(57)【要約】【課題】エンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタ及びその製造方法（Enhancement-Mode High-Electron-Mobility Transistor and the Manufacturing   Method Thereof）の提供。【解決手段】本発明のエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタ及びその製造方法は、基板上にエピタキシャル成長させる緩衝層と、前記緩衝層上に形成し、しかもＰ型及びＮ型の半導体層を交差堆積して形成されるP-N接合面堆積と、前記緩衝層上に形成し、しかもそれぞれをP-N接合面堆積の両側に配置するソース及びドレインと、前記P-N接合面の堆積上に形成するゲートとを含むことによりなる。【選択図】図１
2012028725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にエピタキシャル成長させる緩衝層と、
前記緩衝層上に形成し、しかもＰ型及びＮ型の半導体層を交差堆積して形成されるP-N接合面堆積と、
前記緩衝層上に形成し、しかもそれぞれをP-N接合面堆積の両側に配置するソース及びドレインと、
前記P-N接合面の堆積上に形成するゲートとを含むことによりなることを特徴とするエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタ。
【請求項２】
前記緩衝層は多層構造とし、しかも各層の材質は、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、或いは前記材質の組み合わせより選択することを特徴とする請求項１記載のトランジスタ。
【請求項３】
前記緩衝層の構造は、上から下へと順に窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、或いは窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウムとすることを特徴とする請求項２記載のトランジスタ。
【請求項４】
前記ソース及びドレインの材質は、チタン、アルミニウム、タングステン、ニッケル、金より選択することを特徴とする請求項１記載のトランジスタ。
【請求項５】
前記P-N接合面の材質は、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウムより選択することを特徴とする請求項１記載のトランジスタ。
【請求項６】
緩衝層を備える基板を用意し、
前記緩衝層上にP-N接合面堆積を形成し、しかも前記P-N接合面堆積はＰ型及びＮ型の半導体層を交差堆積して形成し、
予め設定したゲート区域以外のP-N接合面堆積を除去し、
ソース及びドレインとを前記緩衝層上に形成し、且つそれぞれを前記予め設定したゲート区域の両側に配置し、
前記P-N接合面堆積上にゲートを形成するステップを含むことを特徴とするエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記緩衝層は多層構造とし、しかも各層の材質は、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、或いは前記材質の組み合わせより選択することを特徴とする請求項６記載のトランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記緩衝層の構造は、上から下へと順に窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、或いは窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウムとすることを特徴とする請求項７記載のトランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記ソース及びドレインの材質は、チタン、アルミニウム、タングステン、ニッケル、金より選択することを特徴とする請求項６記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記P-N接合面の材質は、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウムより選択することを特徴とする請求項６記載のトランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタ（High-Electron-Mobility Transistor, HEMT）技術に関し、特に、P-N接合面を多層堆積することによりスレッショルド電圧を高めるエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタ及びその製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム高電子移動度トランジスタは、高出力パワー、高ブレークダウン電圧、耐高温などの特性を有する故に、近年、ハイパワー部材に応用されている。しかし、当該構造中の窒化ガリウム／窒化アルミニウムガリウムが大量の極性電荷を有し、二次元電子ガス（Two-Dimensional Electron Gas, 2DEG）を形成するため、この種のトランジスタは通常、ディプリーションモード（Depletion Mode）で操作され、ノーマリーオンタイプ（Normally On type）のトランジスタに属し、そのスレッショルド電圧（Threshold Voltage, VT）をマイナス値とする。よって、この種のトランジスタはゲートバイアスがゼロとなる状況において依然として電流を導通し続けるため、定額外のパワー損失を招く。また、高パワー部材の導通異常が発生し易く、回路の誤動作を引き起こす。
【０００３】
現在、地球環境保護意識が高まり、電動車が非常に注目を集める中、高パワーの高電子移動度トランジスタは更に電動車のパワー回路の中での不可欠な電子部材となった。車載用回路は通常、高バイアスの下で操作する必要性があることから、この種の環境は瞬間的にパルス電圧に従い、トランジスタは予期せずに導通し、車両の安全性に影響を及ぼすこともある。公知技術には既に、深い窪みのあるゲート構造（Deeply Recessed Gate）或いは四フッ化炭素（CF4）プラズマ処理によるエンハンスメントモード（Enhancement Mode）の窒化ガリウム高電子移動度トランジスタの製作が提出されており、ノーマリーオフタイプ（Normally Off）の操作特性のために、そのスレッショルド電圧は最高+0.9 Vまで高めることは可能であるが、実際に応用する回路の要求にはやはり不足する。また、深い窪みのあるゲート構造には表面エッチング工程を導入しなければならず、四フッ化炭素のプラズマ処理方法においてはプラズマによってフッ素イオンを部材に導入する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、前記二種類の方法はトランジスタの表面状態（Surface State）の密度を高め、トランジスタの効果や信頼性に影響を及ぼす欠点をもつ。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の公知技術の欠点を解決するために、本発明の一つの目的は、公知技術の深い窪みのあるゲート構造或いは四フッ化炭素プラズマ処理方法においてエンハンスメントモードの窒化ガリウムトランジスタの効果が思わしくない問題点を改善する。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、エンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタのスレッショルド電圧を大幅に向上させることにある。
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に開示したエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタは、基板上にエピタキシャル成長させる緩衝層と、前記緩衝層上に形成し、しかもＰ型及びＮ型の半導体層を交差堆積して形成するP-N接合面堆積と、前記緩衝層上に形成し、しかもそれぞれをP-N接合面堆積の両側に配置するソースとドレインと、前記P-N接合面の堆積上に形成するゲートとを含むことによりなる。
【０００８】
また、本発明に別に開示したエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタの製造方法においては、次のステップを含む。即ち、緩衝層を備える基板を用意し、前記緩衝層上にP-N接合面堆積を形成し、前記P-N接合面堆積はＰ型及びＮ型の半導体層を交差堆積して形成し、予め設定したゲート区域以外のP-N接合面堆積を除去し、ソース及びドレインとを前記緩衝層上に形成し、且つそれぞれを前記予め設定したゲート区域の両側に配置し、前記P-N接合面堆積上にゲートを形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタ及びその製造方法は、公知技術のエンハンスメントモードの窒化ガリウムトランジスタの問題点を改善し、P-N接合面を多層堆積することによりスレッショルド電圧を大幅に向上させる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタの一実施例に関する構造断面図である。
【図２】本発明の他の一実施例であるエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタの製造方法に関するフローである。
【図３】本発明の実施例を公知の電界効果トランジスタに整合させた部材構造に応用した場合の作業の流れ図である。
【図４】本発明の実施例を公知の電界効果トランジスタに整合させた部材構造に応用した場合の作業の流れ図である。
【図５】本発明の実施例を公知の電界効果トランジスタに整合させた部材構造に応用した場合の作業の流れ図である。
【図６】本発明の実施例を公知の電界効果トランジスタに整合させた部材構造に応用した場合の作業の流れ図である。
【図７】本発明の実施例を公知の電界効果トランジスタに整合させた部材構造に応用した場合の作業の流れ図である。
【図８】本発明の実施例を公知の電界効果トランジスタに整合させた部材構造に応用した場合の作業の流れ図である。
【図９】本発明の実施例を公知の電界効果トランジスタに整合させた部材構造に応用した場合の作業の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
貴庁審査委員の方々に本発明の特徴、目的及び効果を更に御理解戴くために、次に図面を組み合わせた詳細説明を行う。
【実施例】
【００１２】
図１には本発明に関する複数のP-N接合面を備えたエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタの構造断面図を示す。図に示す通り、本実施例のエンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタ１０は、その構造上に、多層に堆積した基板１１と緩衝層１２とソース１３及びドレイン１４と複数のP-N接合面１５と、ゲート１６とを備える。前記基板１１はその上に構築する半導体部材を支えるためのもので、その材料は特別限定せず、ヒ化ガリウム（GaAs）、窒化ガリウム（GaN）、ケイ素（Si）、炭化ケイ素（SiC）、サファイヤ（Sapphire）、或いはその他の半導体材料とする。多層構造の緩衝層１２は基板11上にエピタキシャル成長させ、各層は上から下へと順に窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）、窒化ガリウム、窒化アルミニウム（AlN）とし、その最上層の窒化アルミニウムガリウム層及び窒化ガリウム層間にウェル（well）を形成して半導体部材及び電界効果トランジスタチャネル（Channel）の構築区を提供する。前記緩衝層は、前記基板及び部材構築区間の材料との結晶マッチングがうまくいかず部材の製造や特性に影響を及ぼすのを適度に緩和する。緩衝層12の材質は、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、或いは上記材質の組み合わせによるものとする。ソース１３及びドレイン１４はそれぞれ前記緩衝層１２及びトランジスタチャネルの両側に形成し、金属材質とし、例えばチタン（Ti）、アルミニウム（Al）、タングステン（W）、ニッケル（Ni）、或いは金（Au）を用いるが、これに制限されないものとする。
【００１３】
エンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタのスレッショルド電圧を効果的に高めるために、本実施例はトランジスタチャネルに位置する緩衝層１２上にP-N接合面１５を成長させ、下層をP-N接合面のＮ型区１５１、上層をP-N接合面のＰ型区１５２の半導体とし、前記材質にはヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、或いは窒化アルミニウムガリウムを用い、エピタキシャル成長法或いは化学気相成長法によって成長させるが、これに制限されないものとし、その他の半導体材料及び製造工程を採用することも可能である。単一のP-N接合面の内蔵電圧が約0.7Vである故、公知の電界効果トランジスタとの整合である場合、トランジスタの導通に必要なスレッショルド電圧を約0.7Vに高めることが可能である。特定応用の回路において、トランジスタが異常起動するのを避けるために、M個のP-N接合面１５を緩衝層上に多層堆積した本実施例のトランジスタは、トランジスタのスレッショルド電圧を0.7Vの整数倍、或いは0.7×MVに高めることができる。例えば、もしトランジスタのスレッショルド電圧を50Vにしたい場合、72個のP-N接合面を緩衝層上に多層堆積する構造に設計すると、スレッショルド電圧を約50Vに高めることができる。M値の選択は実際の需要に応じて設定し、一定の限定を設けない。最後に、ゲート１６は前記P-N接合面の堆積上に形成すると、高スレッショルド電圧の高電子移動度トランジスタを達成する。前記ゲート１６の材質は白金（Pt）、アルミニウム、チタン（Ti）、金、窒化タングステン（WNX）、或いは上記材質の組み合わせとする。ソース１３或いはドレイン１４はP-N接合面１５との堆積と距離をおく。
【００１４】
本発明は他の実施例において、エンハンスメントモードの高電子移動度トランジスタの製造方法を提供する。そのステップの流れは図２に示す通りである。まず、ステップ２１では緩衝層を備える基板を用意し、前記基板の材質は特に限定せず、例えば、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ケイ素、炭化ケイ素、サファイヤ、或いはその他の半導体材質とし、前記緩衝層の材質にはヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、及び前記材質を多層に組み合わせたものを用い、例えば、上から下へと順に窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、或いは窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウムとする。次に、ステップ２３では、複数のP-N接合面を形成して前記緩衝層上に多層堆積する。その内の単一のP-N接合面の下層はN型、且つ上層をP型の半導体とし、その材質にはヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、或いは窒化アルミニウムガリウムを用い、エピタキシャル成長法或いは化学気相成長法によって成長させるが、これに限定されないものとし、その他の半導体材質及び製造工程を採用することも可能である。更に次のステップ２５では、ゲートの予め設定した区域外のP-N接合面堆積を除去する。除去にはフォトリソグラフィ（Photolithography）或いはその他の半導体製造技術を採用可能である。また、ステップ２７では、前記緩衝層上、及び予め設定したゲート区域の両側にそれぞれソース及びドレインとを形成し、それは金属材質とし、例えばチタン、アルミニウム、タングステン、ニッケル、或いは金を用いるが、これに限定されないものとする。最後にステップ２９では、前記P-N接合面堆積の上にゲートを形成し、高スレッショルド電圧の高電子移動度トランジスタを完成させる。前記ゲートの材質は白金、アルミニウム、チタン、金、窒化タングステン、或いは上記材質の組み合わせとする。前記ソース或いはドレインはP-N接合面との堆積と距離をおく。
【００１５】
本発明の他の実施例は、公知のディプリーションモード或いはエンハンスメントモードの電界効果トランジスタと整合させたもので、トランジスタのスレッショルド電圧を更に向上させることが可能である。次に例を挙げて説明する。まず、図３に示した窒化アルミニウムガリウム１２２／窒化ガリウム１２１をエピタキシャル成長させる基板１１には、フォトリソグラフィ法によってフォトレジスタ１８をゲート区域に設定する。続いて、図４に示す通り、四フッ化炭素プラズマ処理を行い、フッ素イオンを窒化アルミニウムガリウム１２２のチャネル層内に進入させ、ディプリーションチャネル中の電荷によってトランジスタはエンハンスメントモードの電界効果トランジスタとなる。続いて図５に示す通り、フォトレジスタ１８を除去し、P-N接合面１５の多層堆積を成長させる。このようにしてフッ素イオンのディプリーションチャネル中の電荷の長所、及び結合するP-N接合面を多層堆積させてトランジスタのスレッショルド電圧効果を高める。続いて、トランジスタのゲート区域以外のP-N接合面堆積を除去する。図６に示す通り、スレッショルド電圧を制御するために、ゲート下方のP-N接合面堆積を残す。次に、トランジスタのソース１３及びドレイン１４の製作を図７に示す。続いて、図８に示す通り、フォトリソグラフィによってフォトレジスタ層をゲート区域に設け、蒸着金属層はゲート１６及び前記P-N接合面のオーム接触とする。最後に金属剥離（Lift-Off）技術により、アセトンを使った超音波振動法で余分なフォトレジスタを剥離させると、図９に示す如き、P-N接合面を多層堆積したエンハンスメントモードの電界効果トランジスタが完成する。
【００１６】
上述したものは本発明の実施例に過ぎず、これによって本発明の特許請求の範囲を制限することはできない。よって、本発明の特許請求の範囲に基づいてなされた同等価値のある変化及び修飾において本発明の意義が消失されず、本発明の精神及び特許請求の範囲を逸脱していない場合は、本発明の別の実施例として見做すものとする。    
【符号の説明】
【００１７】
１０    トランジスタ
１１    基板
１２    緩衝層
１２１  緩衝層の窒化ガリウム１２１
１２２  緩衝層の窒化アルミニウムガリウム１２２
１３    ソース
１４    ドレイン
１５    P-N接合面
１５１  P-N接合面のＮ型区
１５２  P-N接合面のＰ型区
１６    ゲート
１７    P-N接合面堆積
１８    フォトレジスタ
【図１】
2012028725.tif 000003
【図２】
2012028725.tif 000004
【図３】
2012028725.tif 000005
【図４】
2012028725.tif 000006
【図５】
2012028725.tif 000007
【図６】
2012028725.tif 000008
【図７】
2012028725.tif 000009
【図８】
2012028725.tif 000010
【図９】
2012028725.tif 000011