(57)【要約】  ゲートコンタクトと２ＤＥＧ領域との間のゲートリーク電流が小さいエンハンスメントモードＧａＮトランジスタと、その生産方法とを提供する。エンハンスメントモードＧａＮトランジスタは、ＧａＮ層と、ＧａＮ層上に配置されたバリア層とを有し、２ＤＥＧ領域がＧａＮ層とバリア層との間に形成され、ソースコンタクトとドレインコンタクトがバリア層上に配置されている。ＧａＮトランジスタは、さらに、バリア層の上かつソースコンタクトとドレインコンタクトの間に形成されたＰ型ゲート材料と、Ｐ型ゲート材料上に配置されたゲート金属とを含み、Ｐ型材料はソースコンタクトとドレインコンタクトの方に向かって伸びる一組の自己整合レッジ（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｌｅｄｇｅｓ）を含む。
2016529711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ層と、
前記ＧａＮ層上に配置され、２ＤＥＧ領域が前記ＧａＮ層とバリア層との間の接合部分に形成されるバリア層と、
前記バリア層の上に形成され、前記バリア層に向けて延在する側面を有するＰ型ゲート材料と、
前記Ｐ型ゲート材料上に配置され、前記Ｐ型ゲート材料に向けて延在する側壁を有するゲート金属とを有し、
前記Ｐ型ゲート材料は、前記ゲート金属の各側壁を越えて延在する一組の水平レッジを有し、前記一組の水平レッジはそれぞれ前記ゲート金属の側壁から、前記Ｐ型ゲート材料の側面まで、実質的に等しい幅を有する、
エンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項２】
前記バリア層上に配置されたソースコンタクトとドレインコンタクトをさらに有する、
請求項１に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項３】
前記Ｐ型ゲート材料の前記一組の水平レッジは、それぞれソースコンタクトとドレインコンタクトに向けて延在する、請求項２に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項４】
前記Ｐ型ゲート材料の側面は、それぞれ前記ソースコンタクトとドレインコンタクトに向けて水平に延在し、前記バリア層に接触する、
請求項３に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項５】
前記Ｐ型ゲート材料の前記一組の水平レッジは自己整合的である、
請求項１に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項６】
前記バリア層はアルミニウム・ガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）を含む、
請求項１に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項７】
前記Ｐ型ゲート材料は、前記Ｐ型ゲート材料の側面と前記ゲート金属との間の第１の幅を有し、前記ゲート金属の側面間の第２の幅を有し、前記第２の幅は前記第１の幅より小さい、請求項１に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項８】
ＧａＮ層と、
前記ＧａＮ層上に配置され、２ＤＥＧ領域が前記ＧａＮ層とバリア層との間の接合部分に形成されるバリア層と、
前記バリア層上に配置されたソースコンタクト及びドレインコンタクトと、
前記バリア層の上に、かつ前記ソースコンタクトとドレインコンタクトとの間に形成されたＰ型ゲート材料と、
前記Ｐ型ゲート材料上に配置されたゲート金属とを有し、
前記Ｐ型ゲート材料は、それぞれ前記ソースコンタクトとドレインコンタクトに向けて、前記ゲート金属の側壁を越えて延在する一組の自己整合レッジを有する、
エンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項９】
前記Ｐ型ゲート材料は、それぞれ前記ソースコンタクトとドレインコンタクトに向けて水平に延在し、前記バリア層に接触する側面をさらに有する、
請求項８に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項１０】
前記バリア層はアルミニウム・ガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）を含む、
請求項８に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項１１】
前記一組の自己整合レッジは前記ゲート金属に対して対称である、
請求項８に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項１２】
エンハンスメントモードＧａＮトランジスタを生産する方法であって、
ＧａＮ層を形成するステップと、
前記ＧａＮ層上にバリア層を形成するステップと、
前記バリア層上にＰ型ゲート材料をデポジットするステップと、
前記Ｐ型ゲート材料上にゲート金属をデポジットするステップと、
前記ゲート金属上にフォトレジストを形成するステップと、
前記ゲート金属と前記Ｐ型ゲート材料とをエッチングするステップと、
前記ゲート金属を等方的にエッチングして、前記ゲート金属の下の前記Ｐ型ゲート材料に一組のレッジを形成するステップとを有する、方法。
【請求項１３】
前記ゲート金属を等方的エッチングするステップは、前記ゲート金属をエッチングして前記ゲート金属の幅を短くして、前記ゲート金属の幅が前記Ｐ型ゲート材料の幅より短くなるようにするステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記バリア層上にソースコンタクトとドレインコンタクトをデポジットするステップをさらに含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｐ型ゲート材料をエッチングするステップは、それぞれソースコンタクトとドレインコンタクトに向けて水平に延在し、前記バリア層に接触する前記Ｐ型ゲート材料の側面を形成するステップを含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｐ型ゲート材料の前記一組の水平レッジは自己整合的である、
請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してトランジスタに関し、より具体的には、ゲートと２ＤＥＧ領域との間のゲートリーケージ電流が小さいエンハンスメントモードＧａＮトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ半導体デバイスは、高周波数でのスイッチング、大電流の通電、及び高電圧のサポートをできるため、ますます望ましいものとなっている。これらのデバイスの開発は、概して大電力／高周波数アプリケーションを目的としてきた。これらのタイプのアプリケーションのために製作されるデバイスは、高電子移動度を示す一般的なデバイス構造に基づき、ヘテロジャンクション電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、または変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）などさまざまに呼ばれている。これらのタイプのデバイスは、典型的には、例えば３０Ｖないし２０００ボルトの高電圧に耐えるが、１００ｋＨｚないし１００ＧＨｚの高周波数でも動作する。
【０００３】
ＧａＮ  ＨＥＭＴデバイスは少なくとも２つの窒化層を有する窒化物半導体を含む。半導体層上またはバッファ層上に形成された異なる材料により、層は異なるバンドギャップを有するようになる。隣接する窒化物層中の異なる材料により極性も生じる。この極性は、特に、バンドギャップがより狭い層において、２つの層の接合部近くの導電性二次元電子ガス（２ＤＥＧ）領域の一因となる。
【０００４】
極性を生じる窒化物層は、一般的には、ＧａＮ層に隣接したＡｌＧａＮバリア層を含み、２ＤＥＧを含み、これによりデバイス中を電荷が流れる。このバリアレイヤはドープされていてもいなくてもよい。２ＤＥＧ領域は、ゲートバイアスがゼロのとき、ゲートの下に存在するので、ほとんどの窒化物デバイスはノーマリーオンであり、すなわち空乏モード（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ）デバイスである。２ＤＥＧ領域が、印加ゲートバイアスがゼロのときゲートの下から減少すると（すなわち、除去されると）、デバイスはエンハンスメントモードデバイスとなる。エンハンスメントモードデバイスはノーマリーオフであり、安全性が高まり、単純なローコスト駆動回路で制御しやすいので、望ましい。エンハンスメントモードデバイスは、電流を通すために正バイアスがゲートに印加されることを要する。
【０００５】
図１は、従来のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタを示す模式図である。図示したように、Ｐ型材料１０１がゲート１０３として用いられる。０Ｖバイアスのとき、Ｐ型材料１０１はゲート１０３の下の２ＤＥＧ１０２を減少させ、デバイスはオフ状態となる。トランジスタは、ゲート１０３に正電圧を印加すると、オンになる。図２は、従来のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタの２つのゲートリーク電流経路２０１、２０２を示す模式図である。第１のゲートリーク電流経路２０１は、Ｐ型ゲート材料１０１の側壁に沿って流れ、第２のゲートリーク電流経路２０２は、Ｐ型ゲート材料１０１の大部分を通って流れる。
【０００６】
図３Ａと図３Ｂは、ゲート下部（ｌｏｗｅｒ  ｇａｔｅ）リーク電流を生じるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタの構造タイプを決定するように設計された２つのテスト構造３００Ａ、３００Ｂを示す模式図である。具体的に、図３Ａに示したトランジスタ構造３００Ａは、図３Ｂに示したトランジスタ構造３００Ｂと比較して、ゲート表面積が大きく、ゲートエッジが小さい。この例では、トランジスタ構造３００Ａは、ゲート表面積が１４０，０００μｍ２であり、エッジが２，５００μｍであるが、トランジスタ構造３００Ｂは、ゲート表面積が８４，０００μｍ２であり、エッジが２４７，０００μｍである。
【０００７】
図４は、図３Ａと図３Ｂにそれぞれ示したトランジスタ構造３００Ａと３００Ｂのゲートリーク電流の比較するグラフである。図示したように、構造３００Ｂは、構造３００Ａよりゲートリーク電流が大きく、これはゲートリーク電流が主にゲートエッジに沿ったものである、すなわち図２に示した経路２０１に沿ったものであることを示唆している。
【０００８】
したがって、本発明の一目的は、ゲート１０３と２ＤＥＧ１０２との間のゲートリーク電流が小さいエンハンスメントモードＧａＮトランジスタを提供することである。
【発明の概要】
【０００９】
エンハンスメントモードＧａＮトランジスタ及びその生産方法をここに開示する。ゲートコンタクトと２ＤＥＧ領域との間のゲートリーク電流が小さいエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ及びその生産方法である。エンハンスメントモードＧａＮトランジスタは、ＧａＮ層と、ＧａＮ層上に配置されたバリア層とを有し、２ＤＥＧ領域がＧａＮ層とバリア層との間に形成され、ソースコンタクトとドレインコンタクトがバリア層上に配置されている。ＧａＮトランジスタは、さらに、バリア層の上かつソースコンタクトとドレインコンタクトの間に形成されたＰ型ゲート材料と、Ｐ型ゲート材料上に配置されたゲート金属とを含み、Ｐ型材料はソースコンタクトとドレインコンタクトの方に向かって伸びる一組の自己整合レッジ（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｌｅｄｇｅｓ）を含む。
【００１０】
ここに開示するエンハンスメントモードＧａＮトランジスタを生産する方法は、ＧａＮ層を形成するステップと、前記ＧａＮ層上にバリア層を形成するステップと、前記バリア層上にＰ型ゲート材料をデポジットするステップと、前記Ｐ型ゲート材料上にゲート金属をデポジットするステップと、前記ゲート金属上にフォトレジストを形成するステップと、前記ゲート金属と前記Ｐ型ゲート材料とをエッチングするステップと、前記ゲート金属を等方的にエッチングして、前記ゲート金属の下の前記Ｐ型ゲート材料に一組のレッジを形成するステップとを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示の特徴、目的、及び利点は、図面を参照して下記の詳細な説明を読めば、明らかとなる。図中、同じ参照数字は対応する要素を示す。
【図１】従来のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタを示す模式図である。
【図２】従来のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタの２つのゲートリーク電流経路を示す模式図である。
【図３Ａ】エンハンスメントモードＧａＮトランジスタのテスト構造を示す模式図である。
【図３Ｂ】他のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタのテスト構造を示す模式図である。
【図４】図３Ａと図３Ｂに示した構造のゲートリーク電流の比較を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態によるトランジスタデバイスを示す模式図である。
【図６Ａ】一実施形態による自己整合レッジを有するトランジスタデバイスのゲートを生産する生産プロセスを示す図である。
【図６Ｂ】一実施形態による自己整合レッジを有するトランジスタデバイスのゲートを生産する生産プロセスを示す図である。
【図６Ｃ】一実施形態による自己整合レッジを有するトランジスタデバイスのゲートを生産する生産プロセスを示す図である。
【図７Ａ】レッジが無い従来のゲートを示す断面図である。
【図７Ｂ】一実施形態による自己整合レッジが有るゲート構造を示す断面図である。
【図８】図７Ａと図７Ｂに示したゲート構造のゲートリーク電流の比較を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明では、幾つかの実施形態を参照する。これらの実施形態は、本技術分野の当業者がそれを実施できるように十分詳しく説明されている。言うまでもなく、他の実施形態を利用してもよいし、様々な構造的、論理的、及び電気的変更を加えても良い。以下の詳細な説明に開示した特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の組み合わせは、必ずしも最も広い意味での本教示の実施にならないかも知れず、本教示の特に代表的な例を説明しているだけである。
【００１３】
図５は、本発明の実施形態によるトランジスタデバイスを示す模式図である。図示したように、トランジスタは、ソース金属５１０（すなわち、ソースコンタクト）とドレイン金属５１２（すなわち、ドレインコンタクト）とを含み、ゲートコンタクトはソース金属とドレイン金属との間に配置される。具体的に、ＧａＮベース層５０１が設けられ、ＧａＮベース層５０１の上にはバリア層５０２が形成され、ＧａＮベース層とバリア層５０２との間の接合部分には２次元電子ガス（２ＤＥＧ）領域が形成されている。実施例では、バリア層５０２はアルミニウム・ガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）から形成されている。
【００１４】
さらに示したように、ゲートコンタクトは、バリア層５０２上に形成されたＰ型ゲート材料５０３を含み、後で詳細に説明するように、Ｐ型ゲート材料５０３の上角（ｔｏｐ  ｃｏｒｎｅｒｓ）に自己整合プロセスにより生成されるレッジ（ｌｅｄｇｅｓ）５０６を含む。ゲート金属５０４はＰ型ゲート材料５０３上に配置される。図示したように、ゲート金属５０４は、Ｐ型ゲート材料５０３の幅（すなわち、Ｐ型ゲート材料５０３の側面間の幅）より小さい幅（すなわち、ゲート材料５０３の側壁間の幅）を有し、ゲート金属５０４の各側面に一組の水平レッジ（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｌｅｄｇｅｓ）５０６が効果的に形成される。一組のレッジ５０６は、ゲート金属５０４の側壁を越えて延在し（ｅｘｔｅｎｄ  ｐａｓｔ  ｓｉｄｅｗａｌｌｓ）、等しいまたは実質的に等しい幅を有する。すなわち、各レッジはゲート金属の各側壁からＰ型ゲート材料の側面まで対称であり、これは自己整合的生産プロセスによるものである。
【００１５】
自己整合的生産プロセスを用いる主な利点は、（１）最小限界寸法（「ＣＤ」）のＰ型ゲートの生成が可能であること、（２）第２のマスクが必要ないので生産コストが低くなること、及び（３）Ｐ型ゲート材料上に配置されたゲート金属５０４と対称的なレッジ５０６を生成できることである。レッジ５０６とＰ型ゲート材料５０３の側面との上の矢印（参照番号５０５で示した）で示したように、ゲート金属５０４に正電圧Ｖｇが印加されると、ゲート電流経路５０５は、まずＰ型ゲート材料５０３の上端に沿って水平に進み、レッジ５０６に着くと、Ｐ型ゲート材料５０３の端に沿った対角線経路をたどる。この構造により、図８を参照して後で説明するように、ゲートリーク電流が小さくなる。
【００１６】
図６Ａないし図６Ｃは、本発明の一実施形態による自己整合レッジを有するゲートを生産する生産方法を示す。図６Ａに示したように、ガリウム窒化物（ＧａＮ）のベース層６０１と、ＧａＮ層６０１の上に形成されたアルミニウム・ガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）のバリア層６０２と、バリア層６０２上に形成されたＰ型ゲート材料６０３の層とを有し、層６０３上にゲート金属６０４が配置された、デバイスのベース構造がまず形成される。
【００１７】
次に、図６Ｂに示すように、フォトレジスト６０５をデポジットして、ゲート金属６０４をエッチングする。Ｐ型ゲート材料６０３も、図６Ｂに示したゲート構造となるようにエッチングされる。図６Ｃに示したように、ゲート金属６０４が等方的にエッチングされ、それによりゲート金属の幅はＰ型ゲート材料６０３の平らな上面より狭くなる。この第２のエッチングステップにより、Ｐ型ゲート材料６０３のレッジ５０６が形成される。
【００１８】
最後に、生産プロセスは、フォトレジスト６０５を除去するステップ（図示せず）を含み、図５に示した自己整合レッジを有するゲートができる。これも言うまでもないが、ドレインコンタクトとソースコンタクトのコンタクト金属は、従来の生産手法を用いて別々にデポジットすることができるが、その形成については、本発明の態様をわかりにくくしないように、ここでは説明しない。
【００１９】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、従来のトランジスタゲートの透過型電子顕微鏡（「ＴＥＭ」）による断面画像と、ここに開示した実施形態による自己整合レッジを有するゲートのＸ線による断面画像を示す。図８は、（図７Ｂに示した）本発明のゲートリーク電流と、（図７Ａに示した）従来のトランジスタのゲートリーク電流とを比較するグラフである。図８から明らかなように、自己整合レッジを有するゲートは、レッジを有しない従来のゲートより、トランジスタデバイスがオン状態のとき、ゲートリーク電流が大幅に小さい。
【００２０】
最後に、留意点として、図６Ａないし図６Ｃに示した自己整合プロセスは、別のマスクを用いてゲートレッジを形成するよりも非常に優れている。別のマスクを用いるプロセスでは、Ｐ型ゲート材料がデバイスのバリア層上にデポジットされた後に、エッチングされていない構造にフォトレジストマスクが適用される。この場合、第１のマスクを用いてゲート金属を最小ＣＤまでパターン化及びエッチングする。次に、第２のマスクを用いて、Ｐ型材料をゲート金属より広いＣＤでパターン化及びエッチングする。この２つのマスクプロセスの大きな欠点の一つは、ゲート金属とＰ型ゲート材料との間に不整合（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が生じる可能性があることである。
【００２１】
上記の説明と図面は、ここに説明する特徴と利点を実現する具体的な実施形態の単なる例示であると考えるべきである。具体的なプロセス条件に対する修正や置換ができる。したがって、本発明の実施形態は、上記の説明と図面により限定されると考えてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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