ホーム > 特許ランキング > ＷＯＬＦＳＰＥＥＤ，ＩＮＣ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-21
(54)【発明の名称】半導体表面改質を含むトランジスタ及び関連製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/338 20060101AFI20240514BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20240514BHJP
【ＦＩ】
H01L29/80 H
H01L29/06 301F
H01L29/80 L
H01L29/80 G
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023571537
(86)(22)【出願日】2022-05-18
(85)【翻訳文提出日】2023-12-28
(86)【国際出願番号】 US2022029734
(87)【国際公開番号】W WO2022245885
(87)【国際公開日】2022-11-24
(31)【優先権主張番号】17/325,488
(32)【優先日】2021-05-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592054856
【氏名又は名称】ウルフスピード インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＷＯＬＦＳＰＥＥＤ，ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ビスゲス、ジョシュア
(72)【発明者】
【氏名】ボーテ、カイル
(72)【発明者】
【氏名】キング、マシュー
【テーマコード（参考）】
5F102
【Ｆターム（参考）】
5F102GB01
5F102GC01
5F102GD01
5F102GJ02
5F102GJ03
5F102GJ04
5F102GJ05
5F102GJ06
5F102GJ10
5F102GL04
5F102GL09
5F102GM04
5F102GQ01
5F102GR12
5F102GS04
5F102GS06
5F102GS09
5F102GT03
5F102GV06
5F102GV07
5F102GV08
5F102HC01
(57)【要約】
トランジスタ・デバイスは、半導体構造と、半導体構造上のソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の半導体構造上のゲートと、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間の半導体構造上の表面不動態化層とを含む。表面不動態化層は、ゲートに隣接する半導体構造の第２の領域とは異なるやり方で第１の領域を処理するために、半導体構造の第１の領域を露出する開口部を内部に含む。関連するデバイス及び製造方法についても論じる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トランジスタ・デバイスであって、半導体構造と、
前記半導体構造上のソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記半導体構造上のゲートと、
前記ゲートと前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトとの間の前記半導体構造上の表面不動態化層であって、第１の領域を処理するために、前記半導体構造の前記第１の領域を露出する開口部を内部に含む表面不動態化層とを備える、トランジスタ・デバイス。
【請求項2】
前記半導体構造は、間にヘテロ接合を画定するチャネル層及び障壁層を含み、前記第１の領域は、前記ゲートに隣接する前記半導体構造の第２の領域よりも高い伝導率を有する、請求項１に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項3】
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも低いシート抵抗を有する、請求項２に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項4】
前記第１の領域は、前記第２の領域とは異なる表面特性を有する、請求項２に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項5】
前記第１の領域は、改質された界面状態を有し、前記第２の領域には、前記改質された界面状態がなく、又は異なるやり方で改質された界面状態を有する、請求項２から４までのいずれか一項に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項6】
前記開口部は、前記第２の領域によって前記ゲートから横に分離される、請求項２から４までのいずれか一項に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項7】
前記ゲートは、前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトに向かって前記表面不動態化層に沿って横に延びるサイドローブ部分を含み、前記サイドローブ部分は前記第２の領域の上に延びる、請求項６に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項8】
前記開口部は、前記半導体構造の表面に沿って前記ゲートから横に離れて約１０ナノメートル（ｎｍ）から約５００ｎｍの間隔をあけられている、請求項６に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項9】
前記表面不動態化層は、第１の不動態化層であり、前記トランジスタ・デバイスは、前記第１の不動態化層上にあり、且つ前記開口部内に延びて前記第１の領域に接触する第２の不動態化層をさらに備え、
前記第１の領域と前記第２の不動態化層との間の界面が、前記第２の領域と前記第１の不動態化層との間の界面とは異なる前記改質された界面状態を有する、請求項５に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項10】
前記改質された界面状態は、前記第２の不動態化層の形成によって画定される、請求項９に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項11】
前記第２の不動態化層上、且つ前記ゲートと前記ドレイン・コンタクトとの間のフィールド板をさらに備え、前記開口部は、前記フィールド板の少なくとも一部から横に離隔される、請求項９に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項12】
前記フィールド板は、前記第２の不動態化層が間にある状態で前記開口部と少なくとも部分的に重なる、請求項１０に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項13】
表面が処置された領域が、イオン衝撃、プラズマ窒化、プラズマ酸化、水素プラズマ処置、及び／又はガス環境におけるアニールによって画定される、請求項５に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項14】
トランジスタ・デバイスであって、間にヘテロ接合を画定するチャネル層及び障壁層を含む半導体構造と、
前記半導体構造上のソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記半導体構造上のゲートとを備え、
前記半導体構造は、前記ゲートと前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトとの間の第１の領域と、前記ゲートに隣接する第２の領域とを含み、前記第１の領域は、前記第２の領域よりも高い伝導率を有する、トランジスタ・デバイス。
【請求項15】
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも低いシート抵抗を有する、請求項１４に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項16】
前記第１の領域及び前記第２の領域を含む前記半導体構造は、前記ゲートと前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトとの間で不均一に変動する伝導率を有する、請求項１４に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項17】
前記第１の領域は、前記第２の領域とは異なる表面特性を有する、請求項１４から１６までのいずれか一項に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項18】
前記第１の領域は、改質された界面状態を有し、前記第２の領域には、前記改質された界面状態がなく、又は異なるやり方で改質された界面状態を有する、請求項１４から１７までのいずれか一項に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項19】
前記ゲートと前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトとの間の前記半導体構造の表面上の表面不動態化層をさらに備え、前記表面不動態化層は、前記第１の領域を露出する開口部を内部に含む、請求項１７に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項20】
前記開口部は、前記第２の領域によって前記ゲートから横に分離される、請求項１９に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項21】
前記ゲートは、前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトに向かって前記表面不動態化層に沿って横に延びるサイドローブ部分を含み、前記サイドローブ部分は、前記第２の領域の上に延びる、請求項２０に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項22】
前記開口部は、前記半導体構造の前記表面に沿って前記ゲートから横に離れて約１０ナノメートル（ｎｍ）から約５００ｎｍの間隔をあけられている、請求項２０に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項23】
前記表面不動態化層は、第１の不動態化層であり、前記トランジスタ・デバイスは、前記第１の不動態化層上にあり、且つ前記開口部内へ延びて前記第１の領域に接触する第２の不動態化層をさらに備え、
前記第１の領域と前記第２の不動態化層との間の界面が、前記第２の領域と前記第１の不動態化層との間の界面とは異なる前記改質された界面状態を有する、請求項１８に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項24】
トランジスタ・デバイスであって、間にヘテロ接合を画定するチャネル層及び障壁層を含む半導体構造と、
前記半導体構造上のソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記半導体構造の表面上のゲートと、
前記ゲートと前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトとの間の前記半導体構造の前記表面上の１つ又は複数の不動態化層とを備え、
前記半導体構造の伝導率は、その上の１つ又は複数の不動態化層との界面に沿った方向に不均一に変動する、トランジスタ・デバイス。
【請求項25】
前記半導体構造は、前記ゲートと前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトとの間の第１の領域と、前記ゲートに隣接する第２の領域とを含み、前記第１の領域は、前記第２の領域よりも高い伝導率を有する、請求項２４に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項26】
前記第１の領域は、前記第２の領域よりも低いシート抵抗を有する、請求項２５に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項27】
前記第１の領域は、前記第２の領域とは異なる表面特性を有する、請求項２５に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項28】
前記第１の領域は、改質された界面状態を有し、前記第２の領域には、前記改質された界面状態がなく、又は、異なるやり方で改質された界面状態を有する、請求項２５から２７までのいずれか一項に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項29】
前記１つ又は複数の不動態化層は、前記ゲートに隣接する前記半導体構造の前記第２の領域上にあり、且つ前記第１の領域を露出する開口部を内部に含む第１の不動態化層を含み、
前記開口部は、前記第２の領域によって前記ゲートから横に分離される、請求項２８に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項30】
前記１つ又は複数の不動態化層は、前記第１の不動態化層上にあり、且つ前記開口部内に延びて前記第１の領域に接触する第２の不動態化層をさらに含み、
前記界面は、前記第１の領域と前記第２の不動態化層との間の第１の界面、及び前記第２の領域と前記第１の不動態化層との間の第２の界面を含み、前記第１の界面は、前記第２の界面とは異なる改質された界面状態を有する、請求項２９に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項31】
前記ゲートと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記第２の不動態化層上にあるフィールド板をさらに備え、前記開口部は、前記フィールド板の少なくとも一部から横に離隔される、請求項３０に記載のトランジスタ・デバイス。
【請求項32】
トランジスタ・デバイスを製造する方法であって、半導体構造上に表面不動態化層を形成することと、
ゲートがソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間にある、前記半導体構造上に前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクト並びに前記ゲートを形成することと、
前記ゲートと前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトとの間の前記半導体構造の第１の領域を露出する前記表面不動態化層に開口部を形成することと、
前記開口部によって露出される前記半導体構造の前記第１の領域を、前記ゲートに隣接する前記半導体構造の第２の領域とは異なるやり方で処理することとを含む、トランジスタ・デバイスを製造する方法。
【請求項33】
前記半導体構造は、間にヘテロ接合を画定するチャネル層及び障壁層を含み、前記第１の領域は、前記処理に応じて前記半導体構造の前記第２の領域よりも高い伝導率を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項34】
前記第１の領域は、前記処理に応じて前記第２の領域よりも低いシート抵抗を有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項35】
前記第１の領域は、前記処理に応じて前記第２の領域とは異なる表面特性を有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項36】
前記処理は、その界面状態を改質するために前記開口部によって露出された前記第１の領域の表面処置を行うことを含み、前記第２の領域は、前記表面処置によって実質的に影響を受けない、請求項３２から３５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項37】
前記表面処置は、イオン衝撃、プラズマ窒化、プラズマ酸化、水素プラズマ処置、及び／又はガス環境におけるアニールを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項38】
前記表面処置は、酸性化学溶液での湿式エッチング、塩基性化学溶液での湿式エッチング、及び／又は中性化学溶液での処置を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項39】
前記表面不動態化層は、第１の不動態化層であり、前記方法は、前記第１の不動態化層上にあり、且つ前記開口部内へ延びて前記第１の領域に接触する第２の不動態化層を形成することをさらに含み、
前記第１の領域と前記第２の不動態化層との間の界面は、前記第２の領域と前記第１の不動態化層との間の界面とは異なる前記改質された界面状態を有する、請求項３６に記載の方法。
【請求項40】
前記第２の不動態化層を形成することにより、前記第１の領域の前記改質された界面状態を保存する、請求項３９に記載の方法。
【請求項41】
前記表面不動態化層は、第１の不動態化層であり、前記方法は、前記第１の不動態化層上にあり、且つ前記開口部内に延びて前記第１の領域に接触する第２の不動態化層を形成することをさらに備え、
前記第２の不動態化層を形成することにより、前記第１の領域の界面状態を改質する、請求項３２から３５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項42】
前記表面不動態化層に前記開口部を形成することにより、前記第１の領域の界面状態を改質する、請求項３２から３５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項43】
前記開口部は、前記第２の領域によって前記ゲートから横に分離される、請求項３２から３５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項44】
前記ゲートは、前記ソース・コンタクト又は前記ドレイン・コンタクトに向かって前記表面不動態化層に沿って横に延びるサイドローブ部分を含み、前記サイドローブ部分は、前記第２の領域の上に延びる、請求項４３に記載の方法。
【請求項45】
前記開口部は、前記半導体構造の前記表面に沿って前記ゲートから横に離れて約１０ナノメートル（ｎｍ）から約５００ｎｍの間隔をあけられている、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、開示が全体に参照により本明細書に組み込まれている、２０２１年５月２０日に出願した米国特許出願第１７／３２５４８８号の優先権を主張するものである。
【0002】
本発明は、半導体デバイス、より詳細には、トランジスタ・デバイス及び関連する製造方法に関する。
【背景技術】
【0003】
珪素（Ｓｉ）及びヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などの材料は、低電力及びＳｉの場合には低周波数用途のための半導体デバイスにおいて幅広い用途を見いだした。しかしながら、これらの材料は、例えば、バンドギャップが相対的に小さく（室温ではＳｉで１．１２ｅＶ、ＧａＡｓで１．４２）、降伏電圧が相対的に小さいため、高電力及び／又は高周波数の用途には、あまり適していないことがある。
【0004】
高電力、高温及び／又は高周波数の用途及びデバイスでは、炭化珪素（ＳｉＣ）（例えば、室温での４Ｈ－ＳｉＣについて約３．２ｅＶのバンドギャップを有する）及びＩＩＩ族窒化物（例えば、室温での窒化ガリウム（ＧａＮ）について約３．３６ｅＶのバンドギャップを有する）などの広バンドギャップ半導体材料が使用されてもよい。これらの材料は、ＧａＡｓ及びＳｉと比較して、より高い電界降伏強度及びより高い電子飽和速度を有することがある。
【0005】
高電力及び／又は高周波数の用途に対して特に関心のあるデバイスは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、これは、変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ：ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｏｐｅｄ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としても知られている。ＨＥＭＴデバイスでは、バンドギャップ・エネルギーの異なる２つの半導体材料のヘテロ接合に２次元電子ガス（２ＤＥＧ：ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ）が形成されることがある。小さいバンドギャップ材料は、広いバンドギャップ材料よりも高い電子親和力を有することがある。２ＤＥＧは、ドープされない、より小さいバンドギャップ材料における蓄積層であり、例えば、１０１３キャリア／ｃｍ２を超える相対的に高いシート電子濃度を含むことができる。加えて、バンドギャップのより広い半導体に由来する電子は２ＤＥＧに移動することがあるので、イオン化不純物散乱の低減により相対的に高い電子移動度を可能にする。相対的に高いキャリア濃度とキャリア移動度との組合せにより、ＨＥＭＴは相対的に大きい相互コンダクタンスを得ることができ、高周波数の用途に対して金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴＳ：ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）よりも性能上の利点を得ることができる。
【0006】
ＩＩＩ族窒化物材料（窒化ガリウム／窒化アルミニウムガリウム（ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）材料系など）で製造されたＨＥＭＴは、相対的に高い降伏電界、相対的に広いバンドギャップ、相対的に大きい伝導帯オフセット、及び／又は相対的に高い飽和電子ドリフト速度などの材料特性の組合せにより、大量の無線周波数（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を生成できる。したがって、ＨＥＭＴデバイスはＲＦ電力増幅器に使用されてもよい。また、ＩＩＩ族窒化物ベースのＨＥＭＴは、特にＳｉＣ基板上で、高い電荷密度、高い電子移動度、及び改良された熱伝導率を提供する。
【0007】
電子捕捉及び結果として生じるＤＣ特性とＲＦ特性との間の差異は、これらのデバイスの性能における制限要因となる可能性がある。窒化珪素（ＳｉＮ）不動態化は、この捕捉の問題を軽減するために採用され、１０ＧＨｚで１０Ｗ／ｍｍを超える電力密度の高性能デバイスを実現した。例えば、Ｗｕらに対する米国特許第６５８６７８１号は、ＧａＮベースのトランジスタにおける捕捉効果を低減する方法及び構造を記載している。しかしながら、これらの構造には高電界が存在するため、電荷捕捉が依然として懸念される可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第６５８６７８１号
【特許文献2】米国特許第５２１００５１号
【特許文献3】米国特許第５３９３９９３号
【特許文献4】米国特許第５５２３５８９号
【特許文献5】米国特許第７０３０４２８号
【特許文献6】米国特許第８５６３３７２号
【特許文献7】米国特許第９２１４３５２号
【特許文献8】米国特許第８１２００６４号
【特許文献9】米国特許第６５４８３３３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明のいくつかの実施例によれば、トランジスタ・デバイスは、半導体構造と、半導体構造上のソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の半導体構造上のゲートと、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間の半導体構造上の表面不動態化層とを含む。表面不動態化層は、第１の領域を処理するために、半導体構造の第１の領域を露出する開口部を内部に含む。
【0010】
いくつかの実施例では、半導体構造は、間にヘテロ接合を画定するチャネル層及び障壁層を含んでもよい。第１の領域は、ゲートに隣接する半導体構造の第２の領域よりも高い伝導率を有してもよい。いくつかの実施例では、第１の領域は、第２の領域よりも低いシート抵抗を有してもよい。
【0011】
いくつかの実施例では、第１の領域は、第２の領域とは異なる表面特性を有してもよい。
【0012】
いくつかの実施例では、第１の領域は、改質された界面状態を有してもよい。第２の領域には、改質された界面状態がなくてもよく、又は異なるやり方で改質された界面状態を有してもよい。
【0013】
いくつかの実施例では、開口部は、第２の領域によってゲートから横に分離されてもよい。いくつかの実施例では、ゲートは、ソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトに向かって表面不動態化層に沿って横に延びるサイドローブ部分を含んでもよく、サイドローブ部分は、第２の領域の上に延びてもよい。いくつかの実施例では、開口部は、半導体構造の表面に沿ってゲートから横に離れて約１０ナノメートル（ｎｍ）から約５００ｎｍの間隔をあけられてもよい。
【0014】
いくつかの実施例では、表面不動態化層は、第１の不動態化層であってもよい。第２の不動態化層は、第１の不動態化層上に設けられ、開口部内に延びて第１の領域に接触してもよい。第１の領域と第２の不動態化層との間の界面は、第２の領域と第１の不動態化層との間の界面とは異なり得る改質された界面状態を有してもよい。
【0015】
いくつかの実施例では、改質された界面状態は、第２の不動態化層の形成によって画定されてもよい。
【0016】
いくつかの実施例では、フィールド板が、第２の不動態化層上、且つゲートとドレイン・コンタクトとの間に設けられてもよい。開口部は、フィールド板の少なくとも一部から横に離隔されてもよい。
【0017】
いくつかの実施例では、フィールド板は、第２の不動態化層が間にある状態で、開口部と少なくとも部分的に重なってもよい。
【0018】
いくつかの実施例では、表面が処置された領域が、イオン衝撃、プラズマ窒化、プラズマ酸化、水素プラズマ処置、及び／又はガス環境におけるアニールによって画定されてもよい。
【0019】
いくつかの実施例によれば、トランジスタ・デバイスは、間にヘテロ接合を画定するチャネル層及び障壁層を含む半導体構造と、半導体構造上のソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の半導体構造上のゲートとを含む。半導体構造は、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間の第１の領域と、ゲートに隣接する第２の領域とを含み、第１の領域は、第２の領域よりも高い伝導率を有する。
【0020】
いくつかの実施例では、第１の領域は、第２の領域よりも低いシート抵抗を有してもよい。
【0021】
いくつかの実施例では、第１の領域及び第２の領域を含む半導体構造は、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間で不均一に変動する伝導率を有してもよい。
【0022】
いくつかの実施例では、第１の領域は、第２の領域とは異なる表面特性を有してもよい。
【0023】
いくつかの実施例では、第１の領域は、改質された界面状態を有してもよい。第２の領域には、改質された界面状態がなくてもよく、又は異なるやり方で改質された界面状態を有してもよい。
【0024】
いくつかの実施例では、表面不動態化層が、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間の半導体構造の表面上に設けられてもよい。表面不動態化層は、第１の領域を露出する開口部を内部に含んでもよい。
【0025】
いくつかの実施例では、開口部は、第２の領域によってゲートから横に分離されてもよい。いくつかの実施例では、ゲートは、ソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトに向かって表面不動態化層に沿って横に延びるサイドローブ部分を含んでもよく、サイドローブ部分は、第２の領域の上に延びてもよい。いくつかの実施例では、開口部は、半導体構造の表面に沿ってゲートから横に離れて約１０ナノメートル（ｎｍ）から約５００ｎｍの間隔をあけられてもよい。
【0026】
いくつかの実施例では、表面不動態化層は、第１の不動態化層であってもよい。第２の不動態化層は、第１の不動態化層上に設けられ、且つ開口部内へ延びて第１の領域に接触してもよい。第１の領域と第２の不動態化層との間の界面は、第２の領域と第１の不動態化層との間の界面とは異なり得る改質された界面状態を有してもよい。
【0027】
いくつかの実施例によれば、トランジスタ・デバイスは、間にヘテロ接合を画定するチャネル層及び障壁層を含む半導体構造と、半導体構造上のソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の半導体構造の表面上のゲートと、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間の半導体構造の表面上の１つ又は複数の不動態化層を含む。半導体構造の伝導率は、その上の１つ又は複数の不動態化層との界面に沿った方向に不均一に変動する。
【0028】
いくつかの実施例では、半導体構造は、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間の第１の領域と、ゲートに隣接する第２の領域とを含み、第１の領域は、第２の領域よりも高い伝導率を有する。いくつかの実施例では、第１の領域は、第２の領域よりも低いシート抵抗を有してもよい。
【0029】
いくつかの実施例では、第１の領域は、第２の領域とは異なる表面特性を有してもよい。いくつかの実施例では、第１の領域は、改質された界面状態を有してもよく、第２の領域には、改質された界面状態がなくてもよく、又は、異なるやり方で改質された界面状態を有してもよい。
【0030】
いくつかの実施例では、１つ又は複数の不動態化層は、ゲートに隣接する半導体構造の第２の領域上の第１の不動態化層を含んでもよい。第１の不動態化層は、第１の領域を露出する開口部を内部に含んでもよく、開口部は、第２の領域によってゲートから横に分離されてもよい。
【0031】
いくつかの実施例では、１つ又は複数の不動態化層は、第１の不動態化層上にあり、且つ開口部内に延びて第１の領域に接触する第２の不動態化層をさらに含んでもよい。界面は、第１の領域と第２の不動態化層との間の第１の界面、及び第２の領域と第１の不動態化層との間の第２の界面を含んでもよい。第１の界面は、第２の界面とは異なる改質された界面状態を有してもよい。
【0032】
いくつかの実施例では、フィールド板がゲートとドレイン・コンタクトとの間の第２の不動態化層上に設けられてもよく、開口部は、フィールド板の少なくとも一部から横に離隔されてもよい。
【0033】
いくつかの実施例によれば、トランジスタ・デバイスを製造する方法は、半導体構造上に表面不動態化層を形成し、半導体構造上にソース・コンタクト及びドレイン・コンタクト並びにゲートを形成し、ゲートはソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間にあり、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間の半導体構造の第１の領域を露出する表面不動態化層に開口部を形成し、開口部によって露出される半導体構造の第１の領域を、ゲートに隣接する半導体構造の第２の領域とは異なるやり方で処理することを含む。
【0034】
いくつかの実施例では、半導体構造は、間にヘテロ接合を画定するチャネル層及び障壁層を含んでもよい。第１の領域は、処理に応じて半導体構造の第２の領域よりも高い伝導率を有してもよい。
【0035】
いくつかの実施例では、第１の領域は、処理に応じて第２の領域よりも低いシート抵抗を有してもよい。
【0036】
いくつかの実施例では、第１の領域は、処理に応じて第２の領域とは異なる表面特性を有してもよい。
【0037】
いくつかの実施例では、処理は、開口部によって露出された第１の領域の表面処置を行って、その界面状態を改質することを含んでもよく、第２の領域は、表面処置によって実質的に影響を受けないことがある。
【0038】
いくつかの実施例では、表面処置は、イオン衝撃、プラズマ窒化、プラズマ酸化、水素プラズマ処置、及び／又はガス環境におけるアニールを含んでもよい。
【0039】
いくつかの実施例では、表面処置は、酸性化学溶液での湿式エッチング、塩基性化学溶液での湿式エッチング、及び／又は中性化学溶液での処置を含んでもよい。
【0040】
いくつかの実施例では、表面不動態化層は、第１の不動態化層であってもよく、第１の不動態化層上にあり、且つ開口部内へ延びて第１の領域に接触する第２の不動態化層が形成されてもよい。第１の領域と第２の不動態化層との間の界面は、第２の領域と第１の不動態化層との間の界面とは異なり得る改質された界面状態を有してもよい。
【0041】
いくつかの実施例では、第２の不動態化層を形成することにより、第１の領域の改質された界面状態を保存してもよい。
【0042】
いくつかの実施例では、表面不動態化層は、第１の不動態化層であってもよく、第１の不動態化層上にあり、且つ開口部内に延びて第１の領域に接触する第２の不動態化層が形成されてもよい。第２の不動態化層を形成することにより、第１の領域の界面状態を改質してもよい。
【0043】
いくつかの実施例では、表面不動態化層に開口部を形成することにより、第１の領域の界面状態を改質してもよい。
【0044】
いくつかの実施例では、開口部は、第２の領域によってゲートから横に分離されてもよい。
【0045】
いくつかの実施例では、ゲートは、ソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトに向かって表面不動態化層に沿って横に延びるサイドローブ部分を含んでもよく、サイドローブ部分は、第２の領域の上に延びてもよい。
【0046】
いくつかの実施例では、開口部は、半導体構造の表面に沿ってゲートから横に離れて約１０ナノメートル（ｎｍ）から約５００ｎｍの間隔をあけられてもよい。
【0047】
いくつかの実施例による他のデバイス、装置、及び／又は方法は、以下の図面及び詳細な説明を検討すると当業者には明らかになる。上記実施例の任意のすべての組合せに加えて、すべてのそのような追加の実施例が、この説明内に含まれ、本発明の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1A】本発明のいくつかの実施例による、より高い伝導率のソース及び／又はドレイン・アクセス領域を含むトランジスタ・デバイスの概略断面図である。
【図1B】本発明のいくつかの実施例による、より高い伝導率のソース及び／又はドレイン・アクセス領域を含むトランジスタ・デバイスの概略断面図である。
【図1C】本発明のいくつかの実施例による、より高い伝導率のソース及び／又はドレイン・アクセス領域を含むトランジスタ・デバイスの概略断面図である。
【図2】本発明のいくつかの実施例による、より高い伝導率のソース及び／又はドレイン・アクセス領域を含むトランジスタ・デバイスの概略断面図である。
【図3A】本発明のいくつかの実施例によるフィールド板の様々な構成を有する、より高い伝導率のソース及び／又はドレイン・アクセス領域を含むトランジスタ・デバイスの概略断面図である。
【図3B】本発明のいくつかの実施例によるフィールド板の様々な構成を有する、より高い伝導率のソース及び／又はドレイン・アクセス領域を含むトランジスタ・デバイスの概略断面図である。
【図3C】本発明のいくつかの実施例によるフィールド板の様々な構成を有する、より高い伝導率のソース及び／又はドレイン・アクセス領域を含むトランジスタ・デバイスの概略断面図である。
【図4A】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ・デバイスにおけるゲートとソース領域又はドレイン領域との間のシート抵抗の不均一な変動を示すグラフである。
【図4B】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ・デバイスにおけるゲートとソース領域又はドレイン領域との間のシート抵抗の不均一な変動を示すグラフである。
【図5A】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法における例示的な中間製造ステップを示す概略断面図である。
【図5B】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法における例示的中間製造ステップを示す概略断面図である。
【図5C】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法における例示的中間製造ステップを示す概略断面図である。
【図5D】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法における例示的中間製造ステップを示す概略断面図である。
【図5E】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法における例示的中間製造ステップを示す概略断面図である。
【図5F】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法における例示的中間製造ステップを示す概略断面図である。
【図6】本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法を示すフローチャートである。
【図7】半導体層構造の表面上の金属化を示す本発明の実施例によるＩＩＩ族窒化物ベースのトランジスタ・ダイの概略平面図である。
【図8A】パッケージされたトランジスタ増幅器を提供する本発明の実施例によるトランジスタ・デバイスを含むいくつかの例示的なパッケージのうちの１つを示す概略断面図である。
【図8B】パッケージされたトランジスタ増幅器を提供する本発明の実施例によるトランジスタ・デバイスを含むいくつかの例示的なパッケージのうちの別の１つを示す概略断面図である。
【図8C】パッケージされたトランジスタ増幅器を提供する本発明の実施例によるトランジスタ・デバイスを含むいくつかの例示的なパッケージのうちのさらに別の１つを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0049】
本発明のいくつかの実施例は、トランジスタ・デバイスにおけるデバイス性能の（ＲＦ及びＤＣ性能を含むが、これらに限定されない）改良が、半導体構造と不動態化層との間の界面状態を変える又は改質することによって達成できるという認識から生じ、これにより、チャネル領域における表面電位を増加させ、又は別の方法で、伝導率を増加させることがある。例えば、半導体構造と不動態化層との間の界面に沿った界面状態の密度により、表面電子移動度を低減し、キャリア・トラップ（本明細書では電荷捕捉ともいう）を導入し、次いで、デバイスの所望の性能特性を低減できる。改良されたデバイス性能（例えば、より高い飽和電力、より低い電荷捕捉）を有する高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）デバイスは、チャネル領域における半導体層の伝導率を増加するために不動態化層と下層の半導体層との間の界面状態（例えば、ＡｌＧａＮ／ＳｉＮ界面状態）を改質する又は変えることによって達成できる。しかしながら、このように変えられた界面状態がゲートの近くに存在すると、結果として、許容できないほど高いゲート漏れ電流が生じることがある。
【0050】
本発明の実施例は、性能が改良されたＨＥＭＴデバイスなどのトランジスタ・デバイスに関する。ＨＥＭＴデバイスは、ゲートと、本明細書ではソース及び／又はドレイン・アクセス領域ともいうソース領域及び／又はドレイン領域との間のチャネル領域の部分に局所的な電荷制御を行うように、活性エリア又は活性領域に高伝導率、低シート抵抗領域を含む。より詳細には、本発明のいくつかの実施例は、ゲートとドレイン（又はソース）との間の横方向に沿った伝導チャネルにおける伝導率の不均一な変動を提供するように、活性エリアにおける局所的な表面改質を含むデバイス及び製造方法を提供する。例えば、ＨＥＭＴデバイスのソース及び／又はドレイン・アクセス領域における障壁層の表面に１つ又は複数の表面処置を施して、それらの領域における障壁層と不動態化層との間の界面状態を改質してもよい。したがって、デバイスの性能は、低漏れレベルを維持しながら向上させることができ、場合によっては、従来の製造工程との統合を容易にするための追加の工程ステップなしで向上できる。
【0051】
図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃは、本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ・デバイスの概略断面図であり、例として、ＨＥＭＴなどのトランジスタ・デバイスの単位セル・トランジスタ構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃ（本明細書ではトランジスタ構造又はトランジスタ・セルともいう）を参照して例示する。特に、図１Ａ乃至図１Ｃは、本明細書に説明されるような高伝導率領域又は表面を含むＨＥＭＴデバイスの実例を示す。
【0052】
図１Ａ乃至図１Ｃに示されるように、トランジスタ構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、例えば、炭化珪素基板などの基板１２２上に形成される。数百又は数千の単位セル・トランジスタ構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃは半導体基板１２２上に形成されてもよく、ＨＥＭＴデバイスを提供するために（例えば、並列に）電気的に接続されてもよい。基板１２２は、例えば、炭化珪素の４Ｈポリタイプであってもよい半絶縁性炭化珪素基板であってもよい。他の炭化珪素候補ポリタイプには、３Ｃ、６Ｈ、及び１５Ｒポリタイプを含んでもよい。炭化珪素は基板材料として使用されてもよいが、本開示の実施例は、任意の適切な基板、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、珪素（Ｓｉ）、ＧａＡｓ、ＬＧＯ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＬＡＯ、リン化インジウム（ＩｎＰ）などを利用してもよい。基板１２２は、炭化珪素ウェーハであってもよく、ＨＥＭＴデバイスは、少なくとも部分的に、ウェーハ・レベルの処理を介して形成されてもよく、次いで、ウェーハは、ダイシングされるか、又は別の方法で単一化されて、複数の単位セル・トランジスタ構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃを含むダイを提供してもよい。
【0053】
トランジスタ構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、基板１２２上のチャネル層１２４と、基板１２２とは反対側のチャネル層１２４上の障壁層１２６とを含む。ソース電極及びドレイン電極（本明細書ではソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトとも呼ばれる）１１５及び１０５は、障壁層１２６の上面に形成され、互いから横に（例えば、Ｘ方向に沿って）離隔される。ソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５は、障壁層１２６に対してオーム抵抗コンタクトを形成してもよい。
【0054】
１つ又は複数の絶縁層（例えば、１つ又は複数の不動態化層）１５０、１５５が障壁層上に形成され、ゲート・コンタクト（又は単に「ゲート」）１１０が、ソース電極１１５とドレイン電極１０５との間の障壁層１２６の表面上に形成される。構成に応じて、絶縁層１５０、１５５のうちの１つ又は複数が、ゲート１１０の形成前及び／又は形成後に形成されてもよい。
【0055】
チャネル層１２４は、障壁層１２６のバンドギャップ未満であるバンドギャップを有してもよく、チャネル層１２４は、障壁層１２６よりも大きい電子親和力を有してもよい。チャネル層１２４及び障壁層１２６は、共に半導体構造１９０を画定してもよい。図示の実例では、半導体構造１９０は、エピタキシャル成長によって形成された１つ又は複数の層を含む半導体層構造であってもよいので、１つ又は複数のエピタキシャル層１２４、１２６を含む。ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長の技術は、例えば、開示が全体に参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第５２１００５１号、米国特許第５３９３９９３号、及び米国特許第５５２３５８９号に記載されている。
【0056】
例示のＨＥＭＴデバイスでは、半導体層構造１９０は、ＩＩＩ族窒化物ベースであってもよいが、他の材料系も使用できる。ＩＩＩ族窒化物は、窒素と、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び／又はインジウム（Ｉｎ）などの周期表のＩＩＩ族における元素との間に形成され、二元（例えば、ＧａＮ）、三元（例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ）、四元（例えば、ＡｌＩｎＧａＮ）化合物を形成する半導体化合物を指すことがある。したがって、０≦ｘ≦１であるＡｌｘＧａ１－ｘＮなどの式を使用して、これらの化合物を記述してもよい。チャネル層１２４及び障壁層１２６のうちの一方又は両方は、段階的又は連続的なグレードであってもよい材料組成を含む、ドープされた又はドープされない（すなわち、「意図せずにドープされた」）ＩＩＩ族の窒化物材料の層を含む副層を含んでもよい。例えば、チャネル層１２４は、超格子又はＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの組合せなどの多層構造であってもよい。チャネル層１２４は、いくつかの実施例では圧縮ひずみを受けてもよい。いくつかの実施例では、障壁層１２６は、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＳｃＮ、これらの合金、又はそれらの層の任意の組合せであってもよい。障壁層１２６は、単一層を含んでもよく、又は多層構造であってもよい。本開示の特定の実施例では、障壁層１２６は、障壁層１２６がオーム抵抗コンタクト金属の下に埋め込まれるときに、分極効果によって、チャネル層１２４と障壁層１２６との間の界面に有意なキャリア濃度を誘導するのに十分な厚さであってもよく、十分に高いアルミニウム（Ａｌ）組成及びドーピングを有してもよい。
【0057】
半導体構造１９０は、例示の目的で、１つ又は複数のエピタキシャル層１２４、１２６を参照して示されるが、半導体構造１９０は、隔離層（１つ又は複数）７１、基板１２２と１つ若しくは複数のエピタキシャル層１２４上又は基板１２２と１つ若しくは複数のエピタキシャル層１２４との間の、緩衝層（１つ又は複数）及び／又は核形成層（１つ又は複数）、及び／或いはエピタキシャル層１２６の上面１２６Ａ上のキャップ層などの追加の層／構造／要素を含んでもよい。例えば、ＡｌＮ緩衝層が基板１２２の上面１２２Ａ上に形成して、炭化珪素基板１２２と半導体構造１９０の層の残りとの間に、適した結晶構造遷移を設けてもよい。加えて、ひずみ平衡化遷移層（１つ又は複数）は、例えば、開示が本明細書に完全に記載されているように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７０３０４２８号に記載されているように、また、且つ／又は代替的に設けられてもよい。任意選択の緩衝／核形成／遷移層、並びにチャネル層１２４及び／又は障壁層１２６は、金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ：ｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）、及び／又は水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ：ｈｙｄｒｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）によって堆積されてもよい。
【0058】
ゲート１１０の材料は、半導体構造１９０の組成に基づいて選ばれてもよく、いくつかの実施例では、ショットキー・コンタクトであってもよい。ゲート１１０として使用されてもよいＩＩＩ族窒化物ベースの半導体材料に対するショットキー・コンタクトを作ることができるいくつかの材料は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、珪化ニッケル（ＮｉＳｉｘ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）及び／又は窒化タングステン珪素（ＷＳｉＮ）を含んでもよい。
【0059】
ソース・コンタクト１１５及び／又はドレイン・コンタクト１０５は、ＩＩＩ族窒化物ベースの半導体材料に対してオーム抵抗コンタクトを形成できる金属を含んでもよい。適切な金属には、高融点金属、例えば、Ｔｉ、Ｗ、チタンタングステン（ＴｉＷ）、珪素（Ｓｉ）、窒化チタンタングステン（ＴｉＷＮ）、珪化タングステン（ＷＳｉ）、レニウム（Ｒｅ）、ニオビウム（Ｎｂ）、Ｎｉ、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ＮｉＳｉｘ、珪化チタン（ＴｉＳｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ＷＳｉＮ、Ｐｔなどを含んでもよい。したがって、ソース・コンタクト１１５及び／又はドレイン・コンタクト１０５は、層１２６と直接接触するオーム抵抗コンタクト部分を含んでもよい。いくつかの実施例では、ソース・コンタクト１１５及び／又はドレイン・コンタクト１０５は、例えば、開示が全体に参照により本明細書に組み込まれ、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第８５６３３７２号及び米国特許第９２１４３５２号に記載されているように設けられてもよいオーム抵抗コンタクトを形成するために、複数の層から形成されてもよい。
【0060】
動作時、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）層４０は、ＨＥＭＴデバイスがその伝導性又は「オン」状態になるように付勢されるときに、チャネル層１２４と障壁層１２６との間の接合部に形成されてもよい。２ＤＥＧ層４０は、ソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５の下にそれぞれあるソース領域とドレイン領域との間に電流が流れることを可能にする高伝導性チャネルとして作用する。特に、半導体構造１９０のチャネル層１２４及び障壁層１２６は、異なるバンドギャップを有する材料で形成されてもよいので、チャネル層１２４と障壁層１２６との間の界面にヘテロ接合が画定される。いくつかの実施例では、基板１２２は炭化珪素を含み、チャネル層１２４はＧａＮを含み、障壁層１２６はＡｌＧａＮを含む。２ＤＥＧ伝導チャネル４０は、チャネル層１２４と障壁層１２６との間のヘテロ界面に誘導できる。チャネル層１２４、２ＤＥＧ伝導チャネル４０及び障壁層１２６は、ＨＥＭＴデバイスの活性領域を全体的に形成できる。本明細書では、主としてＨＥＭＴデバイスの製造及び構造を参照して説明するが、本明細書に記載の実施例の要素及び概念は、多くの異なる型のトランジスタ構造に適用できることに留意されたい。
【0061】
上述したように、ゲート１１０に隣接する領域に影響を及ぼすことなく、ソース領域及び／又はドレイン領域に隣接する半導体構造１９０の領域を選択的に改質して、それらの領域におけるチャネルの局所的な電荷制御を行うことによって、本発明のいくつかの実施例により、改良された性能を達成できる。例えば、表面処置（１つ又は複数）と堆積工程（１つ又は複数）との組合せを使用して、ソース領域及び／又はドレイン領域に隣接して界面状態を改質するのとは異なるやり方で、ゲートの近くの界面状態を最適化又は改質してもよい。図１Ａ乃至図１Ｃに示されるように、半導体構造１９０の表面１２６Ａ上に初期又は第１の表面不動態化層１５０が形成される。表面不動態化層１５０は、ゲート１１０に隣接する領域１２６Ｇにおける漏れ電流を低減するように、障壁層１２６の低い表面電位をもたらす不動態化工程によって形成されてもよい。表面不動態化層１５０は、表面１２６Ａの表面電位を実質的に増加しないことがある相対的に低い表面エネルギー工程を使って形成された窒化珪素又は他の電気絶縁材料層であってもよい。このような堆積工程は、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＳＡＣＶＤ、熱分解堆積、ＰＥＡＬＤ、ＡＬＤ、及び／又はそれらの任意の組合せを含んでもよく、これらは、単一層又は多層積層体として表面不動態化層１５０を形成してもよい。表面不動態化層１５０の堆積により、表面１２６Ａの表面状態を改質してもよい。表面不動態化層１５０の厚さは、ゲート－ソース間の静電容量及びゲート－ドレイン間の静電容量に影響を及ぼすことができ、これはデバイスの切替速度に強い影響を与えることができる。
【0062】
いくつかの実施例では、表面１２６Ａは、表面不動態化層１５０の堆積の前に、１つ又は複数の表面処置工程によって処置されてもよい。このような事前の不動態化表面処置工程は、現場工程及び現場外工程を含んでもよい。実例の現場での表面処置工程は、プラズマ窒化、イオン衝撃、プラズマ酸化、水素（Ｈ２）プラズマ処置（表面１２６Ａの近くに窒素空孔／欠乏を生じ得る）、化学的活性のガス環境でのアニール（形成ガス（例えば、変化する濃度のＨ２とＮ２との混合物）、一酸化窒素、二酸化窒素、及びアンモニアを含むが、これに限定されない）、及び化学的不活性のガス環境でのアニールを含んでもよいが、これらに限定されない。実例の現場外の表面処置工程には、酸性化学浴での湿式エッチング、塩基性化学浴での湿式エッチング、及び中性化学溶液（例えば、緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ：ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈａｎｔ））での処置が含まれるが、これらに限定されない。
【0063】
表面不動態化層１５０は、それを通して延び、且つ１つ又は複数の領域において半導体構造１９０の不動態化表面１２６Ａを露出する、１つ又は複数の開口部１５１、１５１’（例えば、溝）を含む。領域が層又は開口部によって「露出」されるとき、領域は、その後、さらなる層又は要素がその領域上に形成されるか、又はその領域を覆うかどうかにかかわらず、層又は開口部によって露出されたままであることが理解される。すなわち、「露出する」は、領域上の後続の工程とは無関係に、層若しくは開口部と領域との間の関係を規定し得る。例えば、表面不動態化層１５０は、開口部１５１、１５１’を画定するために選択的にエッチングされてもよい。ゲート１１０は、本明細書ではゲート開口部ともいう開口部１５１によって露出された半導体構造１９０の表面１２６Ａに形成されてもよい。開口部１５１におけるゲート１１０の長さＬＧは、ゲート１１０と障壁層１２６との間の界面を画定する。長さＬＧは、相互コンダクタンス及びゲート寄生に影響を及ぼし、デバイスの切替及び効率に強い影響を与えることがある。
【0064】
いくつかの実施例では、ゲート１１０は、表面不動態化層１５０の部分上へ横に延びる１つ又は複数の延長部分、例えば、ガンマ（Γ）形状（「Γゲート」ともいう）又はＴ形状（「Ｔゲート」ともいう）を画定する、対向するサイドローブ部分１１０－１、１１０－２を含んでもよい。ゲート１１０及びサイドローブ部分（１つ又は複数）１１０－１、１１０－２）は、複数の異なる長さ（ΓＧ１及びΓＧ２）を画定でき、デバイスのゲート－ソース間の静電容量又はゲート－ドレイン間の静電容量、したがって、デバイスの切替速度及び／又は利得に影響を及ぼすことがある。サイドローブ部分（１つ又は複数）１１０－１、１１０－２は、いくつかの実施例では、ゲート１１０の両側にある表面不動態化層１５０上に非対称に又は実質的に対称的に延びてもよい。例えば、ドレイン側では、ゲート１１０のサイドローブ部分１１０－２は、距離ΓＧ２だけ、例えば、約０．０５μｍから０．５μｍの間、ドレイン・コンタクト１０５に向かって延びてもよい。いくつかの実施例では、ΓＧ２は、おおよそ０．２μｍであってもよい。ソース側では、ゲート１１０のサイドローブ部分１１０－１は、距離ΓＧ１だけ、例えば、約０．０５μｍから０．５μｍの間、ソース・コンタクト１１５に向かって延びてもよい。いくつかの実施例では、ΓＧ１は、おおよそ０．１μｍであってもよい。
【0065】
表面不動態化層１５０における開口部（１つ又は複数）１５１’は、ゲート開口部１５１を形成するために使用されるのと同じエッチング工程中に、又はゲート開口部１５１を形成する前又は後の異なるエッチング工程で形成されてもよい。開口部（１つ又は複数）１５１’は、ゲート開口部１５１と同じ又は異なるプロファイルを有してもよい。開口部（１つ又は複数）１５１’は、ソース・コンタクト１１５及び／又はドレイン・コンタクト１０５に隣接するゲート開口部１５１から横に離隔される。いくつかの実施例では、開口部（１つ又は複数）１５１’は、ゲート１１０とソース・コンタクト１１５又はドレイン・コンタクト１０５との間にフィールド板が形成されるエリアから横に離隔される。開口部（１つ又は複数）１５１’は、ゲート開口部１５１から（例えば、表面１２６Ａと反対側の開口部の頂から測定するように）数十ナノメートル（ｎｍ）程度の距離だけ、例えば、ゲート－ドレインの若しくはゲート－ソースの間隔によって制限されるように、約１０ｎｍ（０．０１μｍ）以上、約１００ｎｍ（０．１μｍ）以上、又は約１５０ｎｍ（０．１５μｍ）以上だけ、横に離隔又は分離されてもよい。いくつかの実施例では、開口部（１つ又は複数）１５１’とゲート開口部１５１との間の最小横方向離隔又は分離は、ゲート・サイドローブ部分（１つ又は複数）１１０－１、１１０－２の長さΓＧ１、ΓＧ２に対応してもよく、これは、開口部（１つ又は複数）１５１’を形成するために使用されるエッチング動作から表面不動態化層１５０の下層部分を保護する張り出し部分を画定してもよい。
【0066】
半導体構造１９０の領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、例えば、本明細書に説明されるような表面処置工程及び／又は堆積動作を使って、処理のために、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出される。特に、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、ゲート・コンタクト１１０とドレイン・コンタクト１０５（又はソース・コンタクト１１５）との間の横方向（例えば、Ｘ方向）に沿った伝導率、シート抵抗、電荷トラップ濃度、及び／又は表面電位の不均一な変動を得るように、本明細書に説明するように改質されてもよい。例えば、ゲート１１０に隣接する領域１２６Ｇの表面特性と異なるように、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された半導体構造１９０の領域１２６Ｓの表面特性を変えるために、１つ又は複数の表面処置工程が行われてもよい。このような表面処置工程は、現場工程（例えば、不動態化層１５５などの後続の層の堆積前）、及び現場外工程（例えば、半導体構造１９０を不動態化ツール内へ装填する前）を含んでもよい。実例の現場表面処置工程には、プラズマ窒化、イオン衝撃、プラズマ酸化、（露出された領域１２６Ｓ／界面に沿って窒素空孔を生じ得る）水素（Ｈ２）プラズマ処置、（形成ガス、一酸化窒素、二酸化窒素、及びアンモニアを含むがこれらに限定されない）化学的活性のガス環境でのアニール、及び化学的不活性のガス環境におけるアニールを含むが、これらに限定されない。実例の現場外表面処置工程には、酸性化学浴での湿式エッチング、塩基性化学浴での湿式エッチング、及び中性化学溶液での処置を含むが、これらに限定されない。
【0067】
表面処置工程（１つ又は複数）は、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出される領域（１つ又は複数）１２６Ｓにおける界面状態を改質するように構成される。例えば、表面処置工程（１つ又は複数）により、シート抵抗を低減する、又は別の方法で（ゲート１１０に隣接する領域１２６Ｇと比較して）ゲート１１０とソース・コンタクト１１５又はドレイン・コンタクト１０５との間の改質された表面の下で、伝導チャネル４０のより高い伝導率領域１２６Ｓを形成するように、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された領域（１つ又は複数）１２６Ｓにおける界面状態を局所的に変えてもよい。いくつかの実施例では、開口部（１つ又は複数）１５１’を形成するために使用されるエッチング工程により、表面不動態化層１５０の堆積前に（例えば、上述した事前の不動態化表面処置工程によって）改質された特定の界面状態を除去してもよく、又は、別の方法で、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された領域１２６Ｓの界面状態を改質してもよく、開口部（１つ又は複数）１５１’を形成した後に行われる表面処置工程（１つ又は複数）によって領域１２６Ｓの界面状態をさらに改質してもよい。
【0068】
特に、図１Ａは、ゲート１１０とドレイン電極１０５との間の表面１２６Ａにおける高伝導率領域１２６Ｓの形成を例示し、図１Ｂは、ゲート１１０とソース電極１１５との間の表面１２６Ａにおける高伝導率領域１２６Ｓの形成を例示し、図１Ｃは、ゲート１１０とドレイン電極１０５との間、及びゲート１１０とソース電極１１５との間の表面１２６Ａにおける高伝導率領域１２６Ｓの形成を例示する。いくつかの実施例では、領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、本明細書では、表面処置領域又は改質された界面領域と呼ばれてもよい。
【0069】
開口部（１つ又は複数）１５１’がゲート開口部１５１から横に離隔されると、表面処置領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、ゲート１１０から横に分離又はオフセットされる。すなわち、表面処置領域１２６Ｓは、領域１２６Ｇによってゲート１１０から分離され、この領域には、表面処置工程（１つ又は複数）による界面改質がないか、又は別の方法で、表面処置領域１２６Ｓとは異なる表面特性を有してもよい。例えば、上述したように、領域１２６Ｇは、異なる表面特性を画定する事前の不動態化表面処置工程（１つ又は複数）及び／又はエッチング工程（１つ又は複数）のために、（領域１２６Ｓと比較して）異なるやり方で改質された界面状態を有してもよい。改質された表面／界面領域１２６Ｓは、デバイスの性能を改良するように、トランジスタ・デバイスの活性領域の伝導率及び／又はシート抵抗を改良してもよい。しかしながら、ソース・アクセス領域及び／又はドレイン・アクセス領域に存在するときに、デバイスの性能を改良してもよいのと同じ特性により、ゲート・コンタクト１１０に近づきすぎる場合、漏れ電流を増加することがあるので、デバイスの降伏性能及び信頼性能を低減することがある。改質された表面／界面領域１２６Ｓをゲート１１０からオフセット距離だけ離すことによって、本発明の実施例は、ゲート１１０に隣接する領域１２６Ｇに実質的に影響を及ぼすことなく、ソース・アクセス領域及び／又はドレイン・アクセス領域１２６Ｓにおける改良された伝導率及び性能を提供し、したがって、漏れ電流の増加を避けることができる。
【0070】
第２の絶縁若しくは層間不動態化層（例えば、フィールド板間不動態化（ＩＦＰＰ：Ｉｎｔｅｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐｌａｔｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ））１５５は、領域１２６Ｓと層間不動態化層１５５との間の界面を画定するように、表面不動態化層１５０上、及び開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された半導体構造１９０の領域１２６Ｓ上に形成される。ゲート１１０に隣接する第１の絶縁層１５０と障壁層１２６との間の界面の特性は、ドレイン・アクセス領域及び／又はソース・アクセス領域における改質された表面／界面領域１２６Ｓと異なってもよい。例えば、いくつかの実施例では、表面不動態化層１５０と障壁層１２６との間の界面（領域１２６Ｇに対応）での界面状態、伝導率、シート抵抗、電荷トラップ濃度、及び／又は表面電位は、層間不動態化層１５５と障壁層１２６との間の界面（領域１２６Ｓに対応）でのそれらと異なってもよい。
【0071】
界面状態、伝導率、シート抵抗、電荷トラップ濃度、及び／又は表面電位の不均一な変動は、したがって、ゲート・コンタクト１１０とドレイン・コンタクト１０５（又はソース・コンタクト１１５）との間の横方向において、表面１２６Ａ、１２６Ｓと不動態化層１５０、１５５との間の界面（１つ又は複数）に沿って生じることがある。いくつかの実施例では、層間不動態化層１５５は、表面処置によって達成された領域１２６Ｓの表面改質を保存するように、表面処置工程（１つ又は複数）後に近接して又は直後に形成されてもよい。層間不動態化層１５５は、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＳＡＣＶＤ、熱分解堆積、ＰＥＡＬＤ、ＡＬＤ、及び／又はそれらの任意の組合せなどの相対的に高い表面エネルギー工程を使って形成されてもよく、層間不動態化層１５５を単一層又は多層積層体として形成されてもよい。
【0072】
いくつかの実施例では、層間不動態化層１５５と障壁層１２６との間の界面（領域１２６Ｓに対応）での改質された界面状態は、任意の表面処置工程（１つ又は複数）とは無関係に、又はそれに加えて、層間不動態化層１５５自体の堆積によって画定されてもよい。すなわち、本明細書に説明されるような界面状態、伝導率、シート抵抗、電荷トラップ濃度、及び／又は表面電位の不均一な変動は、例えば、事前の不動態化表面処置工程（１つ又は複数）、表面不動態化層１５０の堆積及び／又はエッチング、その後の表面処置工程（１つ又は複数）、及び／又は層間不動態化層１５５の堆積を含む表面処置（１つ又は複数）及び堆積工程（１つ又は複数）の任意の組合せによって達成されてもよい。したがって、より高い伝導率の領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された半導体構造１９０の表面１２６Ａの部分と層間不動態化層１５５との間のそれぞれの界面に沿って及び／又は界面の下に延びる。
【0073】
表面不動態化層１５０及び層間不動態化層１５５は、それぞれ、単一層又は複数の層を含んでもよい。例えば、表面不動態化層１５０及び層間不動態化層１５５は、窒化珪素、酸化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム、又は酸化物－窒化物－酸化物層などの多層絶縁体構造のうちの１つ又は複数の層を含んでもよい。特定の実施例では、表面不動態化層１５０及び層間不動態化層１５５は、それぞれ窒化珪素を含んでもよい。追加の不動態化層（例えば、図５Ｆに示される最終不動態化層５６０）及び／又は金属コンタクト（例えば、図５Ｆに示される金属コンタクト５６５）が、電気的接続のために、例えば、１つ又は複数の外部デバイスへの「オフチップ」入力若しくは、及び／若しくは出力接続のために、並びに／又は接地接続のために形成されてもよい。金属コンタクトは、１つ又は複数のトランジスタ構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃの対応する端子（例えば、ゲート１１０、ドレイン１０５、及びソース１１５端子）に直接的又は間接的に接続されてもよく、したがって、図７を参照して以下で論じるように、ＨＥＭＴデバイスの入力（例えば、ゲート）、出力（例えば、ドレイン）、及び／又は接地（例えば、ソース）コンタクト・パッド又は端子を画定してもよい。
【0074】
障壁層１２６の表面１２６Ａ上にゲート１１０並びにソース電極１１５及びドレイン電極１０５を有する平面ＨＥＭＴ構成を参照して本明細書では主として例示されるが、本発明の実施例は、凹状ゲートＨＥＭＴ（ソース電極１１５及びドレイン電極１０５が、表面１２６Ａ上のゲート１１０に対して持ち上げられた構成）及び凹状ソース／ドレインＨＥＭＴ（ソース電極１１５及びドレイン電極１０５が、表面１２６Ａを越えてチャネル層１２４に向かって延びる構成）などの他のＨＥＭＴ構成において使用されてもよいことが理解される。
【0075】
図２は、本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造２００の概略断面図である。トランジスタ構造２００は、図１Ａ乃至図１Ｃの実施例と同様の基板１２２、半導体構造１９０、ゲート１１０、ソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５を含む。トランジスタ構造２００は、トランジスタ構造１００ａのものと比較して、より広い開口部２５１及びより大きい表面処置領域１２６Ｓを有する表面不動態化層２５０をさらに含む。例として、ゲート１１０とドレイン・コンタクト１０５との間の開口部２５１を参照して例示するが、表面不動態化層２５０における同様の又は異なる寸法の開口部が、ゲート１１０とソース・コンタクト１１５との間に、追加的に（図１Ｃにおけるように）又は代替的に（図１Ｂにおけるように）同様に設けられてもよいことが理解される。
【0076】
図２に示されるように、表面不動態化層２５０における開口部２５１は、ゲート１１０とドレイン・コンタクト１０５（又はソース・コンタクト１１５）との間の横（例えば、Ｘ）方向に沿った幅寸法Ｗを有してもよい。開口部（１つ又は複数）２５１は、図１Ａにゲート－ドレイン間隔ＬＧＤ又はゲート－ソース間隔ＬＧＳとして示されるように、ゲート１１０とドレイン又はソース・コンタクト１１５又は１０５との間の表面１２６Ａの大部分（ただし全体未満）まで露出してもよい。ゲート開口部１５１の底でのゲート１１０とドレイン・コンタクト１０５との間の横方向距離ＬＧＤは、１．７５μｍから４μｍの間、例えば、約１．９８μｍであってもよい。ゲート開口部１５１の底でのゲート・コンタクト１１０とソース・コンタクト１１５との間の横方向距離ＬＧＳは、０．５μｍから１μｍの間、例えば、約０．６μｍであってもよい。
【0077】
開口部（１つ又は複数）２５１は、いくつかの実施例では（例えば、開口部（１つ又は複数）の底では表面１２６Ａに沿って測定されるように）ゲート延長部（１つ又は複数）１１０－１、１１０－２の長さΓＧ１、ΓＧ２に対応する距離だけ、ゲート１１０から横に分離又は離隔されてもよい。いくつかの実施例では、開口部（１つ又は複数）２５１は、ドレイン・コンタクト１０５（及び／又はソース・コンタクト１０５）に隣接して、又はそのコンタクトまで横に延びてもよい。例えば、ドレイン側に約１．９８μｍのゲート－ドレイン間隔ＬＧＤ及び約０．０５μｍのゲート・サイドローブ長ΓＧ２を有するデバイスでは、開口部２５１の幅Ｗは、最大で約１．９７５μｍ（ＬＧＤマイナスΓＧ２）以下であってもよい。同様に、ソース側で約０．６μｍのゲート－ソース間隔ＬＧＳ及び約０．０５μｍのゲート・サイドローブ長ΓＧ１を有するデバイスでは、開口部２５１の幅Ｗは、最大約０．５５μｍ（ＬＧＳマイナスΓＧ１）以下であってもよい。より一般的には、開口２５１の幅Ｗは、ゲート－ドレイン間隔ＬＧＤ（又はゲート－ソース間隔ＬＧＳ）と、ゲート開口部１５１によって露出された表面から開口２５１によって露出された領域１２６Ｓまでの所望の横方向間隔との差に対応してもよい。
【0078】
開口部（１つ又は複数）２５１のより大きい寸法のため、不動態化表面１２６Ａの比較的大きい領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、図１Ａ乃至図１Ｃを参照して上述した１つ又は複数の表面処置工程に露出されてもよく、それにより、表面処置領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、ゲート１１０に隣接する半導体構造１９０の領域１２６Ｇとは異なる表面特性を有する。特に、領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、ゲート１１０に隣接する領域１２６Ｇと比較して、改質された界面状態を含んでもよい。領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、ゲート－ドレイン間隔ＬＧＤ（及び／又はゲート－ソース間隔ＬＧＳ）の大部分の上に形成されてもよい。上述したように、領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、漏れ電流の増加を避けるように、領域１２６Ｇによってゲート１１０から（例えば、ΓＧ２又はΓＧ１と同程度な低さだけ）横に分離又はオフセットされてもよい。
【0079】
図２は、例として、ゲート１１０とドレイン・コンタクト１０５との間、それらの間の表面１２６Ａにおける、そのような高伝導率領域１２６Ｓを例示するが、ゲート１１０とソース電極１１５との間に同様の高伝導率領域が（追加的又は代替的に）設けられてもよいことが理解される。すなわち、図２のトランジスタ構造２００のドレイン側に示されているが、本発明の実施例は、トランジスタ構造２００のソース側に、より広い開口部２５１及び表面処置領域１２６Ｓを追加的又は代替的に含んでもよい。
【0080】
図１Ａ乃至図１Ｃにおけるように、第２の若しくは層間不動態化層（例えば、ＩＦＰＰ）１５５が、表面不動態化層２５０上及び開口部（１つ又は複数）２５１内に形成され、それにより、表面処置領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、開口部（１つ又は複数）２５１により露出された表面１２６Ａの部分（１つ又は複数）と層間不動態化層１５５との間の１つ又は複数の界面に沿って延びる。
【0081】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、本発明のいくつかの実施例によるフィールド板３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃ（総称して３２８）の様々な構成を含むトランジスタ構造３００ａ、３００ｂ、３００ｃの概略断面図である。フィールド板３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃは、例えば、マイクロ波周波数でＨＥＭＴの性能を高めるために使用されてもよい。例えば、フィールド板３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃは、トランジスタ構造３００ａ、３００ｂ、３００ｃにおけるピーク電界を低減するように構成されてもよく、これは、降伏電圧の上昇及び電荷捕捉の低減を結果として得ることができる。電界の低減は、漏れ電流の低減及び信頼性の向上など、他の利点ももたらすことができる。フィールド板及びフィールド板を形成する技術は、例として、米国特許第８１２００６４号で議論され、その開示は全体に参照により本明細書に組み込まれる。
【0082】
図３Ａ乃至図３Ｃに示されるように、フィールド板３２８は、層間不動態化層１５５によってゲート１１０から離隔され、層間不動態化層１５５及び表面不動態化層１５０によって障壁層１２６から離隔される。フィールド板３２８は、構造３００ａ、３００ｂ、３００ｃのドレイン側でドレイン・コンタクト１０５に向かって横に延び、ゲート１１０に（トランジスタ構造３００ａ、３００ｂ、３００ｃの活性領域の外側の接続によって）電気的に接続されてもよい。この構成により、トランジスタ構造のゲート－ドレイン側の電界が低減し、それによって降伏電圧の増加、高磁場捕捉効果の低減を結果として得ることができる。ゲート１１０を越えるフィールド板３２８の延長距離は、デバイスのゲート－ソース間の静電容量及び降伏電圧に影響を及ぼすことがあり、デバイスの電圧定格及び切替速度に大きな影響を与えることがある。
【0083】
いくつかの実施例では、フィールド板３２８は、ソース・コンタクト１１５に電気的に接続されてもよい。フィールド板３２８をソース・コンタクト１１５に接続することは、ゲート－ドレイン間の静電容量（Ｃｇｄ）に影響を及ぼすことがあり、結果として、デバイスの利得を高めることができる。ゲート－ドレイン間の静電容量Ｃｇｄを低減することに加えて、フィールド板３２８の存在により、デバイスの直線性を改良し、且つ／又は静電容量のドレイン・バイアス依存性を低減できる。
【0084】
フィールド板３２８は、本発明の実施例による様々な構成で層間不動態化層１５５上に実装されてもよい。図３Ａでは、フィールド板３２８ａは、ゲート１１０の一部の上に層間不動態化層１５５に沿って等角的に延びるので、垂直（例えば、Ｚ）方向においてゲート１１０と部分的に重なる。図３Ｂ及び図３Ｃでは、フィールド板３２８ｂ、３２８ｃは、ゲート１１０の上に延びず、層間不動態化層１５５によってゲート１１０から横に離隔されるので、垂直方向においてゲート１１０と重ならない。
【0085】
図３Ａ及び図３Ｂにおいて、フィールド板３２８ａ、３２８ｂは、ゲート１１０に隣接する第１の段部分及びドレイン・コンタクト１０５に隣接する第２の段部分の２つ以上の部分を含む段付きプロファイルを有する。段付きフィールド板３２８ａ、３２８ｂは、連続層によって、又は不連続層の積層体によって画定されてもよい。フィールド板３２８ａ、３２８ｂの各段部分は、表面１２６Ａ（したがって、下層伝導チャネル４０）から異なる距離又は間隔で位置づけられる。伝導チャネル４０からの距離又は間隔がより近い、及びより遠い第１及び第２の段部分を含むフィールド板３２８ａ、３２８ｂは、Ｃｇｄ及び捕捉効果の低減、並びにドレイン・コンタクト１０５に近接するピーク電界の低減を可能にできる。
【0086】
図３Ａでは、フィールド板３２８ａは、表面処置領域１２６Ｓを露出する表面不動態化層１５０における開口部１５１’の完全に外側にあるか、又は別の方法でその開口部と重ならない。すなわち、表面不動態化層１５０及び領域１２６Ｓにおける開口部１５１’は、フィールド板３２８ａとドレイン・コンタクト１０５との間にあってもよく、フィールド板３２８ａから横に離隔されてもよい（したがって、重ならない）。図３Ｂでは、フィールド板３２８ｂは、表面不動態化層１５０における開口部１５１’内へ部分的に延びるか、又は重なるように、層間不動態化層１５５に沿って延びる。このように、フィールド板３２８ｂは、表面不動態化層１５０及び表面処置領域１２６Ｓにおける開口部１５１’と少なくとも部分的に重なる。
【0087】
図３Ｃでは、フィールド板３２８ｃは、表面不動態化層１５０において開口部１５１’における層１５５の部分に沿って等角的に延びるように、層間不動態化層１５５に沿って延びる。このように、フィールド板３２８ｃは、表面不動態化層１５０及び表面処置領域１２６Ｓにおける開口部１５１’と完全に重なる。図３Ｃの実例に示されるように、フィールド板３２８ｃは、開口部１５１’の上方の中央凹状部分と、凹状部分からソース・コンタクト１１５に向かって且つドレイン・コンタクト１０５に向かって横に延びる１つ又は複数の翼部分とを含むＴ形状構成を有する。フィールド板３２８ｃの中央部分及び／又は翼と障壁層１２６との間の距離、並びにフィールド板３２８の幅及び／又はその横方向延長部の幅を調整することにより、デバイスのゲート－ソース間の、及びゲート－ドレイン間の静電容量を変調するために、いくつかの自由度を提供する。
【0088】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明のいくつかの実施例による改質された界面状態から生じるゲートとドレイン（又はソース）との間の横方向におけるシート抵抗Ｒｓｈの不均一な変動を示すグラフである。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、シート抵抗Ｒｓｈは、ゲート１１０に隣接する半導体構造１９０の領域１２６Ｇでは相対的に均一であるが、表面処置領域１２６Ｓでは局所的に低減される（図４Ａでは約１０％、図４Ｂでは約２０％だけ低下するように示されているが、本発明の実施例はこれらに限定されない）。上述したように、表面処置工程は、表面不動態化層１５０における開口部１５１’、２５１に対応する領域１２６Ｓにおける界面状態などの表面特性を局所的に改質するために使用されてもよい。理論に縛られることなく、領域１２６Ｓにおける改質された界面状態は、ゲート１１０に隣接する領域１２６Ｇよりも表面電位の増加をもたらすことができる。より一般的には、表面処置領域１２６Ｓにおける局所的界面状態改質の結果として、シート抵抗Ｒｓｈ及び／又は電荷トラップ濃度が低減される（したがって伝導率が増加される）が、一方で、ゲート１１０に対して、より直接的に又はすぐに隣接する領域１２６Ｇは、表面処置によって実質的に影響を受けないか、又は別の方法で異なる特性を有し、ゲート１１０に隣接して漏れを低下させる。
【0089】
図４Ａ及び図４Ｂの実例に示されるように、領域１２６Ｓの改質された界面状態は、半導体構造１９０の表面１２６Ａと不動態化層（１つ又は複数）１５０、１５５との間の界面（１つ又は複数）に沿ったシート抵抗、電荷トラップ濃度、伝導率、及び／又は表面電位の不均一な変動を生じ、これは、いくつかの実施例では急激又は段階的であり得る。主にゲート－ドレイン間隔ＬＧＤにわたって不均一な変動を参照して議論されるが、ゲート－ソース間隔ＬＧＳにわたって類似又は比例した変動が追加的又は代替的に生じ得ることが理解される。図４Ａは、例えば、図１Ａ乃至図１Ｃに示される表面不動態化層１５０に開口部１５１’を有する実施例において、より局所的な変動を例示する。図４Ｂは、例えば、図２に示されるように、ゲート１１０とドレイン・コンタクト１０５（及び／又はソース・コンタクト１０５）との間の表面不動態化層１５０に、より広い開口部（１つ又は複数）２５１を有する実施例において、低減されたシート抵抗Ｒｓｈ／高伝導率の領域１２６Ｓが、ゲート－ドレイン間隔ＬＧＤ（及び／又はゲート－ソース間隔ＬＧＳ）の大部分まで延びてもよいことを例示する。しかしながら、より一般的には、シート抵抗、電荷トラップ濃度、伝導率、及び／又は表面電位の不均一な変動は、ゲートとの横方向離隔又はオフセット（例えば、ΓＧ２又はΓＧ１と同程度な低さだけの）が維持されている限り、ゲートとソース・コンタクト又はドレイン・コンタクトとの間の任意の箇所に生じてもよい。いくつかの実施例では、シート抵抗、電荷トラップ濃度、伝導率、及び／又は表面電位の不均一な変動は、例えば、開示が参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願（代理人整理番号５３０８．３１５３）に記載されているように、表面不動態化層１５０を形成する前に１つ又は複数の表面処置工程を行い、自己整合ゲート製造工程を使って表面特性を変えることによって達成されてもよい。
【0090】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、及び図５Ｆは、本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法における実例の中間製造ステップを示す概略断面図である。図６は、本発明のいくつかの実施例によるトランジスタ構造を製造する方法を示すフローチャートである。
【0091】
ここで図５Ａ及び図６を参照すると、表面不動態化層１５０が、基板１２２上の半導体構造１９０上に形成される（ブロック６０２）。上述したように、半導体構造１９０は、基板１２２上に複数の単位セル構造（例えば、１００、２００、３００）のうちの１つを画定してもよい。基板１２２は、炭化珪素、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、珪素（Ｓｉ）、ＧａＡｓ、ＬＧＯ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＬＡＯ、リン化インジウム（ＩｎＰ）、又はＩＩＩ族窒化物材料の成長を支えることができる他の材料を含んでもよい。一例として、炭化珪素は、サファイアよりもＩＩＩ族に結晶格子が一致し得るので、その上に高品質のＩＩＩ族窒化物膜を形成できる。炭化珪素は非常に高い熱伝導率も有し、それにより炭化珪素上のＩＩＩ族窒化物デバイスの総出力電力は、（サファイアに形成されたいくつかのデバイスにも同様であるように）基板の熱散逸によって制限されないことがある。しかしながら、本発明の実施例は、炭化珪素に限定されず、基板１２２に任意の適切な材料を利用してもよい。
【0092】
図示の実施例では、半導体構造１９０は、チャネル層１２４及び障壁層１２６を含む。チャネル層１２４及び／又は障壁層は、上述したように、緩衝層、遷移層、及び／又は核形成層を使って基板１２２に堆積されてもよい。チャネル層１２４及び障壁層１２６は、ＨＥＭＴデバイスのヘテロ接合を画定するように、異なるバンドギャップを有する材料（例えば、それぞれ、ＧａＮ及びＡｌＧａＮ）で形成されてもよいが、本発明の実施例はこれに限定されない。いくつかの実施例では、チャネル層１２４及び障壁層１２６は、異なる格子定数を有してもよく、例えば、障壁層３２６が２つの間の界面で「伸縮」するように、相対的に薄い障壁層１２６に対する、より小さい格子定数を有してもよい。したがって、仮形態的ＨＥＭＴ（ｐＨＥＭＴ：ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ ＨＥＭＴ）デバイスが設けられてもよい。
【0093】
表面不動態化層１５０は、半導体構造１９０の表面１２６Ａの低い表面電位をもたらす不動態化工程によって形成されてもよい。表面不動態化層１５０は、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、及び／又は他の適切な保護材料などの誘電体材料であってもよい。他の材料も、表面不動態化層１５０に利用されてもよい。例えば、表面不動態化層１５０は、酸化マグネシウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び／又は酸窒化アルミニウムを含んでもよい。さらに、表面不動態化層１５０は、単一層であってもよく、又は均一且つ／若しくは不均一な組成の複数の層を含んでもよい。例えば、表面不動態化層１５０は、表面１２６Ａの表面電位を増加することなく、表面１２６Ａの表面状態を改質するように、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＳＡＣＶＤ、熱分解堆積、ＰＥＡＬＤ、ＡＬＤ、及び／又はそれらの任意の組合せなどの相対的に低い表面エネルギーの工程を使って半導体構造１９０の表面１２６Ａ上に包括的に形成される窒化珪素又は他の電気絶縁材料層であってもよい。表面不動態化層１５０は、その後の処理中に、例えば、オーム抵抗コンタクトのアニール中に下層表面１２６Ａを保護するように、十分に厚くてもよい。上述したように、表面不動態化層１５０を形成することは、いくつかの実施例では、１つ又は複数の事前の不動態化表面処置工程によって先に行われてもよく、これにより、表面不動態化層１５０の堆積の前に、表面１２６Ａの界面状態を改質できる。
【0094】
図５Ｂに示されるように、表面不動態化層１５０は、ソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５を形成するようにパターン形成される。例えば、表面不動態化層１５０は、ソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５を配置するために、障壁層１２６の表面１２６Ａを露出する開口部を形成するようにパターン形成されてもよい。開口部は、障壁層１２６に対してパターン形成されたマスク及び低損傷エッチングを利用してエッチングされてもよい。オーム抵抗金属は、障壁層１２６の露出部分上に形成されてもよい。しかしながら、他の実施例では、障壁層１２６も、開口部を通して凹状であってもよく、ソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５は、障壁層１２６を通して延びてもよいことが理解される。適切な金属には、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＷ、Ｓｉ、ＴｉＷＮ、ＷＳｉ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、ＮｉＳｉｘ、ＴｉＳｉ、ＴｉＮ、ＷＳｉＮ、Ｐｔなどを含んでもよい。オーム抵抗金属は、ソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５を設けるようにアニールされてもよい。
【0095】
表面不動態化層１５０はまた、例えば、ソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５を形成する前、後、又は同時に、ゲート・コンタクト１１０を設けるようにパターン形成されてもよい。表面不動態化層１５０は、ゲート・コンタクト１１０を配置するために、障壁層１２６の表面１２６Ａを露出する開口部又は溝１５１を形成するようにエッチングされてもよい。ゲート・コンタクト１１０は、エッチングされた開口部１５１内に形成されてもよく、開口部１５１を通して延びて障壁層１２６の露出部分に接触してもよい。適切なゲート材料は、Ｎｉ、Ｐｔ、ＮｉＳｉｘ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、ＴａＮ、Ｗ、及び／又はＷＳｉＮを含んでもよい。溝１５１（したがって、その中のゲート１１０）は、表面１２６Ａに沿ってＹ方向に延びてもよい。また、ゲート１１０の部分又はサイドローブは、表面不動態化層１５０上で横に（例えば、Ｘ方向に）延びてもよい。図５Ｃに障壁層１２６の表面１２６Ａ上にあるものとして示されているが、いくつかの実施例では、ソース・コンタクト１１５、ゲート・コンタクト１１０、及び／又はドレイン・コンタクト１０５が、障壁層１２６の表面１２６Ａの凹部内に形成されてもよいことが理解される。
【0096】
図５Ｃ及び図６に示されるように、表面不動態化層１５０は、エッチングされて半導体構造１９０の領域１２６Ｓを露出する１つ又は複数の開口部１５１’を画定する（ブロック６０４）。例えば、開口部（１つ又は複数）１５１’は、表面１２６Ａに沿ってＹ方向に延びる溝を画定してもよい。開口部（１つ又は複数）１５１’は、ゲート１１０とドレイン・コンタクト１０５との間（及び／又は、図５Ｃに仮想線で示されるゲート１１０とソース・コンタクト１１５との間）に形成される。開口部（１つ又は複数）１５１’は、ドレイン・コンタクト１０５（及び／又はソース・コンタクト１１５）に隣接するゲート開口部１５１から横に離隔される。
【0097】
いくつかの実施例では、表面不動態化層１５０における開口部（１つ又は複数）１５１’は、ゲート開口部１５１を形成するために使用されるのと同じエッチング工程中に、或いはゲート開口部１５１及び／又はソース・コンタクト１１５及びドレイン・コンタクト１０５のための開口部を形成する前又は後の異なるエッチング工程で形成されてもよい。例えば、ＧａＮチャネル層１２４及びＡｌＧａＮ障壁層１２６を含むＧａＮベースの半導体構造１９０では、ゲート開口部１５１を形成するために使用されるエッチング中に、１つ又は複数の追加の開口部１５１’が表面不動態化層１５０内へエッチングされ、ゲート１１０が形成される箇所とドレイン・コンタクト１０５（及び／又はソース・コンタクト１１５）が形成される箇所との間のＡｌＧａＮ障壁層１２６の１つ又は複数の領域１２６Ｓを露出する。事前の不動態化表面処置工程が行われる実施例では、開口部（１つ又は複数）１５１’を画定するために使用されるエッチング工程により、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出される領域１２６Ｓの界面状態を除去又は改質できる。
【0098】
図５Ｄ及び図６に示されるように、１つ又は複数の表面処置工程ＳＴが行われて、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された半導体構造１９０の領域（１つ又は複数）１２６Ｓの表面特性を改質する（ブロック６０８）。表面処置工程（１つ又は複数）ＳＴは、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された領域（１つ又は複数）１２６Ｓの界面状態を改質するように構成される。表面処置工程（１つ又は複数）には、現場工程（例えば、プラズマ窒化、イオン衝撃、プラズマ酸化、Ｈ２プラズマ処置、化学的活性のガス環境（形成ガス、一酸化窒素、二酸化窒素、及びアンモニアを含むがこれらに限定されない）でのアニール、化学的不活性のガス環境でのアニール）、及び現場外工程（例えば、酸性化学溶液での湿式エッチング、塩基性化学溶液での湿式エッチング、中性化学溶液での処置）を含んでもよいがこれらに限定されない。
【0099】
例えば、ＡｌＧａＮ障壁層１２６の露出領域１２６Ｓを含むＧａＮベースの半導体構造１９０では、開口部１５１’によって露出された領域１２６Ｓにおいて、イオン衝撃を使用して界面状態を改質してもよい（したがって、ＡｌＧａＮ表面電位を上昇させることができる）。これにより、伝導チャネル４０の部分に、高伝導率、低シート抵抗の領域１２６Ｓを形成し、より高い飽和電力及びより低い電荷捕捉を可能にできる。ゲート１１０に対して、より直接的に又はすぐに隣接する領域は、表面処置（１つ又は複数）ＳＴの影響を受けないので、したがって（ブロック６０２での）第１／表面不動態化層１５０の形成から生じるより低い表面電位を保持し、ゲート１１０に隣接して漏れを低下できる。すなわち、表面処置工程（１つ又は複数）ＳＴは、開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された領域（１つ又は複数）１２６Ｓの界面状態を局所的に改質でき、それにより、ゲート１１０とソース・コンタクト１１５又はドレイン・コンタクト１０５との間に表面処置領域１２６Ｓを形成し、伝導チャネル４０の下層部分により高い伝導率を得る。
【0100】
図５Ｅ乃至図５Ｆ及び図６は、１つ又は複数の追加の不動態化層１５５、５６０（例えば、層間不動態化層１５５及び最終不動態化層５６０）が半導体構造１９０に形成されることを示す（ブロック６１０）。追加の不動態化層（１つ又は複数）１５５、５６０は、絶縁層（１つ又は複数）又は誘電層（１つ又は複数）であってもよく、いくつかの実施例では、表面不動態化層１５０とは異なる誘電率を有する。図５Ｅに示されるように、層間不動態化層１５５は、第１／表面不動態化層１５０上、且つ開口部（１つ又は複数）１５１’によって露出された半導体構造１９０の領域１２６Ｓ上に形成されたＩＦＰＰであってもよく、表面処置領域（１つ又は複数）１２６Ｓは、表面１２６Ａと層間不動態化層１５５との間の界面（１つ又は複数）に沿って延びる。層間不動態化層１５５は、表面処置Ｐによって達成される領域１２６Ｓにおける表面特性を維持又は保存するように、表面処置工程（１つ又は複数）ＳＴ（ブロック６０８）の後の近くに又は直後に形成される（ブロック６１０）。上述したように、層間不動態化層１５５は、相対的に高い表面エネルギーの工程、例えば、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＳＡＣＶＤ、熱分解堆積、ＰＥＡＬＤ、ＡＬＤ、及び／又はそれらの任意の組合せを使って形成されてもよく、これにより、層間不動態化層１５５を単一層又は多層積層体として形成できる。上述したように、領域１２６Ｓの改質された界面状態は、任意の表面処置工程（１つ又は複数）とは無関係に又は追加して、層間不動態化層１５５の堆積によって画定されてもよい。例えば、図５Ｄに示される動作は、いくつかの例では省略されてもよく、領域１２６Ｓの改質された界面状態は、層間不動態化層１５５自体の堆積によって画定されてもよい。
【0101】
図５Ｆに示されるように、それぞれの金属コンタクト５６５は形成されて層間不動態化層１５５の開口部を通って延び、コンタクト１０５、１１０、１１５のうちの１つ又は複数に接触してもよい。例えば、層間不動態化層１５５は、ソース・コンタクト１１５及び／又はドレイン・コンタクト１０５を露出する開口部を形成するようにパターン形成されてもよく、ソース・コンタクト１１５及び／又はドレイン・コンタクト１０５の露出部分上に伝導性金属が形成されて金属コンタクト５６５を形成してもよい。金属コンタクト３６５は、金属又は他の高伝導率の材料、例えば、銅、コバルト、金、及び／又は複合金属を含んでもよい。図５Ｆの実例では、金属コンタクト５６５は、ドレイン・コンタクト５０５及びソース・コンタクト５１５上に設けられるが、いくつかの実施例では、金属コンタクト５６５はすべての３つの端子（すなわち、ソース、ゲート、及びドレイン）に設けられてもよいことが理解される。いくつかの実施例では、フィールド板３２８が、例えば、図３Ａ乃至図３Ｃに示される構成によって、ＩＦＰＰ１５５上に形成されてもよい。
【0102】
なお図５Ｆを参照すると、（絶縁層１５０及び／又は１５５と類似又は異なる組成の）電気的に絶縁性且つ／又は不動態化層５６０が、最終的不動態化層として金属コンタクト５６５上に形成されてもよく、電気的接続、例えば、１つ又は複数の外部デバイスへの入力且つ／若しくは出力接続、及び／又は接地接続のために、金属コンタクト３６５を露出する開口部を画定するようにパターン形成されてもよい。金属コンタクト５６５は、したがって、本明細書に説明されるトランジスタ構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、２００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃのうちのいずれかの対応する端子（例えば、ＨＥＭＴデバイスのゲート１１０、ドレイン１０５、及びソース１１５端子）に直接的又は間接的に接続されてもよい入力（例えば、ゲート）、出力（例えば、ドレイン）、及び／若しくは接地（例えば、ソース）コンタクト・パッド又は端子を画定してもよい。
【0103】
ゲート開口部のみが表面不動態化層内へエッチングされ且つチャネル領域の界面状態が、第１若しくは表面不動態化の層を形成するために使用される不動態化工程によって設定されてもよい、いくつかの従来デバイス（例えば、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ ＨＥＭＴ）とは対照的に、本発明の実施例は、ゲートとソース・コンタクト及び／又はドレイン・コンタクトとの間の半導体構造の一部（又は大部分）に、例えば、表面不動態化層に１つ又は複数の追加の開口部を形成することによって、より高い伝導率の領域を設けることができる。これにより、開口部によって露出された半導体構造の領域の界面状態の局所的改質を可能にして、ゲートに直接隣接するエリア又は領域に影響を及ぼすことなく、より高い伝導率の領域を作る。より一般的には、本発明の実施例は、例として上述されたものを含むがこれらに限定されない表面処置工程（１つ又は複数）及び／又は不動態化層堆積ステップの任意の組合せを使って、ゲートに隣接する第２の領域と比較して、ソース又はドレインに隣接する半導体構造の第１の領域の界面状態を異なるやり方で改質してもよい。
【0104】
本発明の実施例は、個別デバイスとして形成されてもよく、又はモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ：Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の一部として形成されてもよい。ＭＭＩＣは、特定の機能のための回路類のすべてが単一の半導体チップ内へ統合される、無線及び／又はマイクロ波周波数信号で動作する集積回路を指す。実例のＭＭＩＣデバイスは、関連する、共通の基板にすべて実装される整合回路、フィード・ネットワークなどを含むトランジスタ増幅器である。ＭＭＩＣトランジスタ増幅器は、典型的には、並列に接続された複数の単位セルＨＥＭＴトランジスタを含む。本発明の実施例は、より高い電力密度を生成できるトランジスタ設計を提供し、より小型且つより強力なＭＭＩＣチップを可能にする。
【0105】
本発明の実施例は、ＲＦデバイスに改良された性能を設けてもよい。しかしながら、本発明の実施例は、ＲＦ用途に限定されず、Ｋａ帯、ＭＭＩＣ、及び電力切替デバイスを含むがこれらに限定されない、任意のＤＣデバイスに使用されてもよい。例えば、本発明の実施例は、約４ＧＨｚ未満からＫａ帯設計（例えば、２６から４０ＧＨｚ）までの範囲の動作周波数を有する用途において使用されてもよい。
【0106】
いくつかの実施例では、図７に示されるように、トランジスタ・デバイス又はダイ１０００は、デバイス端子又は電極（例えば、入力端子、出力端子、及び接地端子）に並列に接続された複数のトランジスタ構造１００ａ、１００ｂ、１００ｃ（総称して１００）を含んでもよい。例えば、ゲート１１０、ドレイン１０５、及びソース１１５の各コンタクトは、ゲート、ドレイン、及び／又はソースの「指状部」を画定するために第１の方向（例えば、Ｙ方向）に延びてもよく、これらは、１つ又は複数のそれぞれのバスによって（例えば、半導体構造１９０の上面１２６Ａ上のゲート・バス及びドレイン・バスによって）接続されてもよい。図７では、ゲート指状部１１０、ドレイン指状部１０５及びソース指状部１１５は、互いに並列に延びてもよく、ゲート指状部１１０は、ゲート・バス１１２から第１の方向に延び、ドレイン指状部１０５は、ドレイン・バス１１４から第１の方向とは逆方向に延びる。各ゲート指状部１１０は、単位セル１００を画定するように、ドレイン指状部１０５とソース指状部１１５との間に位置づけられてもよい。ゲート指状部１１０、ドレイン指状部１０５、及びソース指状部３１５（及び接続バス）は、頂又は表側の金属化構造によって画定されるように、デバイスのゲート、ドレイン、及びソース接続電極の一部をそれぞれ画定してもよい。表側金属化構造の様々な伝導性要素を互いから隔離する誘電体層は、図面を簡略化するために、図７には示されない。ゲート指状部１１０は共通のゲート・バスに電気的に接続され、ドレイン指状部１０５は共通のドレイン・バスに電気的に接続され、ソース指状部１１５は互いに電気的に接続されるので（例えば、基板１２２の裏面１２２Ｂ上のそれぞれのビア開口部１４６及び裏側金属層を介して）、単位セル・トランジスタ１００同士が電気的に並列に接続されることが分かる。
【0107】
デバイスの端子のうちの１つ（例えば、ソース・コンタクト（１つ又は複数）１１５に接続されるソース端子）は、例えば、電気接地などの参照信号に結合されるように構成されてもよい。いくつかの実施例では、伝導性の基板を介するビア接続又は構造（例えば、裏面１２２Ｂを通して形成された裏側ビア開口部）は、基板１２２及びエピタキシャル層（１つ又は複数）１２４、１２６を通して延び、コンタクト１０５、１１５のうちの１つの部分を露出し、基板の裏側１２２Ｂにコンタクト・パッド又は端子を設けることができる（例えば、ソース・コンタクト１１５を接地に結合する）。他の実施例では、端末デバイス（例えば、ソース端子）のうちの１つへの接地接続は、活性エリアの外側、例えば、周辺エリアで行われてもよい。いくつかの実施例では、基板１２２の裏側１２２Ｂの裏面金属層は、例えば、接地への近接が望まれる用途において、裏側接地平面を形成してもよい。
【0108】
本発明の実施例は、特定のＨＥＭＴ構造を参照して本明細書で説明されたが、本発明は、そのような構造に限定されると解釈されるべきではなく、ｐＨＥＭＴ（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ｐＨＥＭＴを含む）及び／又はＧａＮ ＭＥＳＦＥＴなどの多くの異なるトランジスタ構造の形成に適用されてもよい。
【0109】
また、追加の層は、本発明の教示から依然として利益を得ながら、トランジスタ構造に含まれてもよい。このような追加の層は、例えば、Ｓｍｉｔｈへの米国特許第６５４８３３３号に記載されているようなＧａＮキャップ層を含んでもよい。いくつかの実施例では、ＳｉＮｘなどの絶縁層、又は相対的に高品質のＡｌＮは、ＭＩＳＨＥＭＴを作るため及び／又は表面を不動態化するために、堆積されてもよい。追加の層は、１つ又は複数の組成的に傾斜した遷移層を含んでもよい。加えて、上述した障壁層１２６及び／又はチャネル層１２４は、複数の層を含んでもよい。したがって、本発明の実施例は、これらの層を単一層に限定するものと解釈されるべきではないが、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ及び／又はＡｌＮ層の組合せを有する障壁層を含んでもよい。
【0110】
図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器ダイが、パッケージされてパッケージされたＲＦトランジスタ増幅器８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃを提供するいくつかの実例のやり方を示す概略断面図である。図８Ａ乃至図８Ｃは、トランジスタ・デバイス１０００をパッケージすることを示し、これは、本明細書に記載のトランジスタ構造のいずれを含んでもよい。
【0111】
図８Ａは、パッケージされたＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦトランジスタ増幅器８００Ａの概略側面図である。図８Ａに示されるように、パッケージされたＲＦトランジスタ増幅器８００Ａは、開放空洞パッケージ構造８１０ＡにパッケージされたＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００を含む。パッケージ構造８１０Ａは、金属ゲート・リード線８２２Ａ、金属ドレイン・リード線８２４Ａ、金属サブマウント８３０、側壁８４０及び蓋８４２を含む。
【0112】
サブマウント８３０は、パッケージ８００Ａの熱管理を助けるように構成された材料を含んでもよい。例えば、サブマウント８３０は、銅及び／又はモリブデンを含んでもよい。いくつかの実施例では、サブマウント８３０は、複数の層から構成され、且つ／又はビア／相互接続部を含んでもよい。実例の実施例では、サブマウント８３０は、芯モリブデン層を備え、そのいずれかの主表面に銅張り合せ層を有する多層銅／モリブデン／銅金属フランジであってもよい。いくつかの実施例では、サブマウント８３０は、リード線フレーム又は金属スラグの一部である金属放熱シンクを含んでもよい。側壁８４０及び／又は蓋８４２は、いくつかの実施例では絶縁材料で形成されてもよいか、又は絶縁材料を含んでもよい。例えば、側壁８４０及び／又は蓋８４２は、セラミック材料で形成されてもよいか、又はセラミック材料を含んでもよい。いくつかの実施例では、側壁８４０及び／又は蓋８４２は、例えば、Ａｌ２Ｏ３で形成されてもよい。蓋８４２は、エポキシ接着剤を使って側壁８４０に接着されてもよい。側壁８４０は、例えば、ろう付けを介してサブマウント８３０に取り付けられてもよい。ゲート・リード線８２２Ａ及びドレイン・リード線８２４Ａは、側壁８４２を通して延びるように構成されてもよいが、本発明の実施例はこれに限定されない。
【0113】
ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００は、金属サブマウント８３０、セラミック側壁８４０及びセラミック蓋８４２によって画定された空気充填空洞８１２における金属サブマウント８３０の上面に実装される。ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００のゲート端子１３２及びドレイン端子１３４は、半導体構造１９０の頂面上にあり、一方、ソース端子１３６は、半導体構造１９０の底面上にある。ソース端子１３６は、例えば、伝導性ダイ取付材料（図示せず）を使って金属サブマウント８３０に実装されてもよい。金属サブマウント８３０は、ソース端子１３６に電気的に接続してもよく、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００で発生する熱を散逸する熱散逸構造として機能してもよい。
【0114】
入力整合回路８５０及び／又は出力整合回路８５２が、パッケージ８００Ａ内に実装されてもよい。整合回路８５０、２５２は、インピーダンス整合及び／又は高調波終端回路を含んでもよい。インピーダンス整合回路は、ＲＦトランジスタ増幅器に入力される、又はＲＦトランジスタ増幅器から出力されるＲＦ信号の基本成分のインピーダンスを、それぞれ、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００の入力又は出力でのインピーダンスに対して整合するために使用されてもよい。高調波終端回路は、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００の入力又は出力に存在し得る基本ＲＦ信号の高調波を接地するために使用されてもよい。２つ以上の入力整合回路８５０及び／又は出力整合回路８５２が設けられてもよい。図８Ａに概略的に示されるように、入力整合回路８５０及び出力整合回路８５２は金属サブマウント８３０に実装されてもよい。ゲート・リード線８２２Ａは、１つ又は複数の接合線８５４によって入力整合回路８５０に接続されてもよく、入力整合回路８５０は、１つ又は複数の追加の接合線８５４によってＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００のゲート端子１３２に接続されてもよい。同様に、ドレイン・リード線８２４Ａは、１つ又は複数の接合線８５４によって出力整合回路８５２に接続されてもよく、出力整合回路８５２は、１つ又は複数の追加の接合線８５４によってＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００のドレイン端子１３４に接続されてもよい。誘導要素である接合線８５４は、入力整合回路及び／又は出力整合回路の一部を形成してもよい。
【0115】
図８Ｂは、プリント回路基板ベースのパッケージ構造８１０Ｂにパッケージされたトランジスタ・デバイス１０００を含む、パッケージされたＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦトランジスタ増幅器８００Ｂの概略側面図である。パッケージされたＲＦトランジスタ増幅器８００Ｂは、パッケージ構造８１０Ａのゲート・リード線８２２Ａ及びドレイン・リード線８２４Ａがパッケージ構造８１０Ｂのプリント回路基板ベースのリード線８２２Ｂ、８２４Ｂに置き換えられていることを除いて、図８ＡのパッケージされたＲＦトランジスタ増幅器８００Ａと非常に類似している。
【0116】
パッケージ構造８１０Ｂは、サブマウント８３０、セラミック側壁８４０、セラミック蓋８４２を含み、これらのそれぞれは、上記で論じたパッケージ構造８１０Ａの同番号の要素と実質的に同一であってもよい。パッケージ構造８１０Ｂは、プリント回路基板８２０をさらに含む。プリント回路基板８２０上の伝導性トレースは、金属ゲート・リード線８２２Ｂ及び金属ドレイン・リード線８２４Ｂを形成する。プリント回路基板８２０は、例えば、伝導性接着剤を介してサブマウント８３０に取り付けられてもよい。プリント回路基板８２０は、中央開口部を含み、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００は、サブマウント８３０のこの開口部内に実装される。ＲＦトランジスタ増幅器８００Ｂの他の構成要素は、ＲＦトランジスタ増幅器８００Ａの同番号の構成要素と同じであってもよいので、それ以上の説明は省略する。
【0117】
図８Ｃは、別のパッケージされたＩＩＩ族窒化物ベースのＲＦトランジスタ増幅器８００Ｃの概略側面図である。ＲＦトランジスタ増幅器８００Ｃは、異なるパッケージ構造８１０Ｃを含む点で、ＲＦトランジスタ増幅器８００Ａと異なる。パッケージ構造８１０Ｃは、金属サブマウント８３０（パッケージ構造８１０Ａのサブマウント８３０と類似又は同一であってもよい）、並びに金属ゲート・リード線８２２Ｃ及び金属ドレイン・リード線８２４Ｃを含む。ＲＦトランジスタ増幅器８００Ｃはまた、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００、リード線８２２Ｃ、８２４Ｃ、及び金属サブマウント８３０を少なくとも部分的に取り囲むプラスチックのオーバーモールド８６０を含む。ＲＦトランジスタ増幅器８００Ｃの他の構成要素は、ＲＦトランジスタ増幅器８００Ａの同番号の構成要素と同じであってもよいので、それ以上の説明は省略する。
【0118】
本発明は、本発明の実施例が示されている添付図面を参照して説明される。しかしながら、本発明は本明細書に記載の実施例に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が徹底的且つ完全であり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。図面では、明瞭にするために層及び領域の厚さが誇張される。同番号は、全体を通して同じ要素を指す。
【0119】
層、領域、又は基板などの要素が、別の要素「上」にある、又は「上へ」延びると言及されるとき、それは、他の要素上に直接あることができるか、又は他の要素上へ直接延びることができるか、或いは介在する要素が存在してもよいことが理解される。対照的に、ある要素が別の要素の「直接上」にある、又は「直接上へ」延びると言及される場合、介在する要素は存在しない。また、ある要素が別の要素に「接続」又は「結合」されると言及されるとき、それは他の要素に直接、接続又は結合されることができ、或いは介在する要素が存在してもよいことも理解される。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続」又は「直接結合」されていると言及されるとき、介在する要素は存在しない。
【0120】
また、第１、第２などの用語は、本明細書において様々な要素を説明するために使用されてもよいが、これらの要素は、これらの用語によって制限されるべきではないことも理解される。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。例えば、本発明の範囲を逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と呼ばれ、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ばれることもできる。
【0121】
さらに、「下」又は「底」並びに「上」又は「頂」などの相対的な用語は、図に例示されるように、ある要素の別の要素に対する関係を説明するために本明細書において使用されてもよい。相対的な用語は、図に描かれた配向に加えて、デバイスの異なる配向を包含することを意図されていることが理解される。例えば、図のうちの１つにおけるデバイスが反転された場合、他の要素の「下」側にあると説明された要素は、他の要素の「上」側に配向される。例示的な用語「下」は、したがって、図の特定の配向に応じて、「下」及び「上」の両方の配向を包含できる。同様に、図のうちの１つにおけるデバイスが反転された場合、他の要素の「下に」又は「下方」と説明された要素は、他の要素の「上に」配向される。したがって、例示的な用語「下に」又は「下方」は、上と下との両方の配向を包含できる。
【0122】
本明細書における本発明の説明に使用される専門用語は、特定の実施例のみを説明することを目的としたものであり、本発明を限定することは意図されない。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲で使用されているように、単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」及び「１つ（ｔｈｅ）」は、文脈が明確に別段の定めをしない限り、複数形も含むことが意図される。また、本明細書で使用される用語「及び／又は」は、関連する列挙された項目のうちの１つ又は複数の任意且つすべての可能な組合せを言及し包含することも理解される。さらに、用語「備える」及び／又は「備えている」は、本明細書において使用されるとき、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、それらの１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又は群の存在又は追加を排除するものではないことが理解される。
【0123】
本発明の実施例は、本発明の理想化された実施例（及び中間構造）の概略図である断面図を参照して本明細書に説明される。そのため、例えば、製造技術及び／又は公差の結果としての例示の形状からの変動が予想される。したがって、本発明の実施例は、本明細書に例示される領域の特定の形状に限定されるものとして解釈されるべきではなく、例えば、製造から生じる形状における偏差を含むべきである。例えば、矩形として例示された植込み領域は、典型的には、植込み領域から非植込み領域への二元の変更ではなく、その縁辺に丸みを帯びた又は湾曲した特徴及び／又は植込み濃度の勾配を有する。同様に、植込みによって形成された埋込領域は、埋込領域と植込みが行われる表面との間の領域に何らかの植込みをもたらすことができる。したがって、図に例示される領域は、本質的に概略的であり、それらの形状は、デバイスの領域の実際の形状を例示することは意図されず、本発明の範囲を限定することは意図されない。
【0124】
別段の定めがない限り、技術用語及び科学用語を含む、本発明の実施例を開示する際、使用されるすべての用語は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有し、本発明が説明される時点で知られている指定の定義に必ずしも限定されない。したがって、これらの用語は、そのような時点以降に作成された同等の用語を含むことができる。さらに、一般的に使用される辞書で定義されるような用語は、本明細書及び関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において明示的にそのように定義されない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されないことが理解される。本明細書に記載されているすべての刊行物、特許出願、特許、及びその他の参考文献は、その全体が参照により組み込まれる。
【0125】
図面及び明細書では、本発明の典型的な実施例が開示されており、指定の用語が採用されているが、それらは一般的且つ説明的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されていない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【国際調査報告】