(57)【要約】      （修正有）【課題】オン抵抗の小さい、ノーマリオフ型窒化ガリウム系ＨＥＭＴを提供する。【解決手段】デバイスは、トランジスタのチャネルとして機能するように構成されガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含む、基板１０２上に配置されたバッファ層１０４、該チャネルに可動電荷キャリアを供給するように構成されアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）を含む、バッファ層１０４上に配置されたバリア層１０６と、該チャネル内で電荷を誘導するように構成されアルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）を含む、バリア層上に配置された電荷誘導層１０８と、該電荷誘導層１０８に配置され、該バリア層１０６に接続されてチャネルを制御するゲート端子１１８と、を備える。【選択図】図１
2013247363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタのチャネルとして機能するように構成されガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含む、基板上に配置されたバッファ層と、
前記チャネルに可動電荷キャリアを供給するように構成されアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）を含む、前記バッファ層上に配置されたバリア層と、
前記チャネル内で電荷を誘導するように構成されアルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）を含む、前記バリア層上に配置された電荷誘導層と、
前記電荷誘導層に配置され、前記バリア層に接続されて前記チャネルを制御するゲート端子と、を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記電荷誘導層は第１のバンドギャップエネルギーを有し、
前記バリア層は第２のバンドギャップエネルギーを有し、
前記第１のバンドギャップエネルギーは第２のバンドギャップエネルギーより大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電荷誘導層は第１の分極を有し、
前記バリア層は第２の分極を有し、
前記第１の分極は前記第２の分極より大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記バリア層の厚みは、前記ゲート端子と前記バッファ層間に配置されたゲート領域における二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の形成を阻止するものであり、
前記ゲート端子は、電力増幅のエンハンスメントモード（ｅモード）高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）スイッチデバイスのスイッチングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
アルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）を含み、前記電荷誘導層上に配置されたキャップ層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記バッファ層は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、
前記バリア層と前記キャップ層は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）（ｘはそれぞれの成分の相対量を表わし、０．２以下）を含み、
前記電荷誘導層は窒化アルミニウムインジウム（ＩｎｙＡｌ１−ｙＮ）（ｙはそれぞれの成分の相対量を表し、０．２以下）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記バリア層の厚みは３０Å以上であり、
前記電荷誘導層の厚みは３０Å以下であり、
前記キャップ層の厚みは１０，０００Å以下であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ゲート端子は、前記バリア層の材料に接続されてショットキー接合を形成するゲート電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ゲート端子は、ゲート電極と、前記バリア層の材料に接続されて金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）接合を形成するゲート絶縁体と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記電荷誘導層に接続されたソースと、
前記電荷誘導層に接続されたドレインと、をさらに備え、前記ソースと前記ドレインは、前記電荷誘導層と前記バリア層を経由して前記バッファ層内に延在することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記電荷誘導層上に配置されて前記ゲート端子の一部分を封入する誘電体材料をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ゲート端子はＴ形フィールドプレートゲートであり、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）または金（Ａｕ）を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記誘電体材料上に配置され、それを経由して、前記ソースに電気的に接続され、また、前記ゲート端子に容量接続されたフィールドプレートをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
シリコン（Ｓｉ），炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド（Ｃ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む基板をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記バッファ層は前記基板にエピタキシャル接続され、
前記バリア層は前記バッファ層にエピタキシャル接続され、
前記電荷誘導層は前記バリア層にエピタキシャル接続されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記バッファ層、前記バリア層あるいは前記電荷誘導層は、複数の槽で構成されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
トランジスタのチャネルとして機能するように構成されガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含むバッファ層を基板上に形成するステップと、
前記チャネルに可動電荷キャリアを供給するように構成されアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）を含むバリア層を前記バッファ層上に形成するステップと、
前記チャネル内で電荷を誘導するように構成されアルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）を含む電荷誘導層を前記バリア層上に形成するステップと、
前記電荷誘導層に配置され、前記バリア層に接続されて前記チャネルを制御するゲート端子を形成するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記バッファ層を形成するステップは、バッファ層材料を前記基板上にエピタキシャル堆積するステップを備え、
前記バリア層を形成するステップは、バリア層材料を前記バッファ層上にエピタキシャル堆積するステップを備え、
前記電荷誘導層を形成するステップは、電荷誘導層材料を前記バリア層上にエピタキシャル堆積するステップを備え、前記電荷誘導層は第１の分極を有し、前記バリア層は第２の分極を有し、前記第１の分極は前記第２の分極より大きいことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電荷誘導層を形成するステップは、電荷誘導層材料を前記バリア層上にエピタキシャル堆積するステップを備え、前記電荷誘導層は第１のバンドギャップエネルギーを有し、前記バリア層は第２のバンドギャップエネルギーを有し、前記第１のバンドギャップエネルギーは第２のバンドギャップエネルギーより大きいことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
キャップ層材料を前記電荷誘導層上にエピタキシャル堆積することによって、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）を含むキャップ層を前記電荷誘導層上に形成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記バッファ層材料は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、
前記バリア層材料および前記キャップ層材料は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）（ｘは、それぞれの成分の相対量を表わし、０．２以下）を含み、
前記電荷誘導層材料は、窒化アルミニウムインジウム（ＩｎｙＡｌ１−ｙＮ）（ｙはそれぞれの成分の相対量を表し、０．２以下）を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記バリア層を形成するステップによって、６０Å以下のバリア層厚みが得られ、
前記電荷誘導層を形成するステップによって、３０Å以下の電荷誘導層厚みが得られ、
前記キャップ層を形成するステップによって、１０，０００Å以下のキャップ層厚みが得られることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記バリア層厚みによって、前記ゲート端子と前記バッファ層間に配置されたゲート領域における二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の形成が阻止され、
前記ゲート端子は、エンハンスメントモード（ｅモード）高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）デバイスのスイッチングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記ゲート端子を形成するステップは、前記キャップ層の一部分を除去して電荷誘導層を露出させるステップを備えることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２５】
前記キャップ層の材料を除去するステップは、ホウ素塩化物（ＢＣｌ３）または塩素（Ｃｌ２）を用いて、前記キャップ層材料を選択的にエッチングするステップを備え、
前記電荷誘導層の一部分を除去するステップは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いて、前記電荷誘導層材料を選択的にエッチングするステップを備えることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記電荷誘導層の一部分を除去するステップによって前記バリア層を露出させ、
前記バリア層は、電荷誘導層材料の選択的エッチングのためのエッチング停止層として機能することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ゲート端子を形成するステップは、キャップ層材料と前記電荷誘導層が除去された領域に、前記バリア層の材料に接続されてショットキー接合を形成するゲート電極材料を堆積するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ゲート端子を形成するステップは、前記電荷誘導層の一部分を除去してゲート絶縁体を形成することにより露出される前記電荷誘導層材料を選択的に酸化させるステップと、
ゲート電極材料を前記ゲート絶縁体上に堆積するステップであって、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁体は前記バリア層材料に接続されて金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）接合を形成するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記電荷誘導層に接続されたソースおよびドレインを形成するステップであって、前記ソースと前記ドレインは、前記電荷誘導層と前記バリア層を経由して前記バッファ層内に延在するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ゲート端子の一部分を封入する誘電体材料を前記電荷誘導層上に堆積するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、前記ゲート端子はＴ形フィールドプレートゲートであり、
前記方法は、前記誘電体材料を経由して、前記ソースに電気的に接続され、また、前記ゲート端子に容量接続されたフィールドプレートを、前記誘電体材料上に形成するステップをさらに備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、広くは集積回路分野に関し、具体的には電荷誘導層を有するＩＩＩ族窒化物トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などのＩＩＩ族窒化物系トランジスタは、典型的には、トランジスタ内の電流を低減するために、電源電圧に対して負のゲート電圧が用いられるデプレションモード（Ｄモード）デバイスである。しかしながら、トランジスタ内に電流を供給するあるいはその電流を高めるために、電源電圧に対して正のゲート電圧が用いられるエンハンスメントモード（Ｅモード）デバイス（「常時オフデバイス」とも呼ばれる）は、パワースイッチングなどの用途には好適であり得る。Ｅモードデバイスは、供給層の厚みが臨界厚みより小さくなるようにして、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）がゲート下の導電性チャネル内に生じないように制御する（例えば、トランジスタのゲートの外部電圧が印加されていない場合、あるいはゲート電圧とソース電圧とが等しい場合）ことによって製造される。該ゲートに隣接する領域内のより高い電荷密度は、こうしたトランジスタのオン抵抗の低減化には好適であり得る。しかしながら、高電荷密度が得られる供給層を用いて電荷密度を上げるには、例えばＧａＮ系ＨＥＭＴなどにおける供給層の臨界厚みを小さくすることが必要であり得る。例えば、高電荷密度を得るように供給層を設計する場合、その層の臨界厚みより小さい厚みは余りにも小さすぎて、現在の製造設備では信頼性を持って製造することはでき得ない。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
以下の詳細な説明と添付図面とによって実施形態は容易に理解されるであろう。説明を容易にするために、同じ符号は同じ構成要素を示す。実施形態は例示として示されるものであり、添付図面の形状を限定するものではない。
【０００４】
【図１】種々の実施形態によるデバイスの横断面図である。
【図２】種々の実施形態による、広範なバリア層材料例に対するチャネル電荷密度（ｎｓ）とバリア厚みとの関係を示すグラフである。
【図３】種々の実施形態による、基板上への層スタック形成後のデバイスの概略横断面図である。
【図４】種々の実施形態による、ソースとドレイン形成後のデバイスの概略横断面図である。
【図５】種々の実施形態による、ゲート形成後のデバイスの概略横断面図である。
【図６】種々の実施形態による、一体型フィールドプレートを有するゲート形成後のデバイスの概略横断面図である。
【図７】種々の実施形態による、付加的なソース−接続フィールドプレート形成後のデバイスの概略横断面図である。
【図８】種々の実施形態による、デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図９】種々の実施形態による、デバイスを備えるシステム例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本開示の実施形態によって、電荷誘導層を有するＩＩＩ族窒化物トランジスタの技術および方法が提供される。以下の詳細な説明では、本明細書の一部を成す添付図面を参照する。図面中、同じ符号は同じ部品を示し、本開示の主題が実施され得る実施形態が例示される。他の実施形態を用いることも可能であり、また、構造や論理的な変更が本開示の範囲を逸脱することなく可能であることは理解されるべきである。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味で捉えられるものではなく、実施形態の範囲は、添付の請求項およびその均等物によって画定されるものである。
【０００６】
本開示の目的のために、「ＡおよびまたはＢ」は、（Ａ）、（Ｂ）または（ＡおよびＢ）を意味する。本開示の目的のために、「Ａ、ＢおよびまたはＣ」は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡおよびＢ）、（ＡおよびＣ）、（ＢおよびＣ）または（Ａ、ＢおよびＣ）を意味する。
【０００７】
以下の説明では、「ある実施形態では」または「実施形態では」が使用されるが、これらはそれぞれ、１つまたは複数の同じであっても異なっていてもよい実施形態を指す。また、本開示の実施形態に関して使用される「備える」、「含む」、「有する」などは同意語である。また、「接続された」は、直接接続、間接接続あるいは間接的な伝達を指す。
【０００８】
「接続された」とその派生語も本明細書で使用されるが、この「接続された」は、以下の１つまたは複数を指す。すなわち、２つ以上の要素が直接物理的または電気的に接触しているか、あるいは、２つ以上の要素が互いに間接的に接触し、さらには互いに協働もしくは相互作用しているか、あるいは、互いに接続されているとされる要素間に、１つまたは複数の他の要素が接続されていることを意味する。
【０００９】
種々の実施形態において、「第２の層上に形成、配置または構成された第１の層」とは、前記第２の層の上部に前記第１の層が形成、配置または構成されており、第１の層の少なくとも一部が、第２の層の少なくとも一部と直接接触（例えば、物理的およびまたは電気的な直接接触）しているか、あるいは間接接触（例えば、第１の層と第２の層間に、他の１層または複層を有するなど）していることを意味する。
【００１０】
図１は、種々の実施形態によるデバイス１００の概略横断面図である。一部の実施形態では、デバイス１００は、トランジスタなどの集積回路デバイスであってもよい。デバイス１００は、基板１０２上に形成されてもよい。基板１０２は一般に、その上に層スタック（あるいは単に「スタック１０１」）が堆積される支持材を含む。ある実施形態では、基板１０２の材料として、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ダイヤモンド（Ｃ）、ガラス（ＳｉＯ２）、「サファイア」、窒化ガリウム（ＧａＮ）およびまたは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が挙げられる。他の実施形態では、基板１０２用として、好適なＩＩ〜ＶＩ族半導体材料系およびＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料系を含む他の材料も使用される。ある実施形態では、その上にバッファ層１０４の材料がエピタキシャル成長できる任意の材料または材料の任意の組み合わせで基板１０２を構成してもよい。一部の実施形態では、基板１０２の材料は（０００１）方向に成長させてもよい。
【００１１】
基板１０２上に形成されるスタック１０１は、１つまたは複数のヘテロ接合／ヘテロ構造を形成する異なる材料系で構成されるエピタキシャル堆積層を備えていてもよい。スタック１０１の層は、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で形成されてもよい。すなわち、スタック１０１は、基板１０２を取り出さずにその構成層を形成する（例えばエピタキシャル成長させる）製造装置（例えばチャンバ）内で、基板１０２上に形成されてもよい。
【００１２】
一実施形態では、デバイス１００のスタック１０１は、基板１０２上に形成されたバッファ層１０４を備える。バッファ層１０４は、デバイス１００の基板１０２と他の構成要素（例えばバリア層１０６）間に結晶構造転移を与えてもよく、それによって、これら２つの間のバッファ層または絶縁層として作用する。例えば、バッファ層１０４によって、基板１０２と他の格子不整合材料（例えばバリア層１０６）間の応力が緩和され得る。一部の実施形態では、バッファ層１０４は、トランジスタの可動電荷キャリア用のチャネルとして機能させてもよい。一部の実施形態では、バッファ層１０４は非ドープであってもよい。バッファ層１０４は、基板１０２にエピタキシャル接続されてもよい。他の実施形態では、核形成層（図示せず）を基板１０２とバッファ層１０４間に介在させてもよい。一部の実施形態では、バッファ層１０４を複数の堆積膜あるいは層で構成してもよい。
【００１３】
一部の実施形態では、バッファ層１０４は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのＩＩＩ族窒化物系材料を含んでいてもよい。バッファ層１０４の厚みは、その下の基板１０２の表面に実質的に垂直な方向において０．１〜１０００μｍであってもよい。他の実施形態では、バッファ層１０４は、他の好適な材料およびまたは厚みを有していてもよい。
【００１４】
スタック１０１は、バッファ層１０４上に形成されたバリア層１０６（「供給層」とも呼ぶ）をさらに備えていてもよい。バリア層１０６とバッファ層１０４間には、ヘテロ接合が形成されていてもよい。バリア層１０６のバンドギャップエネルギーは、バッファ層１０４（例えば、バッファ層１０４の最上層）のそれより大きくてもよい。バリア層１０６は、可動電荷キャリアを供給するより広いバンドギャップ層であってもよく、バッファ層１０４は、可動電荷キャリアのチャネルまたは経路を提供するより狭いバンドギャップ層であってもよい。一部の実施形態では、バリア層１０６を、電荷誘導層１０８の材料を除去する選択的なエッチングプロセスのためのエッチング停止層として機能させてもよい。一部の実施形態では、バリア層１０６は非ドープであってもよい。一部の実施形態では、バリア層１０６を複数の堆積膜あるいは層で構成してもよい。
【００１５】
広範な好適な材料系の任意のものでバリア層１０６を構成してもよい。バリア層１０６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）およびまたは窒素（Ｎ）を含んでいてもよい。一実施形態では、バリア層１０６は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）（ｘは、アルミニウムとガリウムとの相対量を表わす０〜１の値）を含んでいてもよい。一部の実施形態では、ｘは０．２以下である。他の実施形態では、ｘは他の値とすることができる。種々の実施形態では、バリア層１０６のアルミニウム含量は、デバイス１００の電荷誘導層１０８のそれより低くてもよい。
【００１６】
二次元電子ガス（２ＤＥＧ）は、バッファ層１０４（例えばバッファ層１０４の最上層）とバリア層１０６の界面（例えばヘテロ接合）に形成されてもよく、それによって、ソース端子（以後、ソース１１２）とドレイン端子（以後、ドレイン１１４）間に電流が流れる。一部の実施形態では、デバイス１００は、その中の電流を供給するあるいはその電流を高めるために、電源電圧に対して正のゲート電圧が用いられるエンハンスメントモード（Ｅモード）デバイスであってもよい。一部の実施形態では、バリア層１０６（あるいはバリア層１０６と電荷誘導層１０８などの供給層の組み合わせ）の厚みＴは、２ＤＥＧ形成のための臨界厚みＴ０（例えば、臨界厚みＴ０未満では、２ＤＥＧは形成され得ない）未満であってもよい。例えば、厚みＴは、図１に示されるように、ゲート１１８とバッファ層１０４間に配置されたゲート領域（ＧＲ）での２ＤＥＧ形成を阻止するように構成されてもよい。２ＤＥＧの形成は、図１に示されるように、ゲート領域ＧＲとソース１１２間およびゲート領域ＧＲとドレイン１１４間のアクセス領域（例えば図１のＡＲ）で生じ得る。
【００１７】
一部の実施形態では、バリア層１０６の厚みとアルミニウム含量は、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ゲートデバイスか金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）ゲートデバイスのいずれかであるデバイス１００に対して、ゲート領域ＧＲにおける２ＤＥＧをすべて確実に除去するように選択されてもよい。他の実施形態では、デバイス１００は、その中の電流を低減するために、電源電圧に対して負のゲート電圧が用いられるデプレションモード（Ｄモード）デバイスであってもよい。
【００１８】
一部の実施形態では、バリア層１０６の厚みＴは３０Å以上である。例えば、バリア層１０６の厚みＴは、３０Å以上であり臨界厚みＴ０未満である。アルミニウム含量が低い（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮのｘが０．２以下）バリア層１０６では、その厚みを３０Å以上にでき得る。バリア層１０６の厚みを３０Å以上とすることによって、その厚みの均一性を向上させることができ、あるいは、薄膜製造装置を使用した信頼性のあるバリア層１０６の製造が容易になる。他の実施形態では、バリア層１０６は、他の好適な材料およびまたは厚みを有していてもよい。
【００１９】
スタック１０１は、バリア層１０６上に形成された電荷誘導層１０８をさらに備えていてもよい。電荷誘導層１０８は、バリア層１０６にエピタキシャル接続されてもよい。一部の実施形態では、電荷誘導層１０８は、バッファ層１０４、バリア層１０６およびまたはキャップ層１１０と格子整合していてもよい。電荷誘導層１０８のバンドギャップエネルギーは、バリア層１０６のそれより大きくてもよい。電荷誘導層１０８は、バリア層１０６の分極（例えば単位面積当たりの正味の分極）より大きい分極を有していてもよい。電荷誘導層１０８は、それがバリア層１０６に接続されたアクセス領域（例えば図１のＡＲ）において電荷を誘導してもよい。電荷誘導層１０８は、アクセス領域（例えば図１のＡＲ）の２ＤＥＧ密度を増加させることによって、デバイス１００のオン抵抗をさらに低減させ得る。デバイス１００のゲート領域ＧＲでの２ＤＥＧの形成を阻止するために、バリア層１０６の厚みＴを臨界厚みＴ０未満とした一部の実施形態では、電荷誘導層１０８によって、アクセス領域における２ＤＥＧの形成が可能となりあるいは許可される。
【００２０】
種々の実施形態では、電荷誘導層１０８をしきい値電圧（ＶＴＨ）制御層として機能させてもよい。例えば、電荷誘導層１０８のアルミニウム含量がバリア層１０６のそれより低い実施形態では、電荷誘導層１０８は、バリア層の厚みＴとその均一性を得るためのゲート端子（以後、「ゲート１１８」）の形成中に選択的にエッチングされてもよく、それによって、ＶＴＨに影響を及ぼし得るあるいはそれを制御し得る。例えば、該選択的エッチングをバリア層１０６で停止させてもよく、あるいは、選択的エッチングを（例えば時限エッチングによって）臨界厚みＴ０未満となる厚みＴを得るように構成してもよい。
【００２１】
広範な好適な材料系の任意のもので電荷誘導層１０８を構成してもよい。電荷誘導層１０８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）およびまたは窒素（Ｎ）を含んでいてもよい。一部の実施形態では、電荷誘導層１０８は、窒化アルミニウムインジウム（ＩｎｙＡｌ１−ｙＮ）（ｙはそれぞれの成分の相対量を表し、０．２以下）を含んでいてもよい。例えば、ｙは、インジウムとアルミニウムとの相対量を表わす０〜１の値であり得る。実施形態では、ｙは０．２以下である。一実施形態では、ｙはＩｎｙＡｌ１−ｙＮに対して０．１８である。他の実施形態では、ｙを他の値とすることができる。種々の実施形態では、電荷誘導層１０８のアルミニウム含量は、デバイス１００のバリア層１０８のそれより高くてもよい。
【００２２】
種々の実施形態では、電荷誘導層１０８の厚み（例えば、その上にバッファ層１０４が形成されている基板１０２の表面に実質的に垂直な方向における）は、電荷誘導層１０８とバリア層１０６間に寄生チャネルが形成できる厚みより小さい。一部の実施形態では、電荷誘導層１０８の厚みは６０Å以下である。例えば、電荷誘導層１０８がＩｎ０．１８Ａｌ０．８２Ｎで構成される実施形態では、バリア層１０６はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで構成され、キャップ層１１０はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで構成され、電荷誘導層１０８の厚みは、寄生チャネルの形成を阻止するために３ｎｍ以下であってもよい。電荷誘導層１０８がＡｌＮで構成される実施形態では、バリア層１０６はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで構成され、キャップ層１１０はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで構成され、電荷誘導層１０８の厚みは、寄生チャネルの形成を阻止するために１ｎｍ以下であってもよい。他の実施形態では、電荷誘導層１０８は、他の好適な材料およびまたは厚みを有していてもよい。一部の実施形態では、複数の堆積膜あるいは層で電荷誘導層１０８を構成してもよい
【００２３】
スタック１０１は、電荷誘導層１０８上に形成されたキャップ層１１０をさらに備えていてもよい。一部の実施形態では、キャップ層１１０は電荷誘導層１０８にエピタキシャル接続されてもよい。キャップ層１１０のバンドギャップエネルギーは、電荷誘導層１０８のそれより大きくてもよい。一部の実施形態では、キャップ層１１０は、その厚みにかかわらず、チャネル電荷密度への影響が小さいかあるいは最小となるように構成された材料を含む。他の実施形態では、キャップ層１１０は、その厚みの上昇に対して、チャネル電荷を消耗させるかあるいは増加させるように構成された材料を含んでいてもよい。キャップ層１１０が、その厚み上昇と共にチャネル電荷を消耗させるように構成された実施形態では、電荷誘導層１０８の厚み（例えば、その上にバッファ層１０４が形成されている基板１０２の表面に実質的に垂直な方向における）は、電荷消耗を補うために増加されてもよい。キャップ層１１０が、その厚み上昇に対してチャネル電荷を増加させるように構成された実施形態では、電荷誘導層１０８の厚みは、電荷誘導を補うために低減されてもよい。
【００２４】
広範な好適な材料系の任意のものでキャップ層１１０を構成してもよい。キャップ層１１０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）およびまたは窒素（Ｎ）を含んでいてもよい。一部の実施形態では、キャップ層１１０は、アルミニウム、ガリウムおよび窒素を含んでいてもよい。一実施形態では、キャップ層１１０は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）（ｘは、アルミニウムとガリウムとの相対量を表わす０〜１の値）を含んでいてもよい。実施形態では、ｘは０．２以下である。他の実施形態では、ｘは他の値とすることができる。種々の実施形態では、キャップ層１１０のアルミニウム含量は、デバイス１００の電荷誘導層１０８のそれより低くてもよい。種々の実施形態では、バリア層１０６とキャップ層１１０の組成は、同様あるいは同じであってもよい。
【００２５】
種々の実施形態では、キャップ層１１０の厚み（例えば、その上にバッファ層１０４が形成されている基板１０２の表面に実質的に垂直な方向における）は、１０，０００Åより小さくてもよい。一部の実施形態では、キャップ層１１０は、その１Å〜１０，０００Åの範囲の厚みの変動によるバリア層１０６のチャネル電荷密度への影響がほとんどないかまたは最小となる材料で構成されていてもよい。他の実施形態では、キャップ層１１０は、他の好適な材料およびまたは厚みを有していてもよい。一部の実施形態では、複数の堆積膜あるいは層でキャップ層１１０を構成してもよい。一部の実施形態では、デバイス１００はキャップ層１１０を全く備えていなくてもよい。
【００２６】
デバイス１００は、図示のように、キャップ層１１０内およびまたは電荷誘導層１０８内に形成されたゲート１１８をさらに備えていてもよい。ゲート１１８は、チャネルを制御（例えば、デバイス１００のオン／オフ状態）するために、図示のように、電荷誘導層１０８内に配置されてバリア層１０６に接続されてもよい。ゲート１１８はデバイス１００の接続端子として機能し、図示のように、バリア層１０６、電荷誘導層１０８およびキャップ層１１０と直接物理的に接触していてもよい。一部の実施形態では、ゲート１１８は、図示のように、例えば窒化ケイ素などの誘電体層１１６上に、あるいは、キャップ層１１０上に形成された別の誘電体材料上に形成されてもよい。
【００２７】
ゲート１１８は、図示のように、バリア層１０６に接続されたトランク部すなわち底部と、該トランク部から、その上にスタック１０１が形成された基板１０２の表面に実質的に平行な逆方向に離れるように延在する頂部と、を有していてもよい。ゲート１１８のトランク部および頂部のこうした構造をＴ形フィールドプレートゲートと呼んでもよい。すなわち、一部の実施形態では、ゲート１１８は、ゲート１１８、ソース１１２およびまたはドレイン１１４間の絶縁破壊電圧を上昇させ得およびまたはその電界を低減させ得る一体型フィールドプレート（例えばゲート１１８の頂部）を有していてもよい。該フィールドプレートによって、デバイス１００の高電圧動作が容易になるか、あるいは、所与の動作電圧に対してゲート−ドレイン間隔が狭いデバイスが可能になり得る。
【００２８】
ゲート１１８は、デバイス１００のしきい値電圧に対する電気経路を提供するゲート電極（例えば、図５〜図７のゲート電極１１８ａ）と、ゲート電極とバリア層１０６間に配置され得るゲート誘電体すなわちゲート絶縁体（以後、「ゲート絶縁体膜」と呼ぶ、例えば図５〜７のゲート絶縁体膜１１８ｂ）と、を備えていてもよい。ゲート１１８のゲート電極は一般に、金属などの導電性材料で構成される。一部の実施形態では、ゲート電極は、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）およびまたはアルミニウム（Ａｌ）で構成されてもよい。ある実施形態では、バリア層１０６とのゲートコンタクトを得るために、ゲート１１８のトランク部にはＮｉ、Ｐｔ、ＩｒまたはＭｏを含む材料が配置され、ゲート１１８の導電性と低抵抗を確実にするために、ゲート１１８の頂部にはＡｕを含む材料が配置される。種々の実施形態では、ゲート１１８は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）デバイスの一部である。
【００２９】
種々の実施形態では、ゲート１１８は、デバイス１００のショットキー接合またはＭＩＳ接合が得られるように構成されてもよい。例えば、ゲート絶縁体膜が全く使用されない場合には、ショットキー接合が形成されてもよく、ゲート絶縁体膜が使用される場合には、ＭＩＳ接合が形成されてもよい。一部の実施形態では、ゲート誘電体は、厚みがゲート絶縁体より小さい薄膜であってもよい。ゲート絶縁体膜は、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）およびまたは酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を含んでいてもよい。他の実施形態では、ゲート絶縁体膜は他の材料を含んでいてもよい。一部の実施形態では、該ゲート絶縁体膜は、単一膜かまたは複層膜（例えば、誘電体膜のスタック）で構成されていてもよい。
【００３０】
デバイス１００は、キャップ層１０８上に形成されたソース１１２とドレイン１１４を備えていてもよい。ソース１１２およびドレイン１１４は、図示のように、電荷誘導層１０８に接続されてもよい。ソース１１２およびドレイン１１４は、図示のように、キャップ層１１０、電荷誘導層１０８およびバリア層１０６を経由してバッファ層１０４に延在してもよい。種々の実施形態では、ソース１１２とドレイン１１４はオーミックコンタクトである。ソース１１２とドレイン１１４は、標準の成長コンタクトより接触抵抗が比較的小さい再成長コンタクトであってもよい。
【００３１】
金属などの導電性材料でソース１１２とドレイン１１４を構成してもよい。ある実施形態では、ソース１１２とドレイン１１４は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）およびまたはシリコン（Ｓｉ）を含んでいてもよい。他の実施形態では、他の材料が用いられる。
【００３２】
ある実施形態では、ドレイン１１４とゲート１１８間の距離Ｄ１は、ソース１１２とゲート１１８間の距離Ｓ１より大きい。一部の実施形態では、距離Ｄ１は、ドレイン１１４とゲート１１８間の最短距離であってもよく、距離Ｓ１は、ソース１１２とゲート１１８間の最短距離であってもよい。距離Ｓ１を距離Ｄ１より短くすることによって、ゲート１１８−ドレイン１１４間の絶縁破壊電圧を上昇させ得およびまたはソース１１２の抵抗を低減させ得る。
【００３３】
一部の実施形態では、図示のように、誘電体層１２２をゲート１１８およびまたは誘電体層１１６上に形成してもよい。誘電体層１２２は、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含んでいてもよい。他の実施形態では、誘電体層１２２には他の材料が使用できる。誘電体層１２２は、ゲート１１８の頂部を実質的に封入してもよい。一部の実施形態では、誘電体層１２２をデバイス１００の保護層として機能させてもよい。
【００３４】
デバイス１００は、ゲート１１８とドレイン１１４間の絶縁破壊電圧の上昇およびまたは電界低減のために、誘電体層１２２上に形成されたフィールドプレート１２４を備えていてもよい。フィールドプレート１２４は、導電性材料１２６を用いて、ソース１１２に電気的に接続されていてもよい。導電性材料１２６は、例えば、図７に示されるような誘電体層１２２またはソース１１２の材料上に、電極あるいはトレース状の（ｔｒａｃｅ−ｌｉｋｅ）構造物として配置される金（Ａｕ）などの金属を含んでいてもよい。他の実施形態では、他の好適な材料が導電性材料１２６に使用されてもよい。
【００３５】
フィールドプレート１２４は、金属などの導電性材料で構成され、ゲート１１８に関連して説明した材料を含んでいてもよい。フィールドプレート１２４は、誘電体層１２２を通してゲート１１８に容量接続されてもよい。一部の実施形態では、フィールドプレート１２４とゲート１１８間の最短距離は１〜１０，０００Åである。フィールドプレート１２４は、図示のように、オーバーハング領域が得られるように、その一部分がゲート１１８上に直接形成されないようにしてゲート１１８上に形成されてもよい。一部の実施形態では、フィールドプレート１２４のオーバーハング領域は、ゲート１１８の頂部端部より距離Ｈ１だけ延在する。一部の実施形態では、距離Ｈ１は０．２〜１μであってもよい。他の実施形態では、Ｈ１は他の値であってもよい。
【００３６】
種々の実施形態では、デバイス１００はＨＥＭＴであってもよい。一部の実施形態では、デバイス１００はショットキーデバイスであってもよい。他の実施形態では、デバイス１００は、ＭＩＳ電界効果トランジスター（ＭＩＳＦＥＴ）であってもよい。一部の実施形態では、ゲート１１８は、例えば、Ｅモードスイッチデバイスのスイッチング制御を行うように構成されてもよい。デバイス１００は、無線周波数（ＲＦ）用途、ロジック用途、エンベロープトラッキング用途およびまたは電力変換用途に使用されてもよい。例えば、デバイス１００によって、例えば交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）変換器、ＤＣ−ＤＣ変換器、ＤＣ−ＡＣ変換器などの電力調整用途を含む電力スイッチ用途用の効果的なスイッチデバイスが提供され得る。
【００３７】
図２は、種々の実施形態による、ＧａＮの広範なバリア層材料例に対するチャネル電荷密度とバリア厚みとの関係を示すグラフ２００である。グラフ２００において、チャネル電荷密度（ｎｓ）は、１平方センチメートル当たり（ｃｍ−２）の電荷キャリア数を示すものとして縦軸で示される。一部の実施形態では、該チャネル電荷密度は、デバイス（例えば図１のデバイス１００）の２ＤＥＧ密度に相当し得る。バリア厚みは、ナノメータ（ｎｍ）単位で横軸で示される。
【００３８】
グラフ２００では、種々のＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（バリア層）／ＧａＮ  ＨＥＭＴ構造（ｘ、ｙおよびｚは、それぞれの成分の相対量を表し、０〜１の値である）に対するチャネル電荷密度とバリア厚みの関係が示される。グラフ２００には、窒化アルミニウム（例えばＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（例えばＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ）および窒化アルミニウムインジウム（例えばＩｎ０．１８Ａｌ０．８２Ｎ）を含むバリア層材料系が示される。グラフからわかるように、各材料系の曲線は、バリア厚み値が異なる点で横軸（ｎｓ＝０）と交わる。ｎｓ＝０における各材料系のバリア厚みは、２ＤＥＧ形成の臨界厚みＴ０に相当する。
【００３９】
デバイスの低オン抵抗を実現するためには、電荷密度が高いほど望ましいものであり得る。グラフからわかるように、より高い電荷密度は、アルミニウム含量がより高い材料系に対応する。さらにグラフからわかるように、アルミニウム含量が高い材料系ほど、２ＤＥＧ形成の臨界厚みＴ０がより小さくなり得る。アルミニウム含量が高い材料系、特にエッチング停止層がない場合は、臨界厚みより小さなバリア層（例えばＥ−モード動作用に）を、信頼性ある均一性を有して制御または製造することは困難であり得る。デバイス上の歪み誘導などの他の技術を用いて、２ＤＥＧ形成の臨界厚みＴ０を増加させてもよい。
【００４０】
図３〜７は、種々の製造作業後のデバイス（例えば図１のデバイス１００）を示す。図３〜７に関連して説明する方法と構成は、図１に関連して説明した実施形態に適合し、逆もまたそうである。
【００４１】
図３は、種々の実施形態による、基板１０２上への層スタック（例えばスタック１０１）形成後のデバイス３００の概略横断面図である。種々の実施形態では、デバイス３００は、基板１０２上にバッファ層１０４を堆積し、バッファ層１０４上にバリア層１０６を堆積し、バリア層１０６上に電荷誘導層１０８を堆積して製造されてもよい。一部の実施形態では、キャップ層１１０を電荷誘導層１０８上に堆積してもよい。一部の実施形態では、堆積プロセスは、例えば分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、原子層エピタキシャル法（ＡＬＥ）、化学ビームエピタキシャル法（ＣＢＥ）およびまたは有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）などのエピタキシャル堆積プロセスである。他の実施形態では、他の堆積プロセスが用いられ得る。種々の実施形態では、バリア層１０６および電荷誘導層１０８の厚みおよび原料組成によって、図示されるように、バッファ層１０４とバリア層１０６の界面で２ＤＥＧが形成される。
【００４２】
図４は、種々の実施形態による、ソース１１２とドレイン１１４形成後のデバイス４００の概略横断面図である。種々の実施形態において、ソース１１２とドレイン１１４はキャップ層１１０上に形成されてもよい。ある実施形態では、ソース１１２とドレイン１１４が、例えば蒸発プロセスを用いて形成されるべき領域内のキャップ層１１０上に、１つまたは複数の金属などの材料が堆積される。ソース１１２とドレイン１１４形成のための材料は、下記順序で堆積される金属が含まれ得る。チタン（Ｔｉ）、その後アルミニウム（Ａｌ）、その後モリブデン（Ｍｏ）、その後チタン（Ｔｉ）、その後金（Ａｕ）。前記堆積材料を加熱（例えば、高速熱アニールプロセスを用いて約８５０℃×で約３０秒間）し、この材料を貫通させて、下部のキャップ層１１０、電荷誘電層１０８、バリア層１０６およびまたはバッファ層１０４と溶融させてもよい。実施形態では、ソース１１２とドレイン１１４はそれぞれ、キャップ層１１０を経由してバッファ層１０４内に延在する。ソース１１２およびドレイン１１４の厚みは１０００〜２０００Åの範囲であってもよい。他の実施形態では、ソース１１２とドレイン１１４の厚みはこれ以外であってもよい。
【００４３】
ソース１１２とドレイン１１４を再成長プロセスで形成し、低減された接触抵抗または低減されたオン抵抗を有するオーミックコンタクトを得てもよい。該再成長プロセスでは、ソースとドレインが形成される領域において、キャップ層１１０、電荷誘電層１０８、バリア層１０６およびまたはバッファ層１０４の材料が選択的に除去される（例えば、エッチングされる）。これらの層が選択的に除去された領域に、高濃度ドープ材料（例えばｎ＋＋材料）を堆積してもよい。ソース１１２とドレイン１１４の高濃度ドープ材料は、バッファ層１０４またはバリア層１０６に使用した材料と同様の材料であってもよい。例えば、バッファ層１０４がＧａＮを含むシステムでは、シリコン（Ｓｉ）または酸素（Ｏ）で高濃度にドープしたＧａＮ系材料を、前記選択的に除去した領域に厚みが４００〜７００Åになるまでエピタキシャルに堆積してもよい。該高濃度ドープ材料は、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、原子層エピタキシャル法（ＡＬＥ）、化学ビームエピタキシャル法（ＣＢＥ）、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）またはこれらの好適な組み合わせによってエピタキシャルに堆積できる。他の実施形態では、該高濃度ドープ材料に対して、他の材料、厚みあるいは堆積法が用いられる。例えば、チタン（Ｔｉ）およびまたは金（Ａｕ）を含む１つまたは複数の金属を、例えばリフトオフプロセスを用いて１０００Å〜１５００Åの厚みで、該高濃度ドープ材料上に形成／堆積できる。他の実施形態では、該１つまたは複数の金属に対して、他の材料、厚みおよびまたは方法が用いられる。
【００４４】
一部の実施形態では、不純物（例えばシリコンまたは酸素）を導入してソース１１２とドレイン１１４に高濃度ドープ材料を提供する注入法を用いた注入プロセスによって、ソース１１２とドレイン１１４を形成してもよい。注入後、ソース１１２とドレイン１１４を高温（例えば１１００〜１２００℃）でアニールする。前記再成長プロセスでは、該注入後アニールに伴う高温を好適に避け得る。キャップ層１１０が用いられない実施形態では、ここに説明したものと同様の方法を用いて、ソース１１２およびドレイン１１４を電荷誘導層１０８上に形成してもよい。
【００４５】
図５は、種々の実施形態による、ゲート（例えばゲート電極１１８およびゲート絶縁体膜１１８ｂ）形成後のデバイス５００の概略横断面図である。該ゲートは、ゲート電極１１８ａと、一部の実施形態では、ゲート絶縁体膜１１８ｂと、を備えていてもよい。
【００４６】
図示のように、前記ゲートは、電荷誘導層１０８およびまたはキャップ層１１０に形成されてもよい。フォトマスク材を（例えば、リソグラフィプロセスおよびまたはエッチングプロセスを用いて）堆積およびパターン化して、キャップ層１１０およびまたは電荷誘電層１０８の材料の選択的な除去を可能とし、前記ゲート形成のためにゲート材料が堆積されるトレンチなどの開口部を形成してもよい。該フォトマスク材は、例えば、フォトレジスト材料またはハードマスク材料を含んでいてもよい。一部の実施形態では、誘電体層（例えば図６の誘電体層１１６）を堆積およびパターン化して、ゲート形成用の開口部を得てもよい。一部の実施形態では、該誘電体層をハードマスクとして機能させてもよい。
【００４７】
本開示の実施形態によって、ゲート（例えばゲート電極１１８ａおよびまたはゲート絶縁体膜１１８ｂ）とバッファ層１０４間のバリア層１０６の厚みの均一性を向上させる技術が提供され得、この技術によって、デバイス５００のＶＴＨ制御が向上し得る。例えば、バリア層１０６の厚みおよび従ってＶＴＨの均一性は、開口部を形成するゲート凹部エッチングプロセスでのエッチング深さと、該エッチングプロセス後のバリア層１０６およびまたは電荷誘導層１０８の残りの厚みと、ゲート絶縁体膜１１８ｂの厚みおよびその均一性と、該プロセスにおける任意の変動と、によって決定され得る。
【００４８】
一実施形態では、エッチングプロセスを用いて、キャップ層１１０の材料および電荷誘導層１０８の少なくとも一部を除去してもよい。該エッチングプロセスは、時限エッチングプロセスまたは選択的エッチングプロセスであってもよい。該選択的エッチングプロセスは例えば、選択的な乾燥およびまたはプラズマエッチングを備えていてもよい。塩化ホウ素（ＢＣｌ３）およびまたは塩素（Ｃｌ２）を含むエッチング化学あるいは同様なエッチング化学用のアルミニウム含量が低い材料でのエッチング速度は、アルミニウム含量が高い材料でのそれより大きくてもよい。従って、キャップ層１１０のアルミニウム含量が電荷誘導層１０８のそれより低い実施形態では、キャップ層１１０の材料は、電荷誘導層１０８の材料に対して選択的に除去され得る。
【００４９】
前記時限エッチングプロセスまたは選択的エッチングプロセス後のゲート凹部領域に残り得る電荷誘導層１０８の材料を、別の選択的エッチングプロセスによって除去してもよい。例えば、ウェットエッチングプロセスを用いてもよい。水酸化カリウム（ＫＯＨ）およびまたは水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を含むエッチング化学あるいは同様なエッチング化学用のアルミニウム含量が高い材料でのエッチング速度は、アルミニウム含量が低い材料でのそれより大きくてもよい。従って、電荷誘導層１０８のアルミニウム含量がバリア層１０６のそれより高い実施形態では、電荷誘導層１０８の材料は、バリア層１０６の材料に対して選択的に除去され得る。一部の実施形態では、電荷誘導層１０８の材料を除去する選択的エッチングによって、バリア層１０６を露出させてもよい。この点で、バリア層１０６は、エッチング停止層として機能し、ＶＴＨに対する厚みを制御し得る。該エッチングプロセスは、バリア層１０６の露出直後に停止されるため、バリア層１０６の厚み（例えば図１の厚みＴ）は主として、バリア層１０６の堆積厚みによって制御され得る。
【００５０】
他の実施形態では、時限エッチングプロセスまたは選択的エッチングプロセス後にゲート凹部領域に残り得る電荷誘導層１０８の材料（例えばＢＣｌ３／Ｃｌ２）を選択的に酸化して、ゲート絶縁体膜１１８ｂを形成してもよい。例えば、酸化プロセスは、酸素（Ｏ２）雰囲気下またはプラズマ処理によって行なわれる熱プロセスを備えていてもよい。アルミニウムを含む層を酸化して（例えば窒素を酸素で置換することによって）、酸化アルミニウム（例えばＡｌ２Ｏ３）が形成される。一部の実施形態では、付加的な電気絶縁材料を堆積してゲート絶縁体膜１１８ｂを形成してもよい。さらに別の実施形態では、他の技術を用いて、バリア層１０６、電荷誘導層１０８およびキャップ層１１０上に電気絶縁材料を堆積し、ゲート絶縁体膜１１８ｂを形成してもよい。
【００５１】
導電性材料をスタック１０１の凹部開口部内に堆積して前記ゲート電極１１８ａを形成してもよい。ゲート絶縁体膜１１８ｂが用いられる実施形態では、ゲート電極１１８ａをゲート絶縁体膜１１８ｂの上に堆積してもよい。例えば、蒸発、原子層蒸着（ＡＬＤ）およびまたは化学気相蒸着（ＣＶＤ）を含む任意の好適な堆積プロセスによって、該導電性材料を堆積してもよい。
【００５２】
図６は、種々の実施形態による、一体型フィールドプレートを有するゲート（例えば、ゲート電極１１８ａおよびゲート絶縁体膜１１８ｂ）の形成後のデバイス６００の概略横断面図である。該フィールドプレートは、Ｔ形フィールドゲートの頂部で一体化されていてもよく、導電性材料（例えば、ゲート電極１１８ａと同じかまたは同様の材料）で構成してもよい。
【００５３】
一部の実施形態では、デバイス６００は、スタック１０１上に堆積したＳｉＮなどの誘電体層１１６をさらに備え、デバイス６００のチャネル／ゲート領域を不動態化してもよい。任意の好適な技術を用い、ゲート形成プロセスの一部として、誘電体層１１６をパターン化あるいは凹部としてもよい。一部の実施形態では、図示のように、スタック１０１の領域に対して、誘電体層１１６の領域内でゲートの側面をより先細にしてもよい。材料によるエッチングプロセスの変動およびまたはエッチング技術により、こうした相対的な先細化が可能になり得る。金属蒸着／エッチングプロセスあるいはリフトオフプロセスにより、該Ｔ形フィールドプレートゲート頂部のトランク部を形成してもよい。
【００５４】
図７は、種々の実施形態による、付加的なソース−接続フィールドプレート１２４形成後のデバイス７００の概略横断面図である。図示のように、誘電体層１１６およびゲート電極１１８ａ上に誘電体層１２２を形成してもよい。導電性材料をソース１１２上に堆積して、フィールドプレート１２４に電気的に接続させてもよい。
【００５５】
図８は、種々の実施形態による、デバイス（例えば、図１、図３〜７のデバイス１００、３００、４００、５００、６００または７００）の製造方法８００を示すフローチャートである。方法８００は、図１〜７に関して説明した技術と構成に適合していてもよい。
【００５６】
方法８００は、８０２において、基板（例えば図１の基板１０２）上にバッファ層（例えば図１のバッファ層１０４）を形成するステップを備える。該基板上にバッファ層材料を堆積するエピタキシャル堆積プロセスを用いて、該バッファ層を形成してもよい。
【００５７】
方法８００は、８０４において、前記バッファ層上にバリア層（例えば図１のバリア層１０６）を形成するステップをさらに備えてもよい。該バッファ層上にバリア層材料を堆積するエピタキシャル堆積プロセスを用いて、該バリア層を形成してもよい。
【００５８】
方法８００は、８０６において、該バリア層上に電荷誘導層（例えば図１の電荷誘導層１０８）を形成するステップをさらに備えてもよい。バリア層上に電荷誘導層を堆積するエピタキシャル堆積プロセスを用いて、該電荷誘導を形成してもよい。
【００５９】
方法８００は、８０８において、該電荷誘導層上にキャップ層（例えば図１のキャップ層１１０）を形成するステップをさらに備えてもよい。該電荷誘導上にキャップ層材料を堆積するエピタキシャル堆積プロセスを用いて、該キャップ層を形成してもよい。
【００６０】
方法８００は、８１０において、ソースおよびドレイン（例えば図１のソース１１２およびドレイン１１４）を形成するステップをさらに備えてもよい。一部の実施形態では、該ソースとドレインは前記電荷誘導層に接続され、該電荷誘導層とバリア層を経由して前記バッファ層内に延在していてもよい。
【００６１】
方法８００は、８１２において、ゲート（例えば図１のゲート１１８）を形成するステップをさらに備えてもよい。該ゲートは、前記キャップ層の一部を除去して電荷誘導層の一部分を露出させることによって、また、電荷誘導層の一部分を除去してゲート材料堆積用の開口部またはゲート凹部を形成することによって形成してもよい。電気絶縁材料を該開口部に堆積して、ゲート絶縁体膜（例えば図７のゲート絶縁体膜１１８ｂ）を形成してもよい。一部の実施形態では、該ゲート絶縁体膜の材料をチャネルのアクセス領域上に堆積して、販売または顧客へ出荷される最終製品におけるそうした領域に残存していてもよい。一部の実施形態では、該キャップ層の一部分およびまたは電荷誘導層の一部分の除去は、時限エッチングプロセス、ドライ／プラズマエッチングプロセスおよびまたはウェットエッチングプロセスにより行ってもよい。一部の実施形態では、該電荷誘導層の一部分を除去することによって、バリア層を露出させてもよい。該バリア層を電荷誘導層材料の選択的エッチングのためのエッチング停止層として機能させてもよい。他の実施形態では、該電荷誘導層の一部分に除去によってバリア層を露出させなくてもよく、酸化プロセスによって窒素を酸素に置換し、これによって、層スタックに形成された前記凹部開口部内の露出層上にゲート絶縁体膜１１８ｂを形成してもよい。
【００６２】
導電性材料を前記凹部内に堆積してゲート電極（例えば図７のゲート電極１１８ａ）を形成してもよい。ゲート絶縁体膜が用いられる実施形態では、該導電性材料をゲート絶縁体膜上に堆積してもよい。
【００６３】
方法８００は、８１４において、前記ゲート上に誘電体層（例えば図１の誘電体層１１６およびまたは１２２）を形成するステップをさらに備えてもよい。任意の好適な堆積プロセスによって該誘電体層を堆積してもよい。
【００６４】
方法は、８１６において、前記誘電体層上にフィールドプレートを形成するステップをさらに備えてもよい。任意の好適な堆積技術を用いて導電性材料を前記誘電体層上に堆積することにより、該フィールドプレートを形成してもよい。リソグラフィプロセスおよびまたはエッチングプロセスなどのパターン化プロセスを用いて前記堆積した導電性材料部分を選択的に除去し、前記フィールドプレートを形成できる。他の実施形態では、他の好適な技術を用いてもよい。
【００６５】
特許請求された主題の理解に最も有用な順番と方法で、種々の操作が複数の別個の操作として説明される。しかしながら、説明の順番は、これらの操作が必ず順番依存であることを示唆するように解釈されるべきでない。これらの操作は、特に提示の順番に行われなくてもよい。記載の実施形態と異なる順番で、記載された操作を行ってもよい。追加の実施形態では、種々の付加的な操作を行ってもよく、およびまたは記載の操作を省略してもよい。
【００６６】
本明細書に記載のデバイス（例えば、図１および図５〜７それぞれのデバイス１００、５００、６００および７００）およびこうしたデバイスを備える装置の実施形態を、種々の他の装置およびシステムに組込んでもよい。図９は、種々の実施形態による、デバイスを備えるシステム例の概略図である。システム９００は、図示のように、一部の実施形態では無線周波数（ＲＦ）ＰＡモジュールであり得る電力増幅器（ＰＡ）モジュール９０２を備える。システム９００は、図示のように、電力増幅器モジュール９０２に接続されたトランシーバ９０４を備えていてもよい。電力増幅器モジュール９０２は、本明細書に記載のデバイス（例えば、図１および図５〜７それぞれのデバイス１００、５００、６００および７００）を備えていてもよい。
【００６７】
電力増幅器モジュール９０２は、トランシーバ９０４からＲＦ入力信号（ＲＦｉｎ）を受信してもよい。電力増幅器モジュール９０２は、該ＲＦ入力信号（ＲＦｉｎ）を増幅してＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）を出力してもよい。ＲＦ入力信号（ＲＦｉｎ）およびＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）は、それぞれ図９のＴｘ−ＲＦｉｎおよびＴｘ−ＲＦｏｕｔで示され、共に送信チェーンの一部であり得る。
【００６８】
前記増幅されたＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）は、アンテナスイッチモジュール（ＡＳＭ）９０６に与えられてもよく、このモジュールによって、アンテナ構造９０８経由で、ＲＦ出力信号（ＲＦｏｕｔ）の無線（ＯＴＡ）送信が実現される。ＡＳＭ９０６はさらに受け取ってもよい。また、ＡＳＭ９０６は、アンテナ構造９０８経由でＲＦ信号を受信し、その受信ＲＦ信号（Ｒｘ）を受信チェーンに沿ってトランシーバ９０４に接続され得る。
【００６９】
種々の実施形態では、アンテナ構造９０８は、例えば、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナ、あるいはＲＦ信号のＯＴＡ送信／受信に好適な任意の他の形式のアンテナを含む指向性アンテナおよびまたは全方向性アンテナの１つまたは複数を備えていてもよい。
【００７０】
システム９００は、電力増幅を含む任意のシステムであってもよい。前記デバイス（例えば、図１および図５〜７それぞれのデバイス１００、５００、６００および７００）によって、例えば交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）変換器やＤＣ−ＤＣ変換器、ＤＣ−ＡＣ変換器などの電力調整用途を含む電力スイッチ用途用の効果的なスイッチデバイスが提供され得る。種々の実施形態では、システム９００は、高無線周波数電力と周波数における電力増幅には特に有用であり得る。システム９００は、例えば、陸上および衛星通信、レーダーシステム、および恐らく種々の産業および医学用途におけるいずれか１つまたは複数に対して好適であり得る。より具体的には、種々の実施形態において、システム９００は、レーダー装置、衛星通信装置、携帯電話、携帯電話基地局、ラジオ放送あるいはテレビ増幅器システムから選択された１つであり得る。
【００７１】
説明の目的で実施形態を例示し記載したが、同じ目的を実現するように意図された、広範な代替となるおよびまたは均等な実施形態あるいは実施によって、本開示の範囲を逸脱することなくこれらの実施形態を置換できる。本出願は、本明細書で検討した実施形態に対するいかなる適応や変形もカバーするように意図される。従って、本明細書に記載された実施形態は、請求項とその均等物によってのみ限定されることは明らかである。
【図１】
2013247363.tif 000003
【図２】
2013247363.tif 000004
【図３】
2013247363.tif 000005
【図４】
2013247363.tif 000006
【図５】
2013247363.tif 000007
【図６】
2013247363.tif 000008
【図７】
2013247363.tif 000009
【図８】
2013247363.tif 000010
【図９】
2013247363.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月11日(2013.6.11)
【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】
トランジスタのチャネルとして機能するように構成されガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含む、基板上に配置されたバッファ層と、
前記チャネルに可動電荷キャリアを供給するように構成されアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）を含む、前記バッファ層上に配置されたバリア層と、
前記チャネル内で電荷を誘導するように構成されアルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）を含む、前記バリア層上に配置された電荷誘導層と、
前記電荷誘導層に配置され、前記バリア層に接続されて前記チャネルを制御するゲート端子と、を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記電荷誘導層は第１のバンドギャップエネルギーを有し、
前記バリア層は第２のバンドギャップエネルギーを有し、
前記第１のバンドギャップエネルギーは第２のバンドギャップエネルギーより大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電荷誘導層は第１の分極を有し、
前記バリア層は第２の分極を有し、
前記第１の分極は前記第２の分極より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記バリア層の厚みは、前記ゲート端子と前記バッファ層間に配置されたゲート領域における二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の形成を阻止するものであり、
前記ゲート端子は、電力増幅のエンハンスメントモード（ｅモード）高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）スイッチデバイスのスイッチングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
アルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）を含み、前記電荷誘導層上に配置されたキャップ層を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記バッファ層は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、
前記バリア層と前記キャップ層は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）（ｘはそれぞれの成分の相対量を表わし、０．２以下）を含み、
前記電荷誘導層は窒化アルミニウムインジウム（ＩｎｙＡｌ１−ｙＮ）（ｙはそれぞれの成分の相対量を表し、０．２以下）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記バリア層の厚みは３０Å以上であり、
前記電荷誘導層の厚みは３０Å以下であり、
前記キャップ層の厚みは１０，０００Å以下であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ゲート端子は、前記バリア層の材料に接続されてショットキー接合を形成するゲート電極を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記ゲート端子は、ゲート電極と、前記バリア層の材料に接続されて金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）接合を形成するゲート絶縁体と、を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記電荷誘導層に接続されたソースと、
前記電荷誘導層に接続されたドレインと、をさらに備え、前記ソースと前記ドレインは、前記電荷誘導層と前記バリア層を経由して前記バッファ層内に延在することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記電荷誘導層上に配置されて前記ゲート端子の一部分を封入する誘電体材料をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ゲート端子はＴ形フィールドプレートゲートであり、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）または金（Ａｕ）を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記誘電体材料上に配置され、それを経由して、前記ソースに電気的に接続され、また、前記ゲート端子に容量接続されたフィールドプレートをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
シリコン（Ｓｉ），炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド（Ｃ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む基板をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記バッファ層は前記基板にエピタキシャル接続され、
前記バリア層は前記バッファ層にエピタキシャル接続され、
前記電荷誘導層は前記バリア層にエピタキシャル接続されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記バッファ層、前記バリア層あるいは前記電荷誘導層は、複数の槽で構成されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
トランジスタのチャネルとして機能するように構成されガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含むバッファ層を基板上に形成するステップと、
前記チャネルに可動電荷キャリアを供給するように構成されアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）を含むバリア層を前記バッファ層上に形成するステップと、
前記チャネル内で電荷を誘導するように構成されアルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）を含む電荷誘導層を前記バリア層上に形成するステップと、
前記電荷誘導層に配置され、前記バリア層に接続されて前記チャネルを制御するゲート端子を形成するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記バッファ層を形成するステップは、バッファ層材料を前記基板上にエピタキシャル堆積するステップを備え、
前記バリア層を形成するステップは、バリア層材料を前記バッファ層上にエピタキシャル堆積するステップを備え、
前記電荷誘導層を形成するステップは、電荷誘導層材料を前記バリア層上にエピタキシャル堆積するステップを備え、前記電荷誘導層は第１の分極を有し、前記バリア層は第２の分極を有し、前記第１の分極は前記第２の分極より大きいことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電荷誘導層を形成するステップは、電荷誘導層材料を前記バリア層上にエピタキシャル堆積するステップを備え、前記電荷誘導層は第１のバンドギャップエネルギーを有し、前記バリア層は第２のバンドギャップエネルギーを有し、前記第１のバンドギャップエネルギーは第２のバンドギャップエネルギーより大きいことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
キャップ層材料を前記電荷誘導層上にエピタキシャル堆積することによって、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）を含むキャップ層を前記電荷誘導層上に形成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記バッファ層材料は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、
前記バリア層材料および前記キャップ層材料は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）（ｘは、それぞれの成分の相対量を表わし、０．２以下）を含み、
前記電荷誘導層材料は、窒化アルミニウムインジウム（ＩｎｙＡｌ１−ｙＮ）（ｙはそれぞれの成分の相対量を表し、０．２以下）を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記バリア層を形成するステップによって、６０Å以下のバリア層厚みが得られ、
前記電荷誘導層を形成するステップによって、３０Å以下の電荷誘導層厚みが得られ、
前記キャップ層を形成するステップによって、１０，０００Å以下のキャップ層厚みが得られることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記バリア層厚みによって、前記ゲート端子と前記バッファ層間に配置されたゲート領域における二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の形成が阻止され、
前記ゲート端子は、エンハンスメントモード（ｅモード）高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）デバイスのスイッチングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記ゲート端子を形成するステップは、前記キャップ層の一部分を除去して電荷誘導層を露出させるステップを備えることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２５】
前記キャップ層の材料を除去するステップは、ホウ素塩化物（ＢＣｌ３）または塩素（Ｃｌ２）を用いて、前記キャップ層材料を選択的にエッチングするステップを備え、
前記電荷誘導層の一部分を除去するステップは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いて、前記電荷誘導層材料を選択的にエッチングするステップを備えることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記電荷誘導層の一部分を除去するステップによって前記バリア層を露出させ、
前記バリア層は、電荷誘導層材料の選択的エッチングのためのエッチング停止層として機能することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ゲート端子を形成するステップは、キャップ層材料と前記電荷誘導層が除去された領域に、前記バリア層の材料に接続されてショットキー接合を形成するゲート電極材料を堆積するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ゲート端子を形成するステップは、前記電荷誘導層の一部分を除去してゲート絶縁体を形成することにより露出される前記電荷誘導層材料を選択的に酸化させるステップと、
ゲート電極材料を前記ゲート絶縁体上に堆積するステップであって、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁体は前記バリア層材料に接続されて金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）接合を形成するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記電荷誘導層に接続されたソースおよびドレインを形成するステップであって、前記ソースと前記ドレインは、前記電荷誘導層と前記バリア層を経由して前記バッファ層内に延在するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１７乃至２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ゲート端子の一部分を封入する誘電体材料を前記電荷誘導層上に堆積するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、前記ゲート端子はＴ形フィールドプレートゲートであり、
前記方法は、前記誘電体材料を経由して、前記ソースに電気的に接続され、また、前記ゲート端子に容量接続されたフィールドプレートを、前記誘電体材料上に形成するステップをさらに備える方法。