＮの格子定数により好適に整合させることができる。さらに、ＢおよびＡｌは、非常に高い結合強度を有している。
【００１４】
十分な結晶性構造の副層において、ＡｌまたはＢの濃度は、例えば、約１ｅ１５／ｃｍ３の不純物のレベルから始まり、１０〜２０％（約１ｅ２３／ｃｍ３）の実質的な合金の濃度までであることができる。当該濃度は、例えば、１ｅ１５／ｃｍ３から、１ｅ２０／ｃｍ３まで、または、１ｅ１９／ｃｍ３まで、または１ｅ１８／ｃｍ３まで、または１ｅ１７／ｃｍ３まで、または１ｅ１６／ｃｍ３までの範囲内であることができる。当該濃度は、例えば、１ｅ２１／ｃｍ３〜１ｅ２３／ｃｍ３の範囲内、または、１ｅ２２／ｃｍ３〜１ｅ２３／ｃｍ３の範囲内であることができる。
【００１５】
ＳｉＮの格子へのＡｌの封入の付加的な利点は、高度に不揮発性のＡｌＦを生成するＡｌとＦとの間における相互作用により、フッ素ベースのプラズマ中におけるドライエッチングへの耐性を改良することである。この耐性は、Ａｌの量に依存し、例えば、より高い濃度ではより高く、より低い濃度ではより低い。好ましくは、ＡｌＧａＮ合金が、エッチング停止（Ａｌの濃度は約１ｅ２３／ｃｍ３）として用いられ、そのような合金が、完全なエッチング停止として作用する（動的な粒子により除去する場合を除き、エッチングを生じない）。より低い濃度は、それにもかかわらず、エッチングを遅くし、それでもなお、利点であり得る。
【００１６】
好ましい手法において、Ａｌ無し、または、より少ないＡｌがドープされたＳｉＮは、トランジスタ素子のゲートの堆積に先立って、選択的なエッチングによって除去し得るため、ゲートがＡｌをドープされたＳｉＮと直接的に接触するが、一方のゲートと、他方のトランジスタ素子におけるソースまたはドレインとの間の領域において、残存することで良好な表面安定の性質を維持する。Ｂがドープされたか、または、Ｂを含んでいるＳｉＮも、フッ素ベースのプラズマ内におけるドライエッチングへの高い耐性を備えた層としての良好な候補であると見られている。Ａｌがドープされたか、または、Ａｌを含んでいるＳｉＮのバンドギャップと、Ｂがドープされたか、または、Ｂを含んでいるＳｉＮのバンドギャップとは、ＳｉＮのそれよりも高く、それによって、これら材料はゲート誘電体として、ＳｉＮよりもより好適な選択になっている。
【００１７】
好ましい実施形態によれば、上記十分な結晶性構造の副層は、少数の結晶性構造の単層を含んでいる。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、上記十分な結晶性構造の副層は、少なくとも０．１〜２０ｎｍ、より好ましくは、３〜１０ｎｍの厚さである。
【００１９】
好ましい実施形態によれば、上記十分な結晶性構造の副層は、完成した上記層の全体にＡｌおよび／またはＢを含んでいる。ＡｌまたはＢは、例えば、均一な方法において、層の全体に割り当てることができる。言い換えれば、層の全体におけるＡｌまたはＢの濃度は、十分に一定にすることができる。
【００２０】
好ましい実施形態によれば、上記十分な結晶性構造の副層の少なくとも一部、または、上記十分な結晶性構造の副層の前部は、Ａｌおよび／またはＢをドープされている。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、上記保護層は、上記十分な結晶性構造の副層の上に、さらに、第二のＳｉＮ副層を含んでいる。
【００２２】
好ましい実施形態によれば、上記第二のＳｉＮ副層は、Ａｌを含んでないか、Ｂを含んでないか、又は、ＡｌおよびＢのいずれも含んでいない。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌを含んでおり、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌを含んでいる。例えば、上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌをドープされている。
【００２４】
好ましい実施形態によれば、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂを含んでおり、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢを含んでいる。例えば、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢをドープされている。
【００２５】
十分な結晶性構造の副層はＡｌを含むことができ、他方で第二のＳｉＮ副層はＢを含むことができ、または、逆も同様であることは、留意すべきである。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、上記素子は、上記十分な結晶性構造、副層、および上記第二のＳｉＮ副層の間に、ＡｌＮまたはＢＮ層（中間層）をさらに含む。これにより、上記接点のエッチングの選択性を向上させ得るため、これは有利であり得る。好ましくは、自上記ＡｌまたはＢＮ中間層は、５０ｎｍおよび５００ｎｍの間の厚さを有する。例えば、およそ２００ｎｍの厚さを有する。
【００２７】
上記ＡｌＮまたはＢＮ中間層はいずれも、上記Ａｌを含む十分な結晶性構造、および／またはＢを含む十分な結晶性構造と組み合わされ得る、ということは、留意すべきである。
【００２８】
本発明の一態様によれば、例えば、Ａｌがドープされたか、またはＢがドープされたＳｉＮと、その上に、Ａｌ無しまたはＢ無し、あるいは、少ないＡｌがドープされたか、少ないＢがドープされたＳｉＮとを含んでおり、ここで、Ａｌがドープされたか、またはＢがドープされたＳｉＮの厚さは、ゲート誘電体としての使用に適しており、保護層の全体の厚さは、良好な表面安定化として作用するために十分な厚さであり、二重機能の保護層の積層を提供することができる。Ａｌ無し、および／またはＢ無しのＳｉＮの少なくとも一部は、エクスシチュ（ex-situ）にて、好ましくは、ＬＰＣＶＤによって、ＰＥＣＶＤによってもやはり、堆積し得る。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、上記ＩＩＩ−Ｎ層の積層は、基板上でエピタキシャルに成長させられる。好ましい実施形態によれば、上記基板は、Ｓｉ＜１１１＞である。あるいは、例えば、上記基板は、Ｇｅ＜１１１＞である。さらに他の実施形態によれば、上記基板は、該基板の上にエピタキシャルに成長させた結晶性構造のＧｅキャップを有するＳｉ基板であってもよい。また、ＳｉとＧｅとの間の傾斜ＳｉＧｅ遷移層でもあり得る。他の実施形態によれば、上記基板は、絶縁体の上のＳＯＩ（Si on insulator）基板である。さらに他の実施形態によれば、上記基板はＳｉＣ基板、またはサファイア基板、または自立型ＧａＮまたは自立型ＡｌＮ基板であり得る。
【００３０】
エピタキシャル層構造は、上記基板と上記ＩＩＩ−Ｎ層の積層との間に、１または複数の（Ｉｎ）ＡｌＧｅＮ緩衝層を含み得、ＩｎＡｌＧａＮチャンネル層およびＩｎＡｌＧａＮバリア層を含む。これらのチャンネル層およびバリア層は、保護層の積層によってインシチュ（in-situ）にて、キャップされ、その少なくともスターティング層または層（複数）は結晶性構造である。
【００３１】
（Ｉｎ）ＡｌＧａＮ緩衝層は、５００ｎｍの厚さ（厚さは、好ましくは、５０ｎｍから２μｍの範囲内）であり、そのＡｌ含有率は、典型的には０％から１００％の間で変化し、好ましくは１％〜９９％の間、より好ましくは２０％〜９０％の間、例えば５０％などである。また、これらの緩衝層は、インジウムなど別のＩＩＩ族の元素を任意に含んでもよい。全ての（Ｉｎ）ＡｌＧａＮバッファは、典型的には１００ｎｍから１０μｍの厚さを有し、例えば５００ｎｍから５μｍの厚さを有する。
【００３２】
好ましい実施形態によれば、ＩｎＡｌＧａＮチャンネル層の厚さは、５ｎｍから２μｍの範囲内である。例えば、該チャンネル層の厚さは、２０ｎｍから１μｍの範囲内、または２０ｎｍから５００ｎｍの範囲内、または２０ｎｍから２５０ｎｍの範囲内、５０ｎｍから２００ｎｍの範囲内であり、例えば、１５０ｎｍの厚さを有する。
【００３３】
好ましい実施形態によれば、ＩｎＡｌＧａＮバリア層の厚さは、１ｎｍから５０ｎｍの範囲内である。例えば、該バリア層の厚さは、５ｎｍから２５ｎｍの範囲内であり、例えば、２０ｎｍの厚さを有する。
【００３４】
好ましい実施形態によれば、保護層の積層中の、任意の個々の層の厚さは、０．１ｎｍから５００ｎｍの厚さを有している。例えば、Ａｌがドープされたか、またはＢがドープされたＳｉＮ、ＡｌＳｉＮ，またはＢＳｉＮの厚さは、好ましくは０．１ｎｍから５０ｎｍの範囲内、３ｎｍから１５ｎｍの範囲内であり、例えば、１０ｎｍの厚さを有する。上記ＡｌＮ層またはＢＮ層は、好ましくは０．１ｎｍおよび１０ｎｍの範囲内の厚さを有し、好ましくは０．５ｎｍから３ｎｍの範囲内であり、例えば、１ｎｍの厚さを有する。より少なくドープされたＳｉＮまたはドープされていないＳｉＮは、好ましくは１０ｎｍから１μｍの範囲内の厚さを有し、好ましくは５０ｎｍから５００ｎｍの範囲内であり、例えば、２００ｎｍの厚さを有する。好ましくは、上記保護層の積層は、インシチュ（in-situ）にて、ＭＯＣＶＤ反応器によって堆積された、高密度の、ＳｉＮ層、および／またはＡｌＳｉＮ（またはＢＳｉＮ）層、および／またはＡｌをドープされた（またはＢをドープされた）ＳｉＮ層を含む。または、好ましくは、上記保護層の積層は、ＭＯＣＶＤ反応器によって堆積された、高密度の、ＳｉＮ層、および／またはＡｌＳｉＮ（またはＢＳｉＮ）層、および／またはＡｌをドープされた（またはＢをドープされた）ＳｉＮ層からなる。あるいは、少なくともＡｌ無し、または少ないＡｌをドープされたＳｉＮの一部分は、エクスシチュ（ex-situ）にて、好ましくは、ＬＰＣＶＤによって、ＰＥＣＶＤによってもやはり、堆積し得る。
【００３５】
好ましい実施形態によれば、上記素子は、上記ＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を含んでおり、貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、上記ゲート接点は、上記十分な結晶性構造の副層に接触している。
【００３６】
好ましい実施形態によれば、上記素子は、上記ＡｌＮまたはＢＮを含み、上記ＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を、さらに含んでおり、上記ゲート接点は、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層に接触している。
【００３７】
好ましい実施形態によれば、上記素子は、実質的に上記ＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を含んでおり、貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、および１つ以上の高ｋ誘電体層によって、上記十分な結晶性構造の副層から分離されている。例えば、上記高ｋ誘電体層は、Ａｌ酸化物、またはＨｆ酸化物、またはＺｒ酸化物を含み得る。
【００３８】
好ましい実施形態によれば、上記素子は、ＡｌＮ層またはＢＮ層を含み、実質的に上記ＳｉＮ副層を貫いて伸びており、１つ以上の高ｋ誘電体層によって上記ＡｌＮまたはＢＮから分離されている、少なくとも１つのゲート接点を含む。
【００３９】
ＡｌをドープされたＳｉＮまたはＢをドープされたＳｉＮ、および高ｋ誘電体は、上記ゲート誘電体を向上させ得るため有利である。
【００４０】
好ましい実施形態によれば、上記素子は、実質的に上記ＳｉＮ副層を貫いて伸びており、アルミニウム酸化物層によって上記十分な結晶性構造の副層から分離されている、少なくとも１つのゲート接点を含んでおり、上記アルミニウム酸化物は、上記ＡｌＮと同じレベルである。好ましい実施形態によれば、上記高ｋ誘電体、上記アルミニウム酸化物は、上記ＡｌＮ中間層の局所酸化（熱、プラズマ、オゾン）により生成される。
【００４１】
好ましい実施形態によれば、上記ＩＩＩ−窒化物はＧａＮである。
【００４２】
好ましい実施形態によれば、上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎは、ＩｎＡｌＧａＮであり、上記ＩＩＩ族の元素の組成比は、ｌｎがｘ、Ａｌがｙ、Ｇａが１−ｘ−ｙである場合、ｘおよびｙは、０〜１の間の値である。好ましい実施形態によれば、ｘは０であり、ｙは１である。好ましい実施形態によれば、ｘは０．１７であり、ｙは０．８３である。好ましい実施形態によれば、ｘは０であり、ｙは０と１との間の値である。
【００４３】
好ましい実施形態によれば、上記保護層は、十分な結晶性構造であり、ＡｌまたはＢを含んでいる。好ましい実施形態によれば、上記保護層は、十分な結晶性構造であり、Ａｌをドープされている、またはＢをドープされている。
【００４４】
好ましい実施形態によれば、上記保護層の厚さの合計は、２００ｎｍより厚い。
【００４５】
本発明の一態様によれば、２次元電子ガスを特徴とするＩＩＩ−Ｎ層の積層を含んでいる素子を製造するための方法であって：
ＩＩＩ−Ｎ層を設けることと；
上記ＩＩＩ−Ｎ層の上に、Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層を設けることと；
Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の上に保護層を設けることとを含み、
上記保護層は、窒化珪素（ＳｉＮ）を含んでおり；
ここで、上記保護層を設けることは、上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の界面における十分な結晶性構造の副層であって、少なくとも一部がＡｌおよび／又はＢを含んでいる、上記十分な結晶性構造の副層を設けることを含む方法が開示される。
【００４６】
好ましい実施形態によれば、上記保護層を設けることは、上記十分な結晶性構造の副層の上に、Ａｌをドープされていない、または上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌをドープされた第二のＳｉＮ副層を設けることを含む。
【００４７】
好ましい実施形態によれば、上記第二のＳｉＮ副層は、Ａｌを含んでないか、Ｂを含んでないか、又は、ＡｌおよびＢのいずれも含んでいない。
【００４８】
好ましい実施形態によれば、上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌを含んでおり、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌを含む。例えば、上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌをドープされてもよく、上記第二の副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌをドープされてもよい。
【００４９】
好ましい実施形態によれば、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂを含んでおり、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢを含む。例えば、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂをドープされており、上記第二の副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢをドープされている。
【００５０】
好ましい実施形態によれば、上記方法は、上記十分な結晶性構造の副層と上記第二のＳｉＮ副層との間において、ＡｌＮ層またはＢＮ層を設けることをさらに含んでいる。
【００５１】
好ましい実施形態によれば、上記方法は、上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を設けることを、さらに含んでおり、貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、上記ゲート接点は、上記十分な結晶性構造の副層に接触している。
【００５２】
好ましい実施形態によれば、上記方法は、上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びる、少なくとも１つのゲート接点を設けることを、さらに含み、上記ゲート接点は、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層に接触している。
【００５３】
好ましい実施形態によれば、上記方法は、
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて接点のエッチングを行ない、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、ここで、上記十分な結晶性構造の副層に接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域に高ｋ誘電体層を設けることと；
上記高ｋ誘電体層の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む。
【００５４】
好ましい実施形態によれば、上記方法は、
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて接点のエッチングを行ない、ここで、上記十分な結晶性構造の副層に接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域に高ｋ誘電体層を設けることと；
上記高ｋ誘電体層の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む。
【００５５】
好ましい実施形態によれば、上記方法は、
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて上記ＡｌＮ層まで接点のエッチングを行ない、ここで、上記ＡＩＮ層の上の接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域において、上記ＡｌＮを酸化することと；
上記酸化された接点領域の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む。
【００５６】
本発明の第一の態様に関連して記載された特徴および利点は、必要な変更を加えれば、本発明の第二の態様に適用可能である、ということが、当業者によって理解され得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
本発明のさらなる特徴は図面から明らかになる、ここで：
【図１】従来技術の半導体素子の概要の横断面図である。
【図２】別の従来技術の半導体素子の概要の横断面図である。
【図３】本発明に関する実施形態の概要の横断面図である。
【図４Ａ】さらなるＡｌＮ層を含んでいる、本発明のさらに別の実施形態を説明している。
【図４Ｂ】さらなるＡｌＮ層を含んでいる、本発明のさらに別の実施形態を説明している。
【図５Ａ】高ｋ誘電体（high-ｋ誘電体）層の使用を含んでいる、本発明のさら別実施形態を説明している。
【図５Ｂ】高ｋ誘電体層の使用を含んでいる、本発明のさら別の実施形態を説明している。
【図５Ｃ】高ｋ誘電体層の使用を含んでいる、本発明のさら別の実施形態を説明している。
【図６】素子の接点領域において部分的に酸化されているＡｌＮ層を含んでいる、本発明のさらに別の実施形態を説明している。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明は、特定の実施形態に関して、かつ特定の図面に関して記載されているが、特許請求の範囲によってのみを除いて、本発明はそれに限定されない。説明される図面は、ただの概略図であり、限定するものではない。図面において、構成要素の一部のサイズは強調されている可能性があり、説明の目的のため、縮尺通りに描画されていない。ここで、「含んでいる（comprising）」という用語は、本明細書および特許請求の範囲において使用されており、他の構成要素または工程を除外しない。ここで、単数名詞を指すときに不定冠詞または定冠詞、例えば、「a」または「an」、「the」が使用され、これは、別のものが明確に記載されていない限り、それらの名詞の複数形を含んでいる。
【００５９】
特許請求の範囲において使用されている「含んでいる（comprising）」という用語は、その後に記載されている手段に限定されていることとして解釈されるべきではなく；それは他の構成要素または工程を除外しない。したがって、「手段ＡおよびＢを含んでいる素子」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみから成る素子に限定されるべきではない。それは、本発明に関して、当該素子のうち、最適に関連する構成要素がＡおよびＢであるということを意味する。
【００６０】
さらに、明細書および特許請求の範囲において、第一、第二、第三などの用語は類似する構成要素を互いに区別するために使用され、必ずしも連続的な順序または時間的順序を記載するために必要ではない。そのように使用されている用語は適切な状況のもとで置き換え可能であるということ、および、本明細書中に記載されている本発明の実施形態は本明細書中に記載または説明されている以外の順序における工程が可能であるということを理解されるべきである。
【００６１】
その上、明細書および特許請求の範囲において、上端（top）、下端（bottom）、覆って（over）、下部の（under）などの用語は記述的な目的のために使用され、必ずしも関連する位置を記載するために必要ではない。そのように使用されている用語は適切な状況下で置き換え可能であるということ、および、本明細書中に記載されている本発明の実施形態は、本明細書中に記載または説明されている以外の方向性における作用が可能であるということを理解されるべきである。
【００６２】
図面において、同様の参照数字は、同様の特徴を示しており；１つ以上の図面において登場する参照数字は、同じ構成要素を示している。
【００６３】
図１は、従来技術のトランジスタ型式の素子を説明しており、ここで、ＳｉＮ層４、つまり、ＧａＮ層１と、ＧａＮ層１の上にＩｎＡｌＧａＮ層２とを含んでいる層の積層の上は、トランジスタ素子のゲート誘電体として使用されている。トランジスタ素子は、例えば、ソース５Ｓ、ドレイン５Ｄおよびゲート５Ｇを含むことができる。ＳｉＮ層４を過度に厚くすべきではないのは、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）から活性ゲート５Ｇを分離することは、素子におけるより低いトランスコンダクタンスに帰結するそれら２つの間における静電結合と、マイナスであり、実用化には高すぎる閾値電圧とを低下させるからである。理想的には、ＳｉＮのゲート誘電体の層は３ｎｍ〜１０ｎｍの間の厚さである。
【００６４】
図２は、別の従来技術のトランジスタ型式の素子を説明しており、ここで、ＳｉＮはＩＩＩ−Ｎ  ＨＥＭＴ素子のための保護層として使用されている。表面安定化は、素子の動的な挙動における分散効果および起こり得る変化のために重要である。保護層は、十分な厚さであるべきことが明らかになっている（例えば、２００ｎｍ以上の厚さを有していること）。
【００６５】
本発明の第一の実施形態は、図３に示されている。ＧａＮ基板１の上に、ＩｎＡｌＧａＮ層２を含んでいるエピタキシャル層または層の積層が設けられている。保護層は、ＡｌがドープされたＳｉＮである第二の副層３および、第一の副層の上に設けられている、より少量でドープされているか、またはドープされていないＳｉＮである第二の副層４を含んでおり、一番上に設けられている。より少量でドープされているか、またはドープされていないＳｌＮの第二の副層４は、第二の副層の範囲内に接点領域を設けるためにエッチングされている。このエッチングは、第一の副層に関して選択的に行われる。そのとき、１つ以上の金属層が、接点領域において接点５を形成するために設けられている。
【００６６】
本発明に記載の第二の実施形態は、図４Ａに示されている。ＧａＮ基板１の上に、ＩｎＡｌＧａＮ層２を含んでいるエピタキシャル層または積層が設けられている。保護層が、一番上に設けられており、Ａｌがドープされているか、またはＢがドープされているＳｉＮの第一の副層３と、第一の層の上においてＡｌＮまたはＢＮを含んでいる中間層６と、中間の副層の上に設けられ、より少量でドープされているか、またはドープされていないＳｉＮの第二の副層４とを含んでいる。より少量でドープされているか、またはドープされていないＳｉＮの第二の副層４は、第二の副層の範囲内に接点領域を設けるためにエッチングされている。このエッチングは、例えば、ＡｌＮまたはＢＮ層６といった中間の副層に関して、例えばフッ素の化学反応に基づく乾燥エッチング処理を使用することによって選択的に行われ得：このタイプのエッチングは一般的にＳｉＮをエッチングするために使用されるが、ＡｌまたはＢを含んでいる層が使用される場合においては、非常に低下されたエッチング速度を有している。そのようにして、高い選択性が、ＳｉＮのエッチング速度と、ＢまたはＡｌを含んでいる材料のエッチング速度との間に得られる。次に、１つ以上の金属層は接点領域における接点５を形成するために設けられる。図４Ｂにおいて、別の実施形態が示されており、図４Ａに関して記載されている実施形態に類似しているが、そこで接点のエッチングは中間の副層６を貫いて施されている。このとき、接点５は、貫いて中間の副層６に達し、第一のＳｉＮの副層に接触している。
【００６７】
図５Ａにおいて、本発明のさらに別の実施形態が説明されている。本実施形態は図３に示されている実施形態に対応しているが、接点５を画定する１つの、または金属層を堆積する前に、少なくとも、接点のエッチングによって画定された接点領域において高ｋ誘電体（high-ｋ誘電体）層７の堆積を含んでいる。接点５を形成している接触層は、このように、高ｋ誘電体層によって、接点領域における第一の副層３から分離されている。
【００６８】
図５Ｂにおいて、図４Ｂに関して記載されている実施形態に類似の実施形態が示されている。本実施形態はゲート接点５を形成する１つ以上の金属層を堆積する前に、少なくとも、接点領域における高ｋ誘電体層７の堆積を含み、ここで、接点のエッチングは第一のＳｉＮの副層３と接している中間層６を貫いて施されている。接点５を形成している接触層は、このように、高ｋ誘電体層によって接点領域における第一の副層３から分離されている。
【００６９】
図５Ｃにおいて、さらに別の実施形態が説明されており、図４Ａに関連して記載されている実施形態に基づいている。例えば、図５Ａに関して記載されていることに類似して、本方法は、接点５を画定する１つ、または金属層を堆積する前に、少なくとも、接点のエッチングによって画定された接点領域において高ｋ誘電体層７の堆積を含んでいる。中間の副層６、例えばＡｌＮまたはＢＮ層が存在しているが、接点のエッチングまたは接点領域は中間の副層６を貫いて施されない。その結果、接点５は、高ｋ誘電体層７によって中間の副層６から分離されている。
【００７０】
図６において、本発明のさらに別の実施形態が説明されている。本実施形態は、図４Ａに示されている実施形態に類似している。ここで、接点のエッチングは、保護層の積層の第二の副層を貫いて、中間の副層６の最も上の表面まで行われている。その後、少なくとも接点領域（接点のエッチング工程においてエッチングされた開口の底部を含んでいる）は酸化され、それにより、少なくとも接点領域において、ＡｌＮをアルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）に変換する。次いで、接点５が、１つ以上の金属層を設けることによって形成される。
【００７１】
より具体的な処理のパラメータおよび選択肢の一例は以下に記載されており、具体的に示されていない場合は、当業者が認識し得るように上記に記載されている任意の実施形態に適用することができる。
【００７２】
例えば、能動素子の処理は、以下に記載されている種々の処理工程を含み、それは一回または繰り返しのどちらかの種々の順序で、当業者に公知の方法および作用の論理を用いて組み合せることができる。
【００７３】
エピタキシャル層の積層またはエピタキシャルの構造は、ＩｎＡｌＧａＮチャンネル層とＩｎＡｌＧａＮのバリア層とを含んでいる１つ以上の（Ｉｎ）ＡｌＧａＮの緩衝層２を含み得る。これらは、少なくとも始めの層または複数の層が結晶構造の保護層の積層（３、４、６、７、８）を用いて、インシチュにおいて覆われている。
【００７４】
ＡｌＧａＮの緩衝層は、独立して一般的に３００ｎｍの厚さ（好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の厚さ）であり、Ａｌの含有量が、一般的に０％〜１００％の間の範囲内で、好ましくは１％〜９９％の間の範囲内、より好ましくは２０％〜９０％の間の範囲内、例えば、５０％で変化する。これらの緩衝層は、例えば、インジウムといった他のＩＩＩ族の元素、選択的に含んでいてもよい。全体としてＡｌＧａＮ緩衝は、一般的に１００ｎｍ〜１０μｍの厚さ、例えば、５００ｎｍ〜５μｍの厚さである。
【００７５】
保護層の積層は、少なくともＡｌがドープされている第一のＳｉＮ層３と、Ａｌがドープされていないか、または少量のＡｌがドープされている第二のＳｉＮ層４とを含んでいる。これらのＳｉＮ層は化学量論または不定比であり得る。好ましい一例において、第一のＳｉＮ層におけるＡｌの濃度は第二のＳｉＮ層においてよりも高い。一例において、全体としてＳｉＮ層は、一般的に５０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さ、例えば、２００ｎｍの厚さである。一実施形態において、インシチュでのＳｉＮ層は、ＰＥＣＶＤ、またはＬＰＣＶＤまたはＳｉＯｘ（５００ｎｍを超える厚さについての）、またはＳｉＣ、またはダイヤモンド、または任意の他の材料または材料の積層によって、その他の処理工程より前に、外部から厚くされ得る。
【００７６】
一例において、能動素子の処理は、オーム接触５の領域を画定するための処理工程を含む。一例において、この処理は、フォトレジストの堆積とオーム接触５の領域を画定するリソグラフィ工程とから始まることによってなされる。保護層は、次に、完全に、または部分的に取り除かれる。一例において、この除去は、フッ素の化学反応に基づく乾燥エッチングシステム、例えば、エッチングガスとしてＳＦ６またはＣＦ４を用い、ＲＦ（または“平板”（platen））およびＩＣＰ（または“コイル”）のエッチング出力がそれぞれ１０Ｗおよび１５０Ｗの誘導結合プラズマシステムにおいてなされる。保護層の積層の異なる層の構成のため、異なるＳｉＮ層のエッチング速度は異なり、異なる層の間におけるエッチング選択比が得られる。これは、保護層の積層におけるＳｉＮ層の一部だけの選択的な除去を可能にする。一例において、積層における、第二のＳｉＮ層およびＡｌＮ層（後者は、さらに別の実施形態において記載されているように存在することができる）は、オーム接触の領域において取り除かれる。もう一つの方法として、完全な保護層は、オーム接触の領域において取り除くことができる。
【００７７】
一度、オーム接触５の領域が画定されると、金属層または金属層の積層は、例えば、熱蒸着により、またはスパッタリングにより、または電子ビーム蒸着により、堆積することができる。金属は、例えば、ＴｉおよびＡｌを含むことができる。一例において、ＴｉおよびＡｌは、さらに他の金属（例えば、高融点金属またはＴｉまたはＮｉ）および／またはＡｕによって覆われる。金属のパターンは、フォトレジストの上およびバリア層と接触していない金属のリフトオフを行うことによって連続的に画定される。他の一例において、フォトレジストが初めに取り除かれ、次に、ＴｉおよびＡｌを含む金属の積層が堆積され、次に、第二のフォトレジストの堆積およびフォトリソグラフィ工程を行なうことで、不要なフォトレジストを取り除いた領域における金属の積層の乾燥エッチングを可能にする。次の工程において、このようにして画定された金属のパターンは、１回以上の合金化工程、例えば、還元性ガス、または、不活性ガス（例えば、水素またはフォーミングガスまたは窒素ガスなど）中において、８００℃〜９００℃の間の温度において、１分間、連続して急速な熱焼きなまし処理に供する。
【００７８】
好ましくは、能動素子の処理は分離パターンを画定するための処理工程を含んでいる。これは、フォトレジストの堆積およびフォトリソグラフィ工程を行うことによってなされる。一例において、このようにして形成されたフォトレジストパターンは、例えば、塩素の化学反応に基づく乾燥エッチングシステム、例えば、エッチングガスとしてＣｌ２またはＢＣｌ３を用い、それぞれ５０Ｗおよび１５０Ｗのエッチング出力であるＲＦ（または“平板”（platen））およびＩＣＰ（または“コイル”）を用いた誘導結合プラズマシステムにおいて、メサのエッチングのためのマスクとして機能する。他の一例において、このようにして形成されたパターンは、例えば、窒素、ヘリウム、水素、ホウ素、鉄、またはマグネシウムを埋め込むことによる、不純物のインプラントに対するマスクとして機能する。一例において、不純物のインプラントは、例えば３０ｋｅＶの加速電圧において、Ｎ１４の６×１０１２／ｃｍ２の線量をインプラントする第一の工程、１６０ｋｅＶの加速電圧においてＮ１４の１．８×１０１３／ｃｍ２の線量をインプラントする第二の工程、および４００ｋｅＶの加速電圧においてＮ１４の２．５×１０１３／ｃｍ２の線量をインプラントする第三の工程、といった３段階のインプラント処理を使用する。他の例において、分離パターンの画定は、メサエッチングによって、または、不純物のインプラントによっての一方により、全ての保護層の積層のうちのいくつかの層の除去、例えば、エッチングガスとしてＳＦ６またはＣＦ４を用いた、誘導結合プラズマシステムにおける乾燥エッチングによって先行される。他の例において、不純物のインプラントによる分離パターンの画定は、例えば、エッチングガスとしてＳＦ６またはＣＦ４を用いた誘導結合プラズマシステムにおける乾燥エッチング保護層の積層のいくつかの層または全ての層の除去によって先行される。
【００７９】
一例において、能動素子の処理は、ゲートの最下部を規定する処理工程を含む。好ましい一例において、これは、フォトレジストの堆積に始まり、保護層を部分的に取り除くことによる、ゲート接点の最下部を規定するリソグラフィ工程によってなされる。この方法で、いくつかの保護層の積層はゲート接点の下に残存し、ゲート誘電体を形成することで、トラップ効果および漏れ電流を低下させる。一例において、この除去は、フッ素の化学反応に基づく乾燥のエッチングシステム、例えば、エッチングガスとしてＳＦ６またはＣＦ４などを用い、２０ｍトールの圧力で、ＲＦ（または“平板”）およびＩＣＰ（または“コイル”）のエッチング出力がそれぞれ１０Ｗおよび１５０Ｗである、低損傷エッチング工程を伴う、誘導結合プラズマシステムによってなされる。
【００８０】
異なる保護層の積層の構成により、異なるＳｉＮ層のエッチング速度は異なり、異なる層の間におけるエッチング選択比が得られる。これが、保護層の積層におけるＳｉＮ層の一部のみの選択的な除去を可能にする。好ましい例において、第二のＳｉＮ層（ドープされていないか、または、より少量でドープされているＳｉＮ層）のみが、ゲートの最下部の領域において取り除かれる。この方法で、第一のＳｉＮ層およびＡｌＮ層はゲート接点の下に残存し、ゲート誘電体を形成することで、トラップ効果および漏れ電流を低下させる。一例において、保護層の積層の第二のＳｉＮ層のみの部分的な除去の後、再生工程が行なわれ、フォトレジストが取り除かれ、存在しているのであれば、ＡｌＮ層が、一実施形態に従って、例えば、アンモニアまたは水素または酸素または窒素またはオゾン中における、３００℃〜６００℃の温度での熱焼きなましによって、あるいは、アンモニアまたは水素または酸素または窒素またはオゾンの化学反応におけるプラズマ処理によって、あるいは、ＡｌＮ層の一部の上の部分的なエッチバックによって、再生または変換工程に供される。
【００８１】
別の例において、第二のＳｉＮ層、および、存在するのであれば一実形態にしたがって、ＡｌＮの両方が、ゲートの最下部の領域において取り除かれる。この方法において、第一のＳｉＮ層はゲート接点の下に残存し、ゲート誘電体を形成することでトラップ効果および漏れ電流を低下させる。任意の再生工程が、保護層の積層の第二のＳｉＮ層およびＡｌＮ層の両方を部分的に除去した後に行われ、フォトレジストが取り除かれ、露出した第一のＳｉＮ層は、例えば、アンモニアまたは水素または酸素または窒素またはオゾン中における３００℃〜６００℃の温度での熱焼きなましによって、あるいは、アンモニアまたは水素または酸素または窒素またはオゾンの化学反応におけるプラズマ処理によって、あるいは、第一のＳｉＮ層の一部の上の部分的なエッチバックによって、または前述の処理の組み合わせによって再生または変換工程に供される。
【００８２】
一例において、再生工程の後に、フォトレジストの堆積工程およびリソグラフィ工程が、ゲートの最下部に対して適切に位置合わせされて実行される。その後、ゲートの金属積層が堆積される（例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＷＮ、またはＴｉＮを含み、かつＡｌ、Ａｕ、またはＣｕによって覆われる）。金属パターンは、バリア層に接触せずに、フォトレジスト上の金属のリフトオフを実行することによって、連続して規定される。好ましい例において、再生工程の後に、ゲートの金属積層が堆積される（例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＷＮ、またはＴｉＮを含み、かつ、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕによって覆われる）。その後、フォトレジストの堆積工程およびリソグラフィ工程が、ゲートの最下部に対して適切に位置合わせされて実行される。このようにして画定されたフォトレジストパターンは、金属積層のドライエッチングが不要な領域において、当該ドライエッチングを行うときのマスクとして機能する。続いて、フォトレジストは除去される。
【００８３】
一例において、再生工程の後、金属の堆積の前に、高ｋ誘電体（high-ｋ誘電体）として別の誘電体層（例えば、アルミニウム酸化物、またはＨｆ酸化物、またはジルコニウム酸化物など）が、堆積または形成される。
【００８４】
一例において、能動素子の処理は、付加的な保護層を加えるための処理工程を含む。一例において、保護層は、例えばＬＰＣＶＤ、またはＰＥ−ＣＶＤ、またはＩＣＰ−ＣＶＤを用いて堆積させられたＳｉＮまたはＳｉ酸化物を含んでいる。一例において、フォトリソグラフィ工程および保護層のエッチング（例えば、ＨＦまたは緩衝化ＨＦにおけるウェットエッチング、またはフッ素の化学作用におけるＲＩＥまたはＩＣＰのプラズマ器具でのドライエッチング）を行うことによって、素子端子を剥き出しにするための開口部を保護層に形成する。
【００８５】
好ましい実施形態によれば、能動素子の処理は、当業者にとって公知の方法を用いて、付加的な金属の相互接続層を画定する工程を含み、ゲート電流、ソース電流およびドレイン電流にとっての低抵抗の電流経路を可能にする。
【００８６】
本発明は、記載された方法における、手段および／または処理の工程の詳細な特徴に限定されるものではなく、そのような手段および方法は多様化し得ることを理解されるべきである。本明細書中おいて使用されている技術は、特定の実施形態を記載する目的のみのためであり、限定する意図がないことも理解されるべきである。明細書および添付された特許請求の範囲において使用されているように、単数形は、「ａ」、「an」によって構成され、「the」は、文脈が別の方法によって明確に示していなければ、単数形および／または複数形を指示対象に含むことを意味する。さらに、パラメータの範囲は数値によって限定されないように与えられたものであり、その範囲はこれらを限定する数値を含んでいるものと見做されることも、念のため理解されるべきである。
【００８７】
上述の詳細な実施形態における構成要素および特徴の特定の組合せは模範のみである。当業者が理解し得るように、本明細書中に記載された事項の変形、変更および他の実施は、請求項に係る発明の精神および範囲から逸脱することなく、技術的に通常の技能を有する者に想到できる。従って、上述の明細書は、ほんの一例であり、限定として意図されていない。本発明の範囲は、以下に続く特許請求の範囲およびそれに加えられる均等において特定される。さらには、明細書および特許請求の範囲において使用されている引用符号は特許請求の範囲に係る発明の範囲を限定するものではない。
【図１】
2015513793.tif 000003
【図２】
2015513793.tif 000004
【図３】
2015513793.tif 000005
【図４Ａ】
2015513793.tif 000006
【図４Ｂ】
2015513793.tif 000007
【図５Ａ】
2015513793.tif 000008
【図５Ｂ】
2015513793.tif 000009
【図５Ｃ】
2015513793.tif 000010
【図６】
2015513793.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月15日(2013.5.15)
【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】
２次元電子ガスを特徴とするＩＩＩ−Ｎ層の積層を含んでいる素子であって：
ＩＩＩ−Ｎ層と；
上記ＩＩＩ−Ｎ層の上に、Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層と；
Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の上に保護層とを含んでおり、
上記保護層は、窒化珪素（ＳｉＮ）を含んでおり；
ここで、上記保護層は、上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の界面において十分な結晶性構造の副層を含んでおり、
上記十分な結晶性構造の副層の少なくとも一部がＡｌおよび／又はＢを含んでいる、素子。
【請求項２】
上記十分な結晶性構造の副層は、少なくとも、少数の結晶性構造の単層を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
上記十分な結晶性構造の副層は、０．１〜２０ｎｍの厚さである、請求項２に記載の素子。
【請求項４】
上記十分な結晶性構造の副層は、完成した上記層の全体にＡｌおよび／またはＢを含んでいる、前述の請求項の何れか１項に記載の素子。
【請求項５】
上記十分な結晶性構造の副層の少なくとも一部、または、上記十分な結晶性構造の副層の前部は、Ａｌおよび／またはＢをドープされており、上記十分な結晶性構造の副層のＡｌまたはＢの濃度は、例えば、約１ｅ１５／ｃｍ３の不純物のレベルから始まり、１０〜２０％（約１ｅ２３／ｃｍ３）の実質的な合金の濃度までである、前述の請求項の何れか１項に記載の素子。
【請求項６】
上記保護層は、上記十分な結晶性構造の副層の上に、さらに、第二のＳｉＮ副層を含んでおり、
上記第二のＳｉＮ副層は、Ａｌを含んでないか、Ｂを含んでないか、又は、ＡｌおよびＢのいずれも含んでいない、前述の請求項の何れか１項に記載の素子。
【請求項７】
上記保護層は、上記十分な結晶性構造の副層の上に、さらに、第二のＳｉＮ副層を含んでおり、
上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌを含んでおり、
ここで、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌを含んでおり、
例えば、ここで、上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌをドープされている、請求項１から５のいずれか１項に記載の素子。
【請求項８】
上記保護層は、上記十分な結晶性構造の副層の上に、さらに、第二のＳｉＮ副層を含んでおり、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂを含んでおり、
ここで、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢを含んでおり、
例えば、ここで、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、上記十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢをドープされている、請求項１から５のいずれか１項に記載の素子。
【請求項９】
上記十分な結晶性構造の副層と上記第二のＳｉＮ副層との間において、ＡｌＮ層またはＢＮ層を、さらに含んでいる、請求項６〜８の何れか１項に記載の素子。
【請求項１０】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を、さらに含んでおり、
貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、上記ゲート接点は、上記十分な結晶性構造の副層に接触している、請求項６〜９の何れか１項に記載の素子。
【請求項１１】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を、さらに含んでおり、上記ゲート接点は、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層に接触している、請求項９に記載の素子。
【請求項１２】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて十分に伸びており、
貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、高ｋ誘電体層によって、上記十分な結晶性構造の副層から分離されている、少なくとも１つのゲート接点をさらに含んでいる、請求項６〜１１の何れか１項に記載の素子。
【請求項１３】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて十分に伸びており、
高ｋ誘電体層によって、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層から分離されている、少なくとも１つのゲート接点をさらに含んでいる、請求項９に記載の素子。
【請求項１４】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて十分に伸びており、
Ａｌ酸化物層によって、上記十分な結晶性構造の副層から分離されており、
上記Ａｌ酸化物層は、上記ＡｌＮと同じレベルである、少なくとも１つのゲート接点をさらに含んでいる、請求項９に記載の素子。
【請求項１５】
上記ＩＩＩ−窒化物は、ＧａＮであり、
上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎは、ＩｎＡｌＧａＮであり、
上記ＩＩＩ族の元素の組成比は、ｌｎがｘ、Ａｌがｙ、Ｇａが１−ｘ−ｙである場合、ｘおよびｙは、０〜１の間の値である、前述の請求項の何れか１項に記載の素子。
【請求項１６】
上記保護層は、十分な結晶性構造であり、Ａｌおよび／またはＢを含んでいる、請求項１に記載の素子。
【請求項１７】
上記保護層は、十分な結晶性構造であり、Ａｌをドープされている、および／または、Ｂをドープされており、上記十分な結晶性構造の副層のＡｌまたはＢの濃度は、例えば、約１ｅ１５／ｃｍ３の不純物のレベルから始まり、１０〜２０％（約１ｅ２３／ｃｍ３）の実質的な合金の濃度までである、請求項１６に記載の素子。
【請求項１８】
上記保護層の厚さの合計は、２００ｎｍ以上である、前述の請求項の何れかに記載の素子。
【請求項１９】
２次元電子ガスを特徴とするＩＩＩ−Ｎ層の積層を含んでいる素子を製造するための方法であって：
ＩＩＩ−Ｎ層を設けることと；
上記ＩＩＩ−Ｎ層の上に、Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層を設けることと；
Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の上に保護層を設けることとを含み、
上記保護層は、窒化珪素（ＳｉＮ）を含んでおり；
ここで、上記保護層を設けることは、上記Ａｌ−ＩＩＩ−Ｎ層の界面における十分な結晶性構造の副層であって、少なくとも一部がＡｌおよび／又はＢを含んでいる、上記十分な結晶性構造の副層を設けることを含む、方法。
【請求項２０】
上記保護層を設けることは、上記十分な結晶性構造の副層の上に、第二のＳｉＮ副層を設けることを含み、
上記第二のＳｉＮ副層は、Ａｌを含んでないか、Ｂを含んでないか、又は、ＡｌおよびＢのいずれも含んでいない、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記保護層を設けることは、上記十分な結晶性構造の副層の上に、第二のＳｉＮ副層を設けることを含み、
上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌを含んでおり、
ここで、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌを含んでおり、
例えば、ここで、上記十分な結晶性構造の副層は、Ａｌをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＡｌをドープされている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
上記保護層を設けることは、上記十分な結晶性構造の副層の上に、第二のＳｉＮ副層を設けることを含み、
上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂを含んでおり、
ここで、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢを含んでおり、
例えば、ここで、上記十分な結晶性構造の副層は、Ｂをドープされており、上記第二のＳｉＮ副層は、十分な結晶性構造の副層よりも少ないＢをドープされている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
上記十分な結晶性構造の副層と上記第二のＳｉＮ副層との間において、ＡｌＮ層またはＢＮ層を設けることをさらに含んでいる、請求項１９〜２２の何れか１項に記載の方法。
【請求項２４】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びている、少なくとも１つのゲート接点を設けることを、さらに含んでおり、
貫く上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、上記ゲート接点は、上記十分な結晶性構造の副層に接触している、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて伸びる、少なくとも１つのゲート接点を設けることを、さらに含み、上記ゲート接点は、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層に接触している、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて接点のエッチングを行ない、上記ＡｌＮ層またはＢＮ層が存在する場合、ここで、上記十分な結晶性構造の副層に接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域に高ｋ誘電体層を設けることと；
上記高ｋ誘電体層の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて接点のエッチングを行ない、ここで、上記十分な結晶性構造の副層に接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域に高ｋ誘電体層を設けることと；
上記高ｋ誘電体層の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
上記十分な結晶性構造の副層と上記第二のＳｉＮ副層との間において、ＡｌＮ層が設けられており、
上記第二のＳｉＮ副層を貫いて接点のエッチングを行ない、ここで、接点領域を画定することと；
少なくとも、上記接点領域において、上記ＡｌＮを酸化することと；
上記酸化された接点領域の上の上記接点領域に接点を設けることとを、さらに含む、請求項２３に記載の方法。
【国際調査報告】
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