特許 5885750 バッファ降伏電圧が増大されたＨＥＭＴ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5885750

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月15日

(54)【発明の名称】バッファ降伏電圧が増大されたＨＥＭＴ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20160301BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20160301BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20160301BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20160301BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20160301BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/80 H

   H01L29/78 301B

【請求項の数】20

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-534901(P2013-534901)

(86)(22)【出願日】2011年7月31日

(65)【公表番号】特表2013-544021(P2013-544021A)

(43)【公表日】2013年12月9日

(86)【国際出願番号】US2011046065

(87)【国際公開番号】WO2012054122

(87)【国際公開日】20120426

【審査請求日】2014年6月20日

(31)【優先権主張番号】12/908,458

(32)【優先日】2010年10月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591150672

【氏名又は名称】ナショナル セミコンダクター コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(72)【発明者】

【氏名】サンディープ バヘル

(72)【発明者】

【氏名】コンスタンチン ブルシー

【審査官】 棚田 一也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０１０２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０６０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９６８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／００１６０７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２７／０９５−０９８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６−３３８

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８０−８１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

増加されたバッファ降伏電圧を有するトランジスタであって、
第１の導電型の基板であって、上面を有する、前記基板と、
前記基板内に位置する第２の導電型のウェルであって、上面を有する、前記ウェルと、
前記基板の前記上面及び前記ウェルの前記上面に接するバッファ層であって、上面を有する、前記バッファ層と、
前記バッファ層の前記上面に接するチャネル層であって、ＩＩＩ族窒化物を含み上面を有する、前記チャネル層と、
前記チャネル層の前記上面に接するバリア層であって、ＩＩＩ族窒化物を含む、前記バリア層と、
前記チャネル及びバリア層にオーミック接触する、離間された金属ソース領域及び金属ドレイン領域であって、前記金属ドレイン領域が前記ウェルの直上にある、前記金属ソース領域及び金属ドレイン領域と、
を含み、
前記ウェルが前記ドレイン領域の下の部分から前記ソース領域の下に向けて前記ドレイン領域と前記ソース領域との間の中心を越えた位置へ横方向に延び、前記ウェルが前記ドレイン領域の下にあって前記ソース領域の下になく、前記基板と前記ウェルとにより形成される接合が直列に動作する接合隔離バリアを形成し、それにより前記バッファ降伏電圧が増加する、トランジスタ。

【請求項2】

請求項１に記載のトランジスタであって、
前記金属ドレイン領域が前記ウェルから垂直方向に間隔を空けて配される、トランジスタ。

【請求項3】

請求項１に記載のトランジスタであって、
前記バッファ層に接し、且つ、前記チャネル層及び前記バリア層の領域に接し且つそれらの横方向の間にある、インプラント隔離領域を更に含む、トランジスタ。

【請求項4】

請求項１に記載のトランジスタであって、
前記基板内に位置する整合マーク開口を更に含み、前記金属ドレイン領域が前記整合マーク開口に対し所定の空間的関係を有する、トランジスタ。

【請求項5】

請求項１に記載のトランジスタであって、
前記バリア層に接する、又は絶縁性層により前記バリア層から分離される、金属ゲートを更に含む、トランジスタ。

【請求項6】

請求項１に記載のトランジスタであって、
前記バッファ層が、
前記基板の上面及び前記ウェルの前記上面に接する第１のバッファ層と、
前記第１のバッファ層内に位置し、前記ウェルの前記上面に接する第２の導電型の領域と、
前記第１のバッファ層に接する第２のバッファ層であって、前記チャネル層が前記第２のバッファ層の上面に接する、前記第２のバッファ層と、
を含む、トランジスタ。

【請求項7】

請求項６に記載のトランジスタであって、
前記第１のバッファ層が前記第２のバッファ層より薄い、トランジスタ。

【請求項8】

請求項６に記載のトランジスタであって、
前記第１のバッファ層内に位置する第２の導電型の前記領域が、前記ウェルの直上にあり且つ前記ウェルに接する、トランジスタ。

【請求項9】

請求項６に記載のトランジスタであって、
前記第１のバッファ層内に位置し、前記基板の上面に接する第１の導電型の領域を更に含む、トランジスタ。

【請求項10】

請求項９に記載のトランジスタであって、
前記第１のバッファ層内に位置する第１の導電型の前記領域が、前記第１のバッファ層内に位置する第２の導電型の前記領域に接する、トランジスタ。

【請求項11】

増加されたバッファ降伏電圧を有するトランジスタを形成する方法であって、
上面を有する、第１導電型の基板を形成することと、
前記基板内に、上面を有する、第２導電型のウェルを形成することと、
前記基板の前記上面及び前記ウェルの前記上面に接するようにバッファ層を形成することであって、前記バッファ層が上面を有する、前記バッファ層を形成することと、
前記バッファ層の前記上面に接するようにチャネル層を形成することであって、前記チャネル層がＩＩＩ族窒化物を含み且つ上面を有する、前記チャネル層を形成することと、
前記チャネル層の前記上面に接するようにバリア層を形成することであって、前記バリア層がＩＩＩ族窒化物を含む、前記バリア層を形成することと、
前記チャネル層にオーミック接触する、離間された金属ソース領域及び金属ドレイン領域を形成することであって、前記金属ドレイン領域が前記ウェルの直上にある、前記金属ソース領域及び金属ドレイン領域を形成することと、
を含み、
前記ウェルが前記ドレイン領域の下の部分から前記ソース領域の下に向けて前記ドレイン領域と前記ソース領域との間の中心を越えた位置へ横方向に延び、前記ウェルが前記ドレイン領域の下にあって前記ソース領域の下になく、前記基板と前記ウェルとにより形成される接合が直列に動作する接合隔離バリアを形成し、それにより前記バッファ降伏電圧が増加する、方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の方法であって、
前記金属ドレイン領域が前記ウェルから垂直方向に間隔を空けて配される、方法。

【請求項13】

請求項１１に記載の方法であって、
開口を形成するように前記バリア層及び前記チャネル層の一部を取り除くことを更に含み、前記開口の底部が前記バッファ層の一部を露出させ、前記開口の側壁が前記チャネル層及び前記バリア層の一部を露出させる、方法。

【請求項14】

請求項１１に記載の方法であって、
前記基板内に整合マーク開口を形成することを更に含み、前記金属ドレイン領域が前記整合マーク開口に対し所定の空間的関係を有する、方法。

【請求項15】

請求項１１に記載の方法であって、
前記バリア層に接するように、又は絶縁性層により前記バリア層から分離されるように、金属ゲートを形成することを更に含む。

【請求項16】

請求項１１に記載の方法であって、
前記バッファ層を形成することが、
前記基板の前記上面及び前記ウェルの前記上面に接するように第１のバッファ層を形成することであって、前記第１のバッファ層が上面を有する、前記第１のバッファ層を形成することと、
前記第１のバッファ層内に前記ウェルの上面に接する第２の導電型の領域を形成することと、
前記第１のバッファ層の前記上面に接するように第２のバッファ層を形成することであって、前記チャネル層が前記第２のバッファ層の上面に接する、前記第２のバッファ層を形成することと、
を含む、方法。

【請求項17】

請求項１６に記載の方法であって、
前記第１のバッファ層が前記第２のバッファ層より薄い、方法。

【請求項18】

請求項１６に記載の方法であって、
前記第１のバッファ層内の第２の導電型の前記領域が、前記ウェルの直上にあり且つ前記ウェルに接する、方法。

【請求項19】

請求項１６に記載の方法であって、
前記第１のバッファ層内に前記基板の上面に接する第１の導電型の領域を形成することを更に含む、方法。

【請求項20】

請求項１９に記載の方法であって、
前記第１のバッファ層内の第１の導電型の前記領域が、前記第１のバッファ層内の第２の導電型の前記領域に接する、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＩＩＩ族窒化物（ＩＩＩ−Ｎ）ＨＥＭＴに関し、特に、バッファ降伏電圧が増大されたＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴに関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＩＩ族窒化物の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、より広いバンドギャップ及び優れた電子飽和速度があるため、パワーエレクトロニクスに潜在的な優位性を示してきた。これらの材料特性は、高い降伏電圧、低いオン抵抗、及び高速スイッチングを実現する。ＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴはまた、シリコンベースのトランジスタよりも高い温度で動作し得る。これらの特性により、ＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴは、照明及び車両制御のような高効率の電力レギュレーションのアプリケーションに良好に適している。

【0003】

図１は、従来のＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ１００を例示する断面図を示す。図１に示されるように、ＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ１００は、基板１１０と、基板１１０の上面上に形成された層状領域１１２とを含む。層状領域１１２は、頂部にバリア層１１４、中間にチャネル層１１６、及び基板１１０とチャネル層１１６との間にある底部にバッファ層１１８を含む。バリア層１１４、チャネル層１１６、及びバッファ層１１８はそれぞれ、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌのうちの１つもしくは複数を含むＩＩＩ族を有する、１つもしくは複数の連続的なＩＩＩ族窒化物層で典型的に実装される。例えば、バリア層１１４は、通常、ＡｌＧａＮから形成され、チャネル層１１６は、通常、ＧａＮから形成される。

【0004】

下記文献１において説明されるように、ＨＥＭＴのチャネル層及びバリア層は、チャネル層の頂部にある二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の形成を誘発する、異なる分極特性及びバンドギャップを有する。高濃度の電子を有する２ＤＥＧは、従来の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のチャネルと類似している。

【非特許文献1】Mishra et al., “AlGaN/GaN HEMTs - An Overview of Device Operation and Applications”, Proceedings of IEEE, Vol. 90, No. 6, June 2002, pp. 1022-1031

【0005】

天然のＩＩＩ族窒化物の基板は容易に入手することができないので、層状領域１１２は、従来、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）などのエピタキシャル蒸着技術を使用して、基板１１０上に成長される。バッファ１１８は、格子定数の差に対処し且つ最小転位の成長表面を提供するために、基板１１０とチャネル層１１６との間に遷移層を提供する。

【0006】

ＳｉＣが妥当な低い格子不整合（〜３％）と高い熱伝導率を有するため、基板１１０は、ＳｉＣで一般に実装される。しかしながら、ＳｉＣ基板は、高価でありサイズが制限される。また、Ｓｉの低コスト及びＳｉ処理インフラテクチャーの利用しやすさのため、基板１１０は、Ｓｉでも一般に実装される。しかしながら、Ｓｉ基板は、ウエハの応力及びそれに伴うたわみにより、６インチの基板上でのバッファ層１１８の厚みが２〜３μｍに制限される。

【0007】

２〜３μｍのバッファの厚みの制限の１つは、薄いバッファ層がデバイスの降伏電圧に制限を与える点である。これは、バッファ降伏電圧が極めて低いためである。例えば、２μｍの厚みのバッファは３００Ｖで降伏する。バッファ降伏電圧を増加させるひとつのアプローチは、基板をフローとさせることである。基板をフローティングにすることで、バッファ降伏電圧は、電圧が２つのバッファ層の厚みによって支持されるので、２倍の６００Ｖとなる。

【0008】

例えば、図１に示されるように、Ｓｉ基板がフローティングされドレイン−ソースが降伏すると、降伏電流が、降伏通路部分Ａ、Ｂ、Ｃを含む、ドレインからソースへの通路を流れる。降伏通路部分Ａ及びＣはそれぞれ約３００Ｖの降伏電圧を有するのに対し、降伏通路部分Ｂはオーミック（ohmic）である。それ故、全降伏電圧（６００Ｖ）を達成するためには、基板１１０は、半分の降伏電圧（３００Ｖ）までフロートすることができなければならない。

【0009】

しかしながら、基板をフローティングするための要件は、デバイス間の容量性結合に起因するクロストークの大きな問題を引き起こす。また、フローティング基板はパッケージングの大きな問題を引き起こす。従来のパッケージを用いる場合、ＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴは、非導電性エポキシを使用して取り付けられる。しかしながら、非導電性エポキシは、導電性エポキシよりも熱伝導率が悪い。このことは、ＩＩＩ族窒化物のデバイスが電力アプリケーションに意図され、良質なヒートシンクを持つ必要性があるために重要な問題を引き起こす。

【0010】

ＡｌＮのような高い熱伝導率を持つ中間の絶縁層を使用する、改良されたヒートシンクを有するパッケージがある。しかしながら、これらは高価であり、しかも導電性エポキシで直接取付けるよりも、なお低い熱伝導率を有する。さらに、基板が直接接触されていないので、フローティング基板の電圧が特定されない。規制されない電圧は、回路設計において好ましくない。それ故、ＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴを形成する代替的なアプローチが必要である。

【発明の概要】

【0011】

本発明のトランジスタは、バッファ降伏電圧を増大させる。本発明の或るトランジスタが、第１導電型の基板、及び基板に位置する第２の導電型のウェルを含む。この基板及びウェルは各々上面を有する。このトランジスタは、基板の上面及びウェルの上面に接するバッファ層、及びバッファ層の上面に接するチャネル層を更に含む。バッファ層及びチャネル層は各々上面を有し、チャネル層はＩＩＩ族窒化物を含む。このトランジスタは、チャネル層の上面に接するバリア層と、チャネル層に接触する、離間された金属ソース領域及び金属ドレイン領域とを更に含む。バリア層はＩＩＩ族窒化物を含む。金属ドレイン領域はウェルの直上にある。

【0012】

本発明におけるトランジスタを形成する或る方法が、第１の導電型の基板を形成すること、及びこの基板に第２の導電型のウェルを形成することを含む。基板及びウェルはいずれも上面を有する。この方法は、基板の上面及びウェルの上面に接するようにバッファ層を形成すること、及びバッファ層の上面に接するようにチャネル層を形成することを更に含む。バッファ層及びチャネル層はいずれも上面を有し、チャネル層はＩＩＩ族窒化物を含む。この方法は、チャネル層の上面に接するようにバリア層を形成すること、及びチャネル層に接触する、離間された金属ソース領域及び金属ドレイン領域を形成することを更に含む。バリアはＩＩＩ族窒化物を含む。金属ドレイン領域はウェルの直上にある。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】従来のＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ１００を例示する断面図である。

【図2】本発明に従ったＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図3】本発明に従ったＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図4】本発明に従ったＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図5】本発明に従ったＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図6】本発明に従ったＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図7A】本発明に従った単一のＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００の動作を例示する断面図である。

【図7B】本発明に従った一対の隣り合ったＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００の動作を例示する断面図である。

【図8】本発明の第１の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ８００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図9】本発明の第１の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ８００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図10】本発明の第１の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ８００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図11】本発明の第１の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ８００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図12】本発明の第１の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ８００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図13】本発明の第２の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ１３００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図14】本発明の第２の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ１３００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図15】本発明の第２の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ１３００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【図16】本発明の第２の代替の実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ１３００を形成する方法の一例を示す一連の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図２〜図６は、本発明に従ったＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００を形成する方法の一例を例示する一連の断面図を示す。以下により詳細に述べるように、本発明の方法は、ドレイン下のシリコン基板内にＰＮ接合を形成して、直列に動作し、それによりバッファ降伏電圧を増加させる、接合隔離バリアを形成する。

【0015】

図２に示すように、本発明の方法は、従来通り形成される単結晶の低濃度にドープされたＰ型のＳｉ基板２２０（例えば＜１１１＞）を用いる。更に図２に示すように、本発明の方法は、パターニングされたフォトレジスト層２１２を基板２１０の上面上に形成することにより開始する。

【0016】

パターニングされたフォトレジスト層２１２は従来の方式で形成され、この方式は、フォトレジストの層を堆積すること、マスクとして知られるパターニングされた黒／透明ガラスプレートを介して光を投射して、光に曝されたフォトレジスト領域を軟化させるフォトレジストの層上に、パターニングされた画像を形成すること、及び軟化されたフォトレジスト領域を取り除くことを含む。パターニングされたフォトレジスト層２１２が形成された後、基板２１０の露出された領域はエッチングされて、整合マーク２１６を含むＨＥＭＴ構造２１４を形成する。パターニングされたフォトレジスト層２１２はその後取り除かれる。

【0017】

図３に図示するように、パターニングされたフォトレジスト層２１２の除去の後、従来の方式で、パターニングされたフォトレジスト層２２０が基板２１０の上面上に形成される。パターニングされたフォトレジスト層２２０が形成された後、リン及び／又はヒ素などのＮ型ドーパントが、パターニングされたフォトレジスト層２２０内の開口を介して基板２１０にインプラントされる。次に、インプラントを拡散及び活性化するためにアニールが実行され、それにより、基板２１０にＮウェル２３２を含む中間ＨＥＭＴ構造２３０が形成される。パターニングされたフォトレジスト層２２０はその後取り除かれる。

【0018】

図４に図示するように、パターニングされたフォトレジスト層２２０が取り除かれると、基板２１０上に層状領域２４０が形成される。層状領域２４０は、バッファ層２４２、チャネル層２４４、及びバリア層２４６を含む。バッファ層２４２、チャネル層２４４、及びバリア層２４６は、各々、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌのうちの１つもしくは複数を含むＩＩＩ族を有する、１つもしくは複数の連続的なＩＩＩ族窒化物の層で実装され得る。例えば、バッファ層２４２は、ＡｌＮ（熱的に安定した材料）、ＡｌＧａＮ、及びＧａＮの連続した層で実装され得る。また、チャネル層２４４は、例えばＧａＮで実装され得、バリア層２４６は、例えばＡｌＧａＮで実装され得る。

【0019】

層状領域２４０は、従来の方法で形成され得、この方法では、例えば、ＭＯＣＶＤリアクタに中間ＨＥＭＴ構造２３０を配置し、基板構造２１０の上面にバッファ層２４２、バッファ層２４２の上面にチャネル層２４４、チャネル層２４４の上面にバリア層２４６をエピキャシタル成長させる。

【0020】

図５に図示するように、層状領域２４０の従来通りの形成に続いて、この方法は、Ｎウェル２３２の直上に金属ドレイン領域２５４を配置するために整合マーク２１６が用いられることを除き従来の方式で、金属ゲート領域２５０、金属ソース領域２５２、及び金属ドレイン領域２５４を形成することによって、ＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００の形成を完了する。

【0021】

金属ゲート領域２５０は、ショットキー接触するように形成され、他方、金属ソース領域２５２及び金属ドレイン領域２５４は、チャネル層２４４とオーミック接触するよう形成される。代替的に、図５の点線で示されるように、ゲート２５０は、絶縁層ＩＳＯによってバリア層２４６から絶縁され得る。

【0022】

また、この方法は、整合マーク２１６及び非デバイス領域の上にあるバリア層２４６及びチャネル層２４４を取り除くことにより、隣接するデバイスを隔離する。バリア層２４６及びチャネル層２４４が、整合マーク２１６及び非デバイス領域の上から取り除かれるとき、この除去は開口２５６を形成し、開口２５６の底部がバッファ層２４２の一部を露出させ、開口２５６の側壁がチャネル層２４４及びバリア層２４６の一部を露出させる。

【0023】

代替的に、図６に示すように、この方法は、整合マーク２１６及び非デバイス領域の上にあるバリア層２４６及びチャネル層２４４の領域に窒素など隔離種をインプラントすることにより、隣接するデバイスを隔離することができる。（このインプラントは更に、隔離種をバッファ層２４２へ途中まで駆動する。）バリア層２４６及びチャネル層２４４がインプラントされるとき、このインプラントは、バッファ層２４２より上にあり、チャネル層２４４及びバリア層２４６の領域に接し且つそれらの横方向の間にある、インプラント隔離領域２５８を形成する。

【0024】

図７Ａ及び図７Ｂは、本発明に従ったＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００の動作を例示する断面図を示す。図７Ａは、単一のＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ２００の動作を示す。図７Ａに示すように、ドレイン対ソースが降伏したとき、降伏通路部分Ａ、Ｂ、及びＣを含む、金属ドレイン領域２５４から金属ソース領域２５２までの通路を降伏電流が流れる。

【0025】

しかし、Ｐ基板２１０内のＮウェル２３２の形成は、経路部分Ｂを遮断する空乏領域２６０を備えたＰＮ接合を形成する。降伏経路Ａはまだアクティブであるが、それがオンにされると、ＰＮ接合を逆方向バイアスさせ、それにより、降伏経路Ｂ及びＣをオフにする。これは、バッファ降伏電圧を増大させるＰＮ接合の逆方向バイアスされた降伏電圧であるため、Ｎウェル２３２を形成するために用いられるドーパント濃度は、逆方向バイアスされた降伏電圧を最大化させるように選択される。

【0026】

それ故、本発明の効果の１つは、金属ドレイン領域２５４下にＰＮ接合を形成することによって、薄いバッファ層（例えば、２〜３μｍ厚み）がＳｉ基板上に成長されるときにバッファ降伏電圧が実質的に増大され得る点である。改良されたバッファ降伏電圧は、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ２００に対し一層高い降伏電圧を提供する。

【0027】

図７Ｂは、一対の隣り合ったＩＩＩ族窒化物ＨＴＭＴ２００の動作を示す。図７Ｂに示すように、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ２００の各ドレイン２５４は、対応するＮウェル２３２の上の中央に置かれる。Ｎウェル２３２は、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ２００のソース２５２程度に遠くまで左へ、及び、図７Ｂに示すように、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ２００の隣接する対のゲート間の中間点にほぼ一致する地点までの等価的距離右へ、横方向に延長し得る。

【0028】

Ｎウェル２３２の幅は、ドレイン２５４からバッファ層２４２へ及び基板２１０へ流れ、それにより、対応するＮウェル２３２のＰＮ接合あたりへ行く任意の降伏電流が、Ｎウェル２３２の逆方向バイアスされた降伏電圧とほぼ同等である電圧を低下させたことを確実にするよう実験的に決定される。ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ２００は、横方向寸法より比較的小さい垂直の寸法を有する横型高電圧トランジスタであるため、トランジスタはＮウェル２３２の幅に対応するよう充分大きな横方向寸法を有する。

【0029】

図７Ｂに更に示すように、ＰＮ接合は、Ｎウェル２３２を電気的にフローティングとさせ、Ｐ型基板２１０を電気的にグランド（接地）させることを可能にする。そのため、本発明の別の利点は、Ｐ型基板２１０をグランドさせることが、隣接するデバイス間のクロストークを減らす点である。また、Ｐ型基板２１０をグランドさせることで、非導電性エポキシよりも良好な熱伝導率を提供する導電性エポキシが、ＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ２００をパッケージに取り付けるのに使用され得る。

【0030】

図８〜図１２は、本発明の第１の代替的な実施例によるＩＩＩ族窒化物のＨＥＭＴ８００の形成する方法の一例を例示する一連の断面図を示す。ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ８００を形成する方法は、パターニングされたフォトレジスト層２１２の除去までは、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ２００を形成する方法と同じであるため、両方の方法に共通の構造を示すために同様の参照符号を用いる。

【0031】

図８に図示するように、パターニングされたフォトレジスト層２１２が取り除かれると、例えば、ＭＯＣＶＤリアクタ内に中間ＨＥＭＴ構造２１４を配置することにより、及び従来の方式で基板２１０の上面上に第１のバッファ層８１０をエピタキシャル成長させることにより、第１のバッファ層８１０が形成される。バッファ層２４２より実質的に薄い第１のバッファ層８１０の成長は、中間ＨＥＭＴ構造８１２を形成する。第１のバッファ層８１０は、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌのうちの１つもしくは複数を含むＩＩＩ族を有する、１つもしくは複数の連続的なＩＩＩ族窒化物の層で実装され得る。第１のバッファ層８１０は、ＡＩＮ又は高Ａｌ組成（例えば、５０％を上回る）を有する頂部層を備えた１つ又は複数のＩＩＩ族窒化物材料のシーケンスなど、熱的に安定した材料で実装されることが好ましい。

【0032】

図９に図示するように、第１のバッファ層８１０が形成された後、中間ＨＥＭＴ構造８１２がリアクタから取り除かれ、パターニングされたフォトレジスト層８１４が従来の方式で第１のバッファ層８１０の上面上に形成される。パターニングされたフォトレジスト層８１４が形成された後、リンおよび／またはヒ素のようなＮ型のドーパントが、パターニングされたフォトレジスト層８１４内の開口を介して及び第１のバッファ層８１０を介してインプラントされて、基板２１０内のＮ型インプラントされた領域を形成する。インプラントのドーパント濃度は、Ｎウェル２３２を形成するために用いられるドーパント濃度にほぼ等しくなるよう選択され得る。

【0033】

これに続き、ＳｉなどのＮ型ドーパントが、パターニングされたフォトレジスト層８１４内の開口を介して第１のバッファ層８１０にインプラントされて、第１のバッファ層８１０内にＮ型インプラントされた領域を形成する。インプラントのドーパント濃度は、Ｎウェル２３２を形成するために用いられるドーパント濃度にほぼ等しくなるように選択され得る。パターニングされたフォトレジスト層８１４はその後、中間ＨＥＭＴ構造８１６を形成するように取り除かれる。

【0034】

図１０に図示するように、パターニングされたフォトレジスト層８１４が取り除かれると、中間ＨＥＭＴ構造８１６がリアクタに戻され、インプラントされたドーパントを拡散及び活性化するためにアニールが実行され、それにより、基板２１０にＮウェル８２０を、及びＮウェル８２０より上にありＮウェル８２０に接する第１のバッファ層８１０にＮ型領域８２２を形成する。

【0035】

（Ｎウェル８２０及びＮ型領域８２２は、代替的に個別のマスクを用いて形成されてもよい。例えば、Ｎウェルは、図９に示すパターニングされたフォトレジスト層８１４のみがＮ型領域８２２を形成するために用いられるように、第１のバッファ層８１０が図３に図示するようなパターニングされたフォトレジスト層２２０を用いて形成される前に、形成され得る。）

【0036】

アニールに続いて、第２のバッファ層８２４が、従来の方式で第１のバッファ層８１０の上面上に第２のバッファ層８２４をエピタキシャル成長することにより形成される。第１のバッファ層８１０の厚み及び第２のバッファ層８２４の厚みは、バッファ層２４２の厚みにほぼ等しい。

【0037】

第２のバッファ層８２４が形成されると、従来の方式で、第２のバッファ層８２４上にチャネル層８２６がエピタキシャル成長され、チャネル層８２６上にバリア層８２８がエピタキシャル成長される。第２のバッファ層８２４、チャネル層８２６、及びバリア層８２８は、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌのうちの１つもしくは複数を含むＩＩＩ族を有する、１つもしくは複数の連続的なＩＩＩ族窒化物の層で実装され得る。

【0038】

例えば、第２のバッファ層８２４は、ＡｌＧａＮ及びＧａＮの連続した層で実装され得、チャネル層８２６はＧａＮで実装され得、バリア層８２８はＡｌＧａＮで実装され得る。第１のバッファ層８１０、第２のバッファ層８２４、チャネル層８２６、及びバリア層８２８は、層状領域８３０を形成する。

【0039】

図１１に図示するように、バリア層８２８の従来の形成に続き、この方法は、金属ドレイン領域８４４をＮウェル８２０及びＮ型領域８２２の直上に配置するために整合マーク２１６が用いられることを除き、従来の方式で、金属ゲート領域８４０、金属ソース領域８４２、及び金属ドレイン領域８４４を形成することにより、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ８００の形成を終了する。

【0040】

金属ゲート領域８４０はショットキー接触をするように形成され、他方で金属ソース領域８４２および金属ドレイン領域８４４は、チャネル層８２６とオーミック接触するよう形成される。代替的に、図１１の点線で示されるように、ゲート８４０は、絶縁層ＩＳＯによってバリア層８２８から絶縁され得る。

【0041】

また、この方法は、整合マーク２１６及び非デバイス領域上にあるバリア層８２８及びチャネル層８２６を取り除くことにより、隣接するデバイスを隔離させる。バリア層８２８及びチャネル層８２６が整合マーク２１６及び非デバイス領域の上から取り除かれるとき、この除去は開口８４６を形成し、開口８４６の底部がバッファ層８２４の一部を露出させ、開口８４６の側壁がチャネル層８２６及びバリア層８２８の一部を露出させる。

【0042】

代替的に、図１２に示すように、この方法は、整合マーク２１６及び非デバイス領域の上にあるバリア層８２８及びチャネル層８２６の領域に、窒素などの隔離種をインプラントすることにより、隣接するデバイスを隔離することができる。（このインプラントはまた、隔離種をバッファ層８２４へ途中まで駆動する。）バリア層８２８及びチャネル層８２６がインプラントされるとき、このインプラントは、バッファ層８２４より上にあり、且つ、チャネル層８２６及びバリア層８２８の領域に接し且つそれらの横方向の間にあるインプラント隔離領域８４８を形成する。

【0043】

そのため、本発明の第１の代替実施例の利点の一つは、基板２１０とバッファ層との間のインタフェースに存在し得る如何なる漏れ電流も最小化するＮウェル８２０の直上の第１のバッファ層８１０内にＮ型領域８２２を形成することである。それ以外は、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ８００は、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ２００と同じく動作する。

【0044】

図１３〜図１６は、本発明の第２の代替的な実施例によるＩＩＩ族窒化物１３００を形成する方法の一例を例示する一連の断面図を示す。ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ１３００を形成する方法は、パターニングされたフォトレジスト層８１４の除去までは、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ８００を形成する方法と同じであるため、両方の方法に共通の構造を示すために同様の参照符号を用いる。

【0045】

図１３に図示するように、パターニングされたフォトレジスト層８１４の除去に続いて、パターニングされたフォトレジスト層１３１０が、従来の方式で第１のバッファ層８１０上に形成される。パターニングされたフォトレジスト層１３１０が形成された後、ＭｇなどのＰ型ドーパントが、パターニングされたフォトレジスト層１３１０内の開口を介して第１のバッファ層８１０にインプラントされて、第１のバッファ層８１０内にインプラントされた領域を形成する。

【0046】

インプラントされた領域を形成するために用いられるドーパント濃度は、Ｐ型基板２１０を形成するために用いられるドーパント濃度にほぼ等しくなるように選択される。パターニングされたフォトレジスト層１３１０は、その後取り除かれて、中間ＨＥＭＴ構造１３１４を形成する。（パターニングされたフォトレジスト層１３１０は、任意選択で、パターニングされたフォトレジスト層８１４が形成される前に形成されてもよい。）

【0047】

図１４に図示するように、パターニングされたフォトレジスト層１３１０が取り除かれた後、中間ＨＥＭＴ構造１３１４がリアクタに戻され、インプラントされたドーパントを拡散及び活性化するためにアニールが実行され、それにより、基板２１０にＮウェル８２０を、Ｎウェル８２０より上にあり且つＮウェル８２０に接する第１のバッファ層８１０にＮ型領域８２２を、及び第１のバッファ層８１０にＰ型領域１３１６を形成する。この拡散に続いて、図１４に示すように、Ｐ型領域１３１６はＮ型領域８２２に接し、それにより、第１のバッファ層８１０内にＰＮ接合を形成する。

【0048】

図１５に図示するように、アニールが終了した後、この方法は、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ１３００を形成するための第１の代替実施例に関連して説明したように、即ち、第２のバッファ層８２４、チャネル層８２６、及びバリア層８２８、及び金属コンタクト８４０、８４２、及び８４４を形成することにより、継続する。

【0049】

そのため、本発明の第２の代替実施例の利点の一つは、Ｐ型領域１３１６及びＮ型領域８２２を備えた第１のバッファ層８１０にＰＮ接合を形成することが、基板２１０とバッファ層との間のインタフェースに存在し得る如何なる漏れ電流をも更に最小化する点である。

【0050】

代替的に、図１６に示すように、アニール後に、拡散されたＰ型ドーパントが、Ｎ型領域８２２を形成する拡散されたＮ型ドーパントに接するように伸張しないように、パターニングされたフォトレジスト層１３１０が配置され得、それにより、Ｐ型領域１３１６とＮ型領域８２２との間にギャップ１３２０を形成するようにしてもよい。それ以外は、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ１３００の変形はいずれも、ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴ８００と同じく動作する。

【0051】

上記説明が本発明の例示であり、本明細書に記載された発明の様々な代替物が発明を実施するにあたり採用され得ることが理解されるべきである。例えば、ＩＩＩ族窒化物のＨＭＴは、デプレーションモードのデバイスとして従来通り形成されるが、エンハンスメントモードのデバイスとしても形成され得る。

【0052】

本発明は、デバイスの基板とバッファ層の構造が同じであるため、エンハンスメントモードのデバイスにも均等に十分に適用される。それゆえ、以下の請求項が発明の範囲を規定し、これらの請求項の範囲内の構造および方法とその均等物とがカバーされることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】