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特表2024-520394湿気ロバスト性及び高加速寿命試験のための多層カプセル化及び製造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-05-24

(54)【発明の名称】湿気ロバスト性及び高加速寿命試験のための多層カプセル化及び製造方法

(51)【国際特許分類】

H01L 21/316 20060101AFI20240517BHJP

H01L 21/318 20060101ALI20240517BHJP

【ＦＩ】

H01L21/316 X

H01L21/318 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023572608

(86)(22)【出願日】2022-05-24

(85)【翻訳文提出日】2024-01-22

(86)【国際出願番号】 US2022030619

(87)【国際公開番号】W WO2022256196

(87)【国際公開日】2022-12-08

(31)【優先権主張番号】17/335,796

(32)【優先日】2021-06-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/591,704

(32)【優先日】2022-02-03

(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】リー、キョン－グン

(72)【発明者】

【氏名】エッター、ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ラデュルスク、ファビアン

(72)【発明者】

【氏名】シェパード、スコット

(72)【発明者】

【氏名】ナミシア、ダニエル

【テーマコード（参考）】

5F058

【Ｆターム（参考）】

5F058BA07

5F058BA10

5F058BA20

5F058BB01

5F058BB04

5F058BC02

5F058BC03

5F058BC08

5F058BD04

5F058BD05

5F058BD10

5F058BF02

5F058BF22

5F058BF29

5F058BF30

5F058BF37

5F058BJ03

(57)【要約】

半導体ダイは、半導体ボディと、半導体ボディ上の多層環境バリアとを含む。多層環境バリアは、半導体ボディ上に積層させられた複数の副層を含む。各副層は、１つ又は複数の方向においてそれぞれの応力を含み、少なくとも２つの副層のそれぞれの応力は異なる。副層は、第１の応力を含む第１のストレッサ副層と、１つ又は複数の方向において第１の応力を少なくとも部分的に補償する第２の応力を含む第２のストレッサ副層とを含んでよい。関連する装置及び製造方法も論じられている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ダイであって、
半導体ボディと、
前記半導体ボディ上の多層環境バリアであって、前記多層環境バリアは、それぞれ第１及び第２の酸化物材料の第１及び第２の副層を含み、前記第１の酸化物材料は、前記第２の酸化物材料とは異なる、多層環境バリアと
を備える、半導体ダイ。

【請求項2】

前記第１及び第２の副層が、原子層堆積（ＡＬＤ）層を含む、請求項１に記載の半導体ダイ。

【請求項3】

前記第１又は第２の酸化物材料のうちの少なくとも１つが、窒化ケイ素よりも高い密度を有する、請求項１に記載の半導体ダイ。

【請求項4】

前記第１又は第２の酸化物材料のうちの少なくとも１つが、絶縁金属酸化物を含む、請求項１に記載の半導体ダイ。

【請求項5】

前記第１及び第２の副層が、反復する層構造に含まれており、前記第１及び第２の酸化物材料は、それぞれ前記絶縁金属酸化物及び非金属酸化物を含む、請求項４に記載の半導体ダイ。

【請求項6】

前記絶縁金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の半導体ダイ。

【請求項7】

前記絶縁金属酸化物は、酸化アルミニウムを含み、前記非金属酸化物は、酸化ケイ素を含む、請求項５に記載の半導体ダイ。

【請求項8】

前記第１の副層の厚さと前記第２の副層の厚さとの比は、約２：１以上、約５：１以上、又は約８：１以上である、請求項５に記載の半導体ダイ。

【請求項9】

前記半導体ボディと前記多層環境バリアとの間にパッシベーション層をさらに備え、前記パッシベーション層は、窒化ケイ素を含む、請求項４に記載の半導体ダイ。

【請求項10】

前記パッシベーション層とは反対側の前記多層環境バリアの表面は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素の層を含む、請求項１に記載の半導体ダイ。

【請求項11】

前記第１の酸化物材料は、前記第２の酸化物材料とは異なる、水に関する拡散係数を有する、請求項１に記載の半導体ダイ。

【請求項12】

前記半導体ボディ上のゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、
前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクト上に延びるパッシベーション層と
をさらに備え、
前記第１及び第２の副層は、前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクトに沿って実質的に均一なそれぞれの厚さで前記パッシベーション層上にコンフォーマルに延びている、請求項１に記載の半導体ダイ。

【請求項13】

前記第１及び第２の副層は、反復する層構造に含まれており、前記多層環境バリアは、少なくとも２つの前記反復する層構造、少なくとも１０の前記反復する層構造又は少なくとも２０の前記反復する層構造を含む、請求項１に記載の半導体ダイ。

【請求項14】

前記多層環境バリアの合計厚さは、約５００オングストローム～約３０００オングストロームである、請求項１３に記載の半導体ダイ。

【請求項15】

前記反復する層構造は、
前記第１及び第２の副層が積層されている２層構造、
前記第１の副層、前記第２の副層及び第３の副層が積層されている３層構造、及び／又は
前記第１の副層、前記第２の副層、第３の副層及び第４の副層が積層されている４層構造
を含む、請求項１３に記載の半導体ダイ。

【請求項16】

半導体ダイであって、
半導体ボディと、
前記半導体ボディ上の多層環境バリアであって、前記多層環境バリアは、それぞれの絶縁材料の２つ以上の副層を含む反復する層構造を含み、前記それぞれの絶縁材料のうちの少なくとも１つは、窒化ケイ素よりも高い密度を有する、多層環境バリアと
を備える、半導体ダイ。

【請求項17】

前記２つ以上の副層は、原子層堆積（ＡＬＤ）層を含む、請求項１６に記載の半導体ダイ。

【請求項18】

前記多層環境バリアは、少なくとも２つの前記反復する層構造、少なくとも１０の前記反復する層構造又は少なくとも２０の前記反復する層構造を含む、請求項１７に記載の半導体ダイ。

【請求項19】

前記それぞれの絶縁材料のうちの前記少なくとも１つの密度は、前記それぞれの絶縁材料のうちの他の少なくとも１つの前記密度よりも高い、請求項１８に記載の半導体ダイ。

【請求項20】

前記それぞれの絶縁材料のうちの前記少なくとも１つが、金属酸化物を含み、前記それぞれの絶縁材料の他の少なくとも１つが、非金属酸化物を含む、請求項１８に記載の半導体ダイ。

【請求項21】

前記金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムを含む、請求項２０に記載の半導体ダイ。

【請求項22】

前記非金属酸化物は、酸化ケイ素を含む、請求項２１に記載の半導体ダイ。

【請求項23】

前記半導体ボディと前記多層環境バリアとの間にパッシベーション層をさらに備え、前記パッシベーション層は、窒化ケイ素を含む、請求項２２に記載の半導体ダイ。

【請求項24】

前記２つ以上の副層のうちの第１及び第２の副層のそれぞれの厚さの比が、約２：１以上、約５：１以上又は約８：１以上である、請求項１８に記載の半導体ダイ。

【請求項25】

前記半導体ボディ上のゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、
前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクト上に延びるパッシベーション層と
をさらに備え、
前記２つ以上の副層は、前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクトに沿って実質的に均一なそれぞれの厚さで前記パッシベーション層上にコンフォーマルに延びている、請求項１７に記載の半導体ダイ。

【請求項26】

前記それぞれの絶縁材料のうちの少なくとも２つは、水に関して異なる拡散係数を有する、請求項１６に記載の半導体ダイ。

【請求項27】

半導体ダイであって、
半導体ボディと、
前記半導体ボディ上の多層環境バリアであって、前記多層環境バリアは、第１の絶縁副層及び第２の絶縁副層を含む反復する層構造を含み、前記第１の絶縁副層の第１の厚さと前記第２の絶縁副層の第２の厚さとの比は、約２：１以上である、多層環境バリアと
を備える、半導体ダイ。

【請求項28】

前記第１及び第２の絶縁副層は、それぞれ第１及び第２の材料を含み、前記第１の材料の密度は、前記第２の材料の密度よりも高い、請求項２７に記載の半導体ダイ。

【請求項29】

前記第１の材料又は前記第２の材料のうちの少なくとも１つの前記密度は、窒化ケイ素よりも高い、請求項２８に記載の半導体ダイ。

【請求項30】

前記第１及び第２の絶縁副層は、原子層堆積（ＡＬＤ）層を含む、請求項２８に記載の半導体ダイ。

【請求項31】

前記第１の材料は、金属を含み、前記第２の材料は、非金属を含む、請求項２８に記載の半導体ダイ。

【請求項32】

前記第１の材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム又は窒化ケイ素を含む、請求項２８に記載の半導体ダイ。

【請求項33】

前記第２の材料は、酸化ケイ素を含む、請求項３２に記載の半導体ダイ。

【請求項34】

前記第１の材料は、前記第２の材料とは異なる、水に関する拡散係数を有する、請求項２８に記載の半導体ダイ。

【請求項35】

前記半導体ボディ上のゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトと、
前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクト上に延びるパッシベーション層と
をさらに備え、
前記第１及び第２の絶縁副層は、前記パッシベーション層上にコンフォーマルに延びており、前記第１及び第２の厚さは、前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクトに沿って実質的に均一である、請求項２７に記載の半導体ダイ。

【請求項36】

半導体ダイを製造する方法であって、
半導体ボディを提供するステップと、
前記半導体ボディ上に多層環境バリアを形成するステップであって、前記多層環境バリアは、それぞれ第１及び第２の酸化物材料の第１及び第２の副層を含み、前記第１の酸化物材料は、前記第２の酸化物材料とは異なる、ステップと
を含む、半導体ダイを製造する方法。

【請求項37】

前記パッシベーション層上に前記多層環境バリアを形成するステップは、原子層堆積（ＡＬＤ）によって前記第１及び第２の副層を形成するステップを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項38】

前記多層環境バリアを形成するステップは、
前記第１の副層を形成するための第１のＡＬＤプロセスと、反復する層構造において前記第１の副層上に前記第２の副層を形成する第２のＡＬＤプロセスとを交互に実行するステップ
を含む、請求項３７に記載の方法。

【請求項39】

前記第１又は第２の酸化物材料のうちの少なくとも１つは、窒化ケイ素よりも高い密度を有する、請求項３６に記載の方法。

【請求項40】

前記第１又は第２の酸化物材料のうちの少なくとも１つは、絶縁金属酸化物を含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項41】

前記第１及び第２の副層は、反復する層構造に含まれており、前記第１及び第２の酸化物材料は、それぞれ前記絶縁金属酸化物及び非金属酸化物を含む、請求項４０に記載の方法。

【請求項42】

前記絶縁金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項４１に記載の方法。

【請求項43】

前記絶縁金属酸化物は、酸化アルミニウムを含み、前記非金属酸化物は、酸化ケイ素を含む、請求項４２に記載の方法。

【請求項44】

前記多層環境バリアを形成する前に前記半導体ボディ上にパッシベーション層を形成するステップであって、前記パッシベーション層は、窒化ケイ素を含む、ステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。

【請求項45】

前記半導体ボディ上にゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトを形成するステップと、
前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクト上に延びるパッシベーション層を形成するステップであって、前記第１及び第２の副層は、前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクトに沿って実質的に均一なそれぞれの厚さで前記パッシベーション層上にコンフォーマルに延びている、ステップと
をさらに含む、請求項３８に記載の方法。

【請求項46】

前記半導体ボディとは反対側の前記多層環境バリアの表面は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素の層を含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項47】

前記第１の酸化物材料は、前記第２の酸化物材料とは異なる、水に関する拡散係数を有する、請求項３６に記載の方法。

【請求項48】

前記第１の副層の厚さと前記第２の副層の厚さとの比は、約２：１以上、約５：１以上、又は約８：１以上である、請求項３６に記載の方法。

【請求項49】

前記半導体ダイは、高電子移動度トランジスタを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項50】

前記半導体ダイは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項51】

半導体ダイであって、
半導体ボディと、
前記半導体ボディ上に積層された複数の副層を含む多層環境バリアと
を備え、
前記副層のそれぞれは、１つ又は複数の方向においてそれぞれの応力を含み、前記副層のうちの少なくとも２つの前記それぞれの応力は異なる、半導体ダイ。

【請求項52】

前記副層のうちの少なくとも２つは、第１の応力を含む第１のストレッサ副層と、前記１つ又は複数の方向において前記第１の応力を少なくとも部分的に補償する第２の応力を含む第２のストレッサ副層とを含む、請求項５１に記載の半導体ダイ。

【請求項53】

前記第１の応力は引張であり、前記第２の応力は圧縮である、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項54】

前記第１及び第２のストレッサ副層は、それぞれ第１及び第２の酸化物材料を含み、前記第１の酸化物材料は前記第２の酸化物材料とは異なる、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項55】

前記第１又は第２のストレッサ副層のうちの少なくとも１つは、金属絶縁材料を含む、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項56】

前記第１又は第２のストレッサ複数のうちの別のものは、金属を含む、請求項５５に記載の半導体ダイ。

【請求項57】

前記金属絶縁材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項５５に記載の半導体ダイ。

【請求項58】

前記第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、非金属絶縁材料を含む、請求項５５に記載の半導体ダイ。

【請求項59】

前記金属絶縁材料は、酸化アルミニウムを含み、前記非金属絶縁材料は、酸化ケイ素を含む、請求項５８に記載の半導体ダイ。

【請求項60】

前記副層は、前記第１及び第２のストレッサ副層を含む反復する層構造を含む、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項61】

前記反復する層構造は、
前記第１及び第２のストレッサ副層が積層されている２層構造、
前記第１のストレッサ副層、前記第２のストレッサ副層、及び第３のストレッサ副層が積層されている３層構造、及び／又は
前記第１のストレッサ副層、前記第２のストレッサ副層、前記第３のストレッサ副層、及び第４のストレッサ副層が積層されている４層構造
を含む、請求項６０に記載の半導体ダイ。

【請求項62】

前記多層環境バリアは、少なくとも２つの前記反復する層構造、少なくとも１０の前記反復する層構造、又は少なくとも２０の前記反復する層構造を含む、請求項６１に記載の半導体ダイ。

【請求項63】

前記第１のストレッサ副層は、前記第２のストレッサ副層と前記半導体ボディとの間にあり、前記第１のストレッサ副層は、前記第２のストレッサ副層の第２の材料よりも高い密度を有する第１の材料を含む、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項64】

前記第１のストレッサ副層の第１の材料又は前記第２のストレッサ副層の第２の材料のうちの少なくとも一方の密度は、窒化ケイ素よりも高い、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項65】

前記第１のストレッサ副層の厚さと前記第２のストレッサ副層の厚さとの比は、約２：１以上、約５：１以上、又は約８：１以上である、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項66】

前記半導体ボディ上のゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトをさらに備え、
前記第１及び第２のストレッサ副層は、実質的に均一なそれぞれの厚さで前記ゲート、前記ソース・コンタクト及び前記ドレイン・コンタクト上に直接コンフォーマルに延びている、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項67】

前記第１及び第２のストレッサ副層は、原子層堆積（ＡＬＤ）層を含む、請求項５２に記載の半導体ダイ。

【請求項68】

前記多層環境バリアは、１つ又は複数の拡散バリア特性を含み、前記多層環境バリアの前記副層の集合的応力は、前記拡散バリア特性のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の窒化ケイ素層のものよりも小さい、請求項５１に記載の半導体ダイ。

【請求項69】

前記多層環境バリアの合計厚さは、約５００オングストローム～約３５００オングストロームである、請求項６８に記載の半導体ダイ。

【請求項70】

半導体ダイであって、
半導体ボディと、
反復する層構造で前記半導体ボディ上に積層させられた２つ以上の副層を含む多層環境バリアと
を備え、
前記多層環境バリアは、２つ以上の拡散バリア特性を含み、前記多層環境バリアの集合的応力は、前記拡散バリア特性のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の窒化ケイ素層のものよりも小さい、半導体ダイ。

【請求項71】

前記副層のそれぞれは、１つ又は複数の方向においてそれぞれの応力を含み、前記副層のうちの少なくとも２つの前記それぞれの応力は異なる、請求項７０に記載の半導体ダイ。

【請求項72】

前記副層のうちの前記少なくとも２つは、第１の応力を含む第１のストレッサ副層と、前記１つ又は複数の方向において前記第１の応力を少なくとも部分的に補償する第２の応力を含む第２のストレッサ副層とを含む、請求項７１に記載の半導体ダイ。

【請求項73】

前記第１の応力は引張であり、前記第２の応力は圧縮である、請求項７２に記載の半導体ダイ。

【請求項74】

前記第１又は第２のストレッサ副層のうちの少なくとも一方は、金属絶縁材料を含む、請求項７２に記載の半導体ダイ。

【請求項75】

前記第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、金属を含む、請求項７４に記載の半導体ダイ。

【請求項76】

前記金属絶縁材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項７４に記載の半導体ダイ。

【請求項77】

前記第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、非金属絶縁材料を含む、請求項７４に記載の半導体ダイ。

【請求項78】

前記拡散バリア特性のうちの前記少なくとも１つは、湿気保護を含み、前記多層環境バリアの合計厚さは、約５００オングストローム～約３５００オングストロームである、請求項７１に記載の半導体ダイ。

【請求項79】

前記多層環境バリアの前記集合的応力は、前記半導体ダイを含むパッケージされた装置の作動温度範囲にわたって前記１つ又は複数の窒化ケイ素層のものよりも小さい、請求項７１に記載の半導体ダイ。

【請求項80】

半導体ダイを製造する方法であって、
半導体ボディを提供するステップと、
前記半導体ボディ上に積層させられた複数の副層を含む多層環境バリアを形成するステップと
を含み、前記多層環境バリアを形成するステップは、
第１の応力を含む第１のストレッサ副層を形成するステップと、
前記第１のストレッサ副層上に第２の応力を含む第２のストレッサ副層を形成するステップであって、前記第２の応力は、１つ又は複数の方向において前記第１の応力を少なくとも部分的に補償する、ステップと
を含む、半導体ダイを製造する方法。

【請求項81】

前記第１の応力は引張であり、前記第２の応力は圧縮である、請求項８０に記載の方法。

【請求項82】

前記多層環境バリアを形成するステップは、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して前記第１及び第２のストレッサ副層を形成するステップを含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項83】

前記多層環境バリアを形成するステップは、
前記第１のストレッサ副層を形成するための第１のＡＬＤプロセスと、反復する層構造において前記第２のストレッサ副層を形成するための第２のＡＬＤプロセスとを交互に実行するステップ
を含む、請求項８２に記載の方法。

【請求項84】

前記反復する層構造は、
前記第１及び第２のストレッサ副層が積層されている２層構造、
前記第１のストレッサ副層、前記第２のストレッサ副層、及び第３のストレッサ副層が積層されている３層構造、及び／又は
前記第１のストレッサ副層、前記第２のストレッサ副層、前記第３のストレッサ副層、及び第４のストレッサ副層が積層された４層構造
を含む、請求項８３に記載の方法。

【請求項85】

前記第１及び第２のストレッサ副層は、それぞれ第１及び第２の酸化物材料を含み、前記第１の酸化物材料は、前記第２の酸化物材料とは異なる、請求項８０に記載の方法。

【請求項86】

前記第１又は第２のストレッサ副層のうちの少なくとも一方は、金属絶縁材料を含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項87】

前記第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、金属を含む、請求項８６に記載の方法。

【請求項88】

前記金属絶縁材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項８６に記載の方法。

【請求項89】

前記第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、非金属絶縁材料を含む、請求項８６に記載の方法。

【請求項90】

前記金属絶縁材料は、酸化アルミニウムを含み、前記非金属絶縁材料は、酸化ケイ素を含む、請求項８９に記載の方法。

【請求項91】

前記第１のストレッサ副層は、前記第２のストレッサ副層の第２の材料よりも高い密度を有する第１の材料を含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項92】

前記多層環境バリアは、１つ又は複数の拡散バリア特性を含み、前記多層環境バリアの前記副層の集合的応力は、前記拡散バリア特性のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の窒化ケイ素層のものよりも小さい、請求項８０に記載の方法。

【請求項93】

前記多層環境バリアの合計厚さは、約５００オングストローム～約３５００オングストロームである、請求項８０に記載の方法。

【請求項94】

前記半導体ダイは、高電子移動度トランジスタを含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項95】

前記半導体ダイは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタを含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項96】

半導体ダイであって、
半導体ボディと、
前記半導体ボディ上の多層環境バリアであって、前記多層環境バリアは、金属絶縁材料の第１の副層及び積層させられた非金属絶縁材料の第２の副層を含む、多層環境バリアと
を含む、半導体ダイ。

【請求項97】

前記金属絶縁材料は、金属酸化物又は金属窒化物を含み、前記非金属絶縁材料は、非金属酸化物又は非金属窒化物を含む、請求項９６に記載の半導体ダイ。

【請求項98】

前記金属絶縁材料は、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はハフニウム（Ｈｆ）のうちの少なくとも１つを含み、前記非金属絶縁材料は、ビスマス（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はテルル（Ｔｅ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項９６に記載の半導体ダイ。

【請求項99】

前記第１の副層は、前記第２の副層と前記半導体ボディとの間にある、請求項９６に記載の半導体ダイ。

【請求項100】

前記第１の副層は、第１の応力を含み、前記第２の副層は、１つ又は複数の方向において前記第１の応力を少なくとも部分的に補償する第２の応力を含む、請求項９６に記載の半導体ダイ。

【請求項101】

前記第１及び第２の副層は、反復する層構造において交互に積層させられている、請求項９６に記載の半導体ダイ。

【請求項102】

前記多層環境バリアは、少なくとも２つの前記反復する層構造、少なくとも１０の前記反復する層構造、又は少なくとも２０の前記反復する層構造を含む、請求項１０１に記載の半導体ダイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、その開示の全体が参照として本明細書に組み込まれる、２０２１年６月１日に出願された米国特許出願第１７／３３５，７９６号の一部継続出願であり且つその優先権を主張する、２０２２年２月３日に出願された米国特許出願第１７／５９１，７０４号の優先権を主張する。

【0002】

本発明は、半導体装置、より具体的には、半導体装置の環境保護及び関連する製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

ケイ素（Ｓｉ）及びヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などの材料は、低電力で、Ｓｉの場合には低周波数の用途のための半導体装置における広い用途を見出している。しかしながら、これらの材料は、例えば、その比較的小さなバンドギャップ（室温においてＳｉの場合は１．１２ｅＶ及びＧａＡｓの場合は１．４２）及び比較的小さな絶縁破壊電圧により、高電力及び／又は高周波数用途にはあまり適していない場合がある。

【0004】

高電力、高温及び／又は高周波数用途及び装置のために、炭化ケイ素（ＳｉＣ）（例えば、室温において４Ｈ－ＳｉＣの場合は約３．２ｅＶのバンドギャップを有する）及びＩＩＩ族窒化物（例えば、室温において窒化ガリウム（ＧａＮ）の場合は約３．３６ｅＶのバンドギャップを有する）など、広バンドギャップ半導体材料が使用されてよい。本明細書において使用される場合、「ＩＩＩ族窒化物」という用語は、窒素（Ｎ）と周期表におけるＩＩＩ族の元素、通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び／又はインジウム（Ｉｎ）との間に形成される半導体化合物を指す。この用語は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮなど、二元、三元及び四元化合物を指す。これらの化合物は、１モルの窒素が合計で１モルのＩＩＩ族元素と組み合わされる実験式を有する。これらの材料は、ＧａＡｓ及びＳｉと比較して、より高い電界絶縁破壊強度及びより高い電子飽和速度を有する場合がある。

【0005】

ＳｉＣ及び／又はＩＩＩ族窒化物から製造された半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ＤＭＯＳ（二重拡散金属酸化物半導体）トランジスタ、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）、ＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）、ＬＤＭＯＳ（横方向拡散金属酸化物半導体）トランジスタなどを含む電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）装置などの電力トランジスタ装置を含んでよい。これらの装置は、一般的に、装置の露出面を保護するために及び／又はその他の理由から、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの酸化物層で不働態化される。しかしながら、半導体ボディと酸化物層との間の境界面は、電子の高い表面移動度を得るために不十分である場合がある。例えば、ＳｉＣとＳｉＯ_２との間の境界面は、従来、境界面状態の高密度を示し、これは、表面電子移動度を減じ且つキャリア・トラップを導入する場合があり、これは、ひいては装置の所望の性能特性を減じる可能性がある。したがって、酸化物層を含むものを含む半導体装置は、例えば、特許文献１に記載されているように、結果的な電子特性を改善するために窒化ケイ素（例えば、非晶質窒化ケイ素、ＳｉＮｘ）の１つ又は複数の層を組み込んでもよい。

【0006】

半導体装置は、高温及び／又は高湿度環境において動作することが必要とされる場合があり、不十分に設計又は処理されたチップは、故障メカニズムを示す可能性があり、これは、予想される装置動作寿命を減じる又は妥協する場合がある。例えば、湿気が半導体装置に到達することが許容されると、腐食が生じる場合があり、これは、半導体装置の性能を低下させ得る。半導体構成要素における湿気保護は、一般的に、ＣＶＤによって堆積させられた単一の層を有する、ＳｉＮなどの最終的なパッシベーション・フィルムを使用して実装される。

【0007】

環境バリアとして、ＳｉＮは、ＳｉＯ_２と比較して装置上により優れた封止を形成する場合があり、水などの汚染物質が装置のエピタキシャル層に到達し、劣化を生じることを減じる又は防止する。例えば、特許文献２に記載されているように、半導体装置のための環境バリアとしてＳｉＮを形成するために、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）が使用されてよい。しかしながら、ＰＥＣＶＤのＳｉＮ層は、ピン・ホール及び柱状構造などの欠陥を生じやすい場合があり、これらの欠陥は、湿気をＳｉＮ層に浸透させ、装置に到達させる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許第６，２４６，０７６号明細書

【特許文献2】米国特許第７，５２５，１２２号明細書

【発明の概要】

【0009】

本発明の幾つかの実施例によれば、半導体ダイは、半導体ボディと、半導体ボディ上の多層環境バリアと、を備える。多層環境バリアは、それぞれ第１及び第２の酸化物材料の第１及び第２の副層を含み、第１の酸化物材料は第２の酸化物材料とは異なる。

【0010】

幾つかの実施例において、第１及び第２の副層は、原子層堆積（ＡＬＤ）層であってよい。

【0011】

幾つかの実施例において、第１又は第２の酸化物材料のうちの少なくとも１つは、窒化ケイ素よりも高い密度を有してよい。

【0012】

幾つかの実施例において、第１又は第２の酸化物材料のうちの少なくとも１つは、絶縁金属酸化物であってよい。

【0013】

幾つかの実施例において、第１及び第２の副層は、反復する層構造に含まれてよく、第１及び第２の酸化物材料は、それぞれ絶縁金属酸化物及び非金属酸化物を含む。

【0014】

幾つかの実施例において、絶縁金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つであってよい。

【0015】

幾つかの実施例において、絶縁金属酸化物は、酸化アルミニウムであってよく、非金属酸化物は、酸化ケイ素を含む。

【0016】

幾つかの実施例において、第１の副層の厚さと第２の副層の厚さとの比は、約２：１以上、約５：１以上、又は約８：１以上であってよい。

【0017】

幾つかの実施例において、パッシベーション層が、半導体ボディと多層環境バリアとの間に設けられてよい。例えば、パッシベーション層は、窒化ケイ素を含んでよい。

【0018】

幾つかの実施例において、パッシベーション層とは反対側の多層環境バリアの表面は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素の層を含んでよい。

【0019】

幾つかの実施例において、第１の酸化物材料は、第２の酸化物材料とは異なる、水に関する拡散係数を有してよい。

【0020】

幾つかの実施例において、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトが半導体ボディ上に設けられてよく、パッシベーション層は、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクト上に延びていてよい。第１及び第２の副層は、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトに沿って実質的に均一なそれぞれの厚さでパッシベーション層上にコンフォーマルに延びていてよい。

【0021】

幾つかの実施例において、第１及び第２の副層は、反復する層構造に含まれてよい。多層環境バリアは、少なくとも２つの反復する層構造、少なくとも１０の反復する層構造、又は少なくとも２０の反復する層構造を含んでよい。

【0022】

幾つかの実施例において、多層環境バリアの合計厚さは、約５００オングストローム～約３０００オングストロームであってよい。

【0023】

幾つかの実施例において、反復する層構造は、第１及び第２の副層が積層されている２層構造、第１の副層、第２の副層、及び第３の副層が積層されている３層構造、及び／又は第１の副層、第２の副層、第３の副層、及び第４の副層が積層されている４層構造であってよい。

【0024】

本発明の幾つかの実施例によれば、半導体ダイは、半導体ボディと、半導体ボディ上の多層環境バリアとを含む。多層環境バリアは、それぞれの絶縁材料の２つ以上の副層を有する反復する層構造を含み、それぞれの絶縁材料のうちの少なくとも１つは、窒化ケイ素よりも高い密度を有する。

【0025】

幾つかの実施例において、２つ以上の副層は、原子層堆積（ＡＬＤ）層であってよい。

【0026】

幾つかの実施例において、それぞれの絶縁材料のうちの少なくとも１つの密度は、それぞれの絶縁材料のうちの少なくとの１つの他のものの密度よりも高くてよい。

【0027】

幾つかの実施例において、それぞれの絶縁材料のうちの少なくとも１つは、金属酸化物であってよく、それぞれの絶縁材料のうちの少なくとも１つの他のものは、非金属酸化物であってよい。

【0028】

幾つかの実施例において、金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムであってよい。

【0029】

幾つかの実施例において、非金属酸化物は、酸化ケイ素であってよい。

【0030】

幾つかの実施例において、パッシベーション層が、半導体ボディと多層環境バリアとの間に設けられてよい。

【0031】

幾つかの実施例において、２つ以上の副層の第１及び第２の副層のそれぞれの厚さの比は、約２：１以上、約５：１以上、又は約８：１以上であってよい。

【0032】

幾つかの実施例において、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトが半導体ボディ上に設けられてよく、パッシベーション層は、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクト上に延びていてよい。２つ以上の副層は、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトに沿って実質的に均一なそれぞれの厚さでパッシベーション層上にコンフォーマルに延びていてよい。

【0033】

幾つかの実施例において、それぞれの絶縁材料のうちの少なくとも２つは、水に関する異なる拡散係数を有してよい。

【0034】

本発明の幾つかの実施例によれば、半導体ダイは、半導体ボディと、半導体ボディ上の多層環境バリアとを含む。多層環境バリアは、第１の絶縁副層及び第２の絶縁副層を有する反復する層構造を含む。第１の絶縁副層の第１の厚さと第２の絶縁副層の第２の厚さとの比は、約２：１以上である。

【0035】

幾つかの実施例において、第１及び第２の絶縁副層は、それぞれ第１及び第２の材料であってよく、第１の材料の密度は、第２の材料の密度よりも高くてよい。

【0036】

幾つかの実施例において、第１の材料又は第２の材料のうちの少なくとも１つの密度は、窒化ケイ素よりも高くてよい。

【0037】

幾つかの実施例において、第１及び第２の絶縁副層は、原子層堆積（ＡＬＤ）層であってよい。

【0038】

幾つかの実施例において、第１の材料は金属であってよく、第２の材料は非金属であってよい。

【0039】

幾つかの実施例において、第１の材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、又は窒化ケイ素であってよい。

【0040】

幾つかの実施例において、第２の材料は酸化ケイ素であってよい。

【0041】

幾つかの実施例において、第１の材料は、第２の材料とは異なる、水に関する拡散係数を有してよい。

【0042】

本発明の幾つかの実施例によれば、半導体ダイを製造する方法は、半導体ボディを提供することと、半導体ボディ上に多層環境バリアを形成することと、を含む。多層環境バリアは、それぞれ第１及び第２の酸化物材料の第１及び第２の副層を含み、第１の酸化物材料は第２の酸化物材料とは異なる。

【0043】

幾つかの実施例において、パッシベーション層上に多層環境バリアを形成することは、原子層堆積（ＡＬＤ）によって第１及び第２の副層を形成することを含んでよい。

【0044】

幾つかの実施例において、多層環境バリアを形成することは、第１の副層を形成するための第１のＡＬＤプロセスと、反復する層構造を規定するように第１の副層上に第２の副層を形成するための第２のＡＬＤプロセスとを交互に実行することを含んでよい。

【0045】

幾つかの実施例において、第１又は第２の酸化物材料のうちの少なくとも１つは、窒化ケイ素よりも高い密度を有してよい。

【0046】

幾つかの実施例において、第１又は第２の酸化物材料のうちの少なくとも１つは、絶縁金属酸化物であってよい。

【0047】

幾つかの実施例において、第１及び第２の酸化物材料のうちの別のものは、非金属酸化物であってよい。

【0048】

幾つかの実施例において、絶縁金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つであってよい。

【0049】

幾つかの実施例において、絶縁金属酸化物は、酸化アルミニウムであってよく、非金属酸化物は、酸化ケイ素であってよい。

【0050】

幾つかの実施例において、パッシベーション層が、多層環境バリアを形成する前に半導体ボディ上に形成されてよい。

【0051】

幾つかの実施例において、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトが、半導体ボディ上に形成されてよい。パッシベーション層が、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクト上に形成されてよい。第１及び第２の副層は、ゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトに沿って実質的に均一なそれぞれの厚さでパッシベーション層上にコンフォーマルに延びていてよい。

【0052】

幾つかの実施例において、半導体ボディとは反対側の多層環境バリアの表面は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素の層を含んでよい。

【0053】

幾つかの実施例において、第１の酸化物材料は、第２の酸化物材料とは異なる、水に関する拡散係数を有してよい。

【0054】

本発明の幾つかの実施例によれば、半導体ダイは、半導体ボディと、半導体ボディ上に積層させられた複数の副層を含む多層環境バリアと、を含む。各副層は、１つ又は複数の方向においてそれぞれの応力を含み、副層のうちの少なくとも２つのそれぞれの応力は異なる。

【0055】

幾つかの実施例において、副層のうちの少なくとも２つは、第１の応力を含む第１のストレッサ副層と、１つ又は複数の方向において第１の応力を少なくとも部分的に補償する第２の応力を含む第２のストレッサ副層とを含んでよい。

【0056】

幾つかの実施例において、第１の応力は引張であってよく、第２の応力は圧縮であってよい。

【0057】

幾つかの実施例において、第１及び第２のストレッサ副層は、それぞれ第１及び第２の酸化物材料を含んでよい。第１の酸化物材料は、第２の酸化物材料とは異なってよい。

【0058】

幾つかの実施例において、第１又は第２のストレッサ副層のうちの少なくとも一方は、金属絶縁材料を含んでよい。

【0059】

幾つかの実施例において、第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、金属を含んでよい。

【0060】

幾つかの実施例において、金属絶縁材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つを含んでよい。

【0061】

幾つかの実施例において、第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、非金属絶縁材料を含んでよい。

【0062】

幾つかの実施例において、金属絶縁材料は、酸化アルミニウムを含んでよく、非金属絶縁材料は、酸化ケイ素を含んでよい。

【0063】

幾つかの実施例において、副層は、第１及び第２のストレッサ副層を含む反復する層構造を含む。

【0064】

幾つかの実施例において、反復する層構造は、第１及び第２のストレッサ副層が積層された２層構造、第１のストレッサ副層、第２のストレッサ副層、及び第３のストレッサ副層が積層された３層構造、及び／又は第１のストレッサ副層、第２のストレッサ副層、第３のストレッサ副層、及び第４のストレッサ副層が積層された４層構造を含んでよい。

【0065】

幾つかの実施例において、多層環境バリアは、少なくとも２つの反復する層構造、少なくとも１０の反復する層構造、又は少なくとも２０の反復する層構造を含んでよい。

【0066】

幾つかの実施例において、第１のストレッサ副層は、第２のストレッサ副層と半導体ボディとの間にあってよい。第１のストレッサ副層は、第２のストレッサ副層の第２の材料よりも高い密度を有する第１の材料を含んでよい。

【0067】

幾つかの実施例において、第１のストレッサ副層の第１の材料又は第２のストレッサ副層の第２の材料のうちの少なくとも一方の密度は、窒化ケイ素よりも高くてよい。

【0068】

幾つかの実施例において、第１のストレッサ副層の厚さと第２のストレッサ副層の厚さとの比は、約２：１以上、約５：１以上、又は約８：１以上であってよい。

【0069】

幾つかの実施例において、半導体ダイは、半導体ボディ上にゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトをさらに含んでよい。第１及び第２のストレッサ副層は、実質的に均一なそれぞれの厚さでゲート、ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクト上に直接コンフォーマルに延びていてよい。

【0070】

幾つかの実施例において、第１及び第２のストレッサ副層は、原子層堆積（ＡＬＤ）層を含んでよい。

【0071】

幾つかの実施例において、多層環境バリアは、１つ又は複数の拡散バリア特性を含んでよく、多層環境バリアの副層の集合的応力は、拡散バリア特性のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の窒化ケイ素層のものよりも小さくてよい。

【0072】

本発明の幾つかの実施例によれば、半導体ダイは、半導体ボディと、反復する層構造で半導体ボディ上に積層させられた２つ以上の副層を含む多層環境バリアと、を含む。多層環境バリアは、２つ以上の拡散バリア特性を含む。多層環境バリアの集合的応力は、拡散バリア特性のうちの少なくとも１つを含む１つ又は複数の窒化ケイ素層のものよりも小さい。

【0073】

幾つかの実施例において、各副層は、１つ又は複数の方向においてそれぞれの応力を含んでよく、副層のうちの少なくとも２つのそれぞれの応力は、異なってよい。

【0074】

幾つかの実施例において、拡散バリア特性のうちの少なくとも１つは、湿気保護を含んでよく、多層環境バリアの合計厚さは、約５００オングストローム～約３５００オングストロームであってよい。

【0075】

幾つかの実施例において、多層環境バリアの集合的応力は、半導体ダイを含むパッケージされた装置の作動温度範囲にわたって１つ又は複数の窒化ケイ素層のものよりも小さくてよい。

【0076】

本発明の幾つかの実施例によれば、半導体ダイを製造する方法は、半導体ボディを提供することと、半導体ボディ上に積層させられた複数の副層を含む多層環境バリアを形成することと、を含む。多層環境バリアを形成することは、第１の応力を含む第１のストレッサ副層を形成することと、第１のストレッサ副層上に第２の応力を含む第２のストレッサ副層を形成することと、を含み、第２の応力は、１つ又は複数の方向において第１の応力を少なくとも部分的に補償する。

【0077】

幾つかの実施例において、第１の応力は引張であってよく、第２の応力は圧縮であってよい。

【0078】

幾つかの実施例において、多層環境バリアを形成することは、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して第１及び第２のストレッサ副層を形成することを含んでよい。

【0079】

幾つかの実施例において、多層環境バリアを形成することは、第１のストレッサ副層を形成するための第１のＡＬＤプロセスと、反復する層構造で第２のストレッサ副層を形成するための第２のＡＬＤプロセスとを交互に実行することを含んでよい。

【0080】

幾つかの実施例において、第１及び第２のストレッサ副層は、それぞれ第１及び第２の酸化物材料を含んでよく、第１の酸化物材料は、第２の酸化物材料とは異なる。

【0081】

幾つかの実施例において、第１又は第２のストレッサ副層のうちの少なくとも１つは、金属絶縁材料を含んでよい。金属絶縁材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化ハフニウムのうちの少なくとも１つを含んでよい。

【0082】

幾つかの実施例において、第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、金属を含んでよい。

【0083】

幾つかの実施例において、第１又は第２のストレッサ副層のうちの別のものは、非金属絶縁材料を含んでよい。

【0084】

幾つかの実施例において、金属絶縁材料は、酸化アルミニウムを含んでよく、非金属絶縁材料は、酸化ケイ素を含んでよい。

【0085】

幾つかの実施例において、第１のストレッサ副層は、第２のストレッサ副層の第２の材料よりも大きな密度を有する第１の材料を含んでよい。

【0086】

【0087】

幾つかの実施例において、多層環境バリアの合計厚さは、約５００オングストローム～約３５００オングストロームであってよい。

【0088】

本発明の幾つかの実施例によれば、半導体ダイは、半導体ボディと、半導体ボディ上の多層環境バリアと、を含む。多層環境バリアは、互いに積層させられた金属絶縁材料の第１の副層及び非金属絶縁材料の第２の副層を含む。

【0089】

幾つかの実施例において、金属絶縁材料は、金属酸化物又は金属窒化物であってよく、非金属絶縁材料は、非金属酸化物又は非金属窒化物であってよい。

【0090】

幾つかの実施例において、金属絶縁材料は、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はハフニウム（Ｈｆ）のうちの少なくとも１つを含んでよく、非金属絶縁材料は、ビスマス（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はテルル（Ｔｅ）のうちの少なくとも１つを含んでよい。

【0091】

幾つかの実施例において、第１の副層は、第２の副層と半導体ボディとの間にあってよい。

【0092】

幾つかの実施例において、第１の副層は、第１の応力を含んでよく、第２の副層は、１つ又は複数の方向において第１の応力を少なくとも部分的に補償する第２の応力を含んでよい。

【0093】

幾つかの実施例において、第１及び第２の副層は、反復する層構造において交互に積層させられてよい。例えば、多層環境バリアは、少なくとも２つの反復する層構造、少なくとも１０の反復する層構造、又は少なくとも２０の反復する層構造を含む。

【0094】

幾つかの実施例において、半導体ダイは、高電子移動度トランジスタを含んでよい。

【0095】

幾つかの実施例において、半導体ダイは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタを含んでよい。

【0096】

幾つかの実施例によるその他のデバイス、装置及び／又は方法が、以下の図面及び詳細な説明を検討することにより当業者に明らかになるであろう。全てのこのような追加的な実施例は、上記実施例のあらゆる及び全ての組合せに加えて、本記載内に含まれ、発明の範囲内にあり、添付の請求項によって保護されることが意図されている。

【図面の簡単な説明】

【0097】

【図1】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含む半導体装置の概略的な断面図である。

【図2】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含むトランジスタ装置の概略的な断面図である。

【図3】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含むトランジスタ装置の概略的な断面図である。

【図4】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含むトランジスタ装置の概略的な断面図である。

【図5A】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアの副層をより詳細に示すトランジスタ装置の拡大図である。

【図5B】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアの副層をより詳細に示すトランジスタ装置の拡大図である。

【図5C】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアの副層をより詳細に示すトランジスタ装置の拡大図である。

【図5D】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアの副層をより詳細に示すトランジスタ装置の拡大図である。

【図5E】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアの副層を示すトランジスタ装置の拡大図である。

【図6A】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含むトランジスタ装置の断面図を示すＳＴＥＭ画像である。特に、図６Ａは、ＨＥＭＴ装置の断面図である。

【図6B】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含むトランジスタ装置の断面図を示すＳＴＥＭ画像である。図６Ｂは、図６Ａに示されたパッシベーション層及び多層環境バリアの拡大図である。

【図6C】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含むトランジスタ装置の断面図を示すＳＴＥＭ画像である。図６Ｃは、図６Ｂに示された多層環境バリアの拡大図である。

【図7A】本発明の幾つかの実施例によるトランジスタ装置上に多層環境バリアを製造する方法における中間製造ステップを示す断面図である。

【図7B】本発明の幾つかの実施例によるトランジスタ装置上に多層環境バリアを製造する方法における中間製造ステップを示す断面図である。

【図7C】本発明の幾つかの実施例によるトランジスタ装置上に多層環境バリアを製造する方法における中間製造ステップを示す断面図である。

【図7D】本発明の幾つかの実施例によるトランジスタ装置上に多層環境バリアを製造する方法における中間製造ステップを示す断面図である。

【図8A】パッケージされたトランジスタ増幅器を提供するために本発明の実施例によるトランジスタ装置を含む複数の例示的なパッケージを示す概略的な断面図である。

【図8B】パッケージされたトランジスタ増幅器を提供するために本発明の実施例によるトランジスタ装置を含む複数の例示的なパッケージを示す概略的な断面図である。

【図8C】パッケージされたトランジスタ増幅器を提供するために本発明の実施例によるトランジスタ装置を含む複数の例示的なパッケージを示す概略的な断面図である。

【図9】その半導体層構造の表面上のメタライゼーションを示す本発明の実施例によるＩＩＩ族窒化物ベーストランジスタダイの概略的な平面図である。

【図10】本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアの副層のそれぞれの応力を示すトランジスタ装置の拡大図である。

【図11】比較例に対する本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアにおける応力対温度を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0098】

幾つかの半導体装置のためのパッケージは、幾つかの用途において環境保護のためのハーメチックシールを提供しない場合がある。環境は、オペレーティング環境（即ち、ユーザアプリケーションにおいてバイアス下で作動するとき）又は製造環境（即ち、集積、パッケージ技術など、異なるイオン性汚染物質プロフィルを含む得る処理条件下）を含む場合がある。したがって、カプセル化構造又は環境バリアが、湿度及び／又は環境のその他の条件からの保護として半導体装置上に提供される場合がある（ダイレベル環境バリアとも呼ばれる）。本明細書において使用される場合、「ダイ」又はチップは、半導体材料の小さなブロック又はボディ若しくはその上に電子回路素子が製造されるその他の基板を指してよい。ダイは、幾つかの実装において並列又は直列に電気的に接続されてよい多数の個々の「ユニットセル」トランジスタ構造を含んでよい。本明細書に記載される半導体ダイは、半導体ボディ並びにその上に形成される金属及び／又は絶縁層を含んでよい。

【0099】

ダイレベル環境バリアの１つの実装は、一般的に化学蒸着（ＣＶＤ）によって堆積させられる単一の層である最上位又は最終的なパッシベーション・フィルムであってよい。最終的なパッシベーション・フィルムのための材料選択は、所望の拡散バリア特性によって決定される場合があり、その機能は、湿った環境に存在する様々な汚染物質種が半導体ダイのアクティブ領域に達することを防止することである。例えば、水蒸気に加えて、高湿度環境は、様々な原子、分子及びイオンの汚染物質種の微量元素も含む場合がある。様々なイオン種の例は、これらに限定されないが、ハロゲン（例えば、Ｃｌ－、Ｆ－、Ｂｒ－等）、分子イオン（例えば、ＯＨ－、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＰＯ_４－、ＳＯ_４－等）、カチオン（例えば、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ａｕ＋、Ｔｉ＋等）及び弱有機酸（例えば、炭酸塩、酢酸塩等）を含んでよい。このようなイオン種は、バイアス下の電気装置のための劣化の原因であり得る。なぜならば、電界は、湿気保護層を通じたイオン移動又は拡散を加速させる可能性があるからである。例えば、ＰＥＣＶＤＳｉＮ層は、水分子に関して拡散バリア特性を提供し得るが、欠陥（ピン・ホール及び／又は柱状構造など）により湿気進入を受けやすいことに加え、汚染物質ハロゲン（例えば、Ｆ－及びＣｌ－）の存在において酸化、エッチング及び／又は腐食を受けやすい。このような汚染物質の存在は、頻繁に起こり得ることであり、複数の発生源から提供され得る。

【0100】

本発明の幾つかの実施例は、広範囲の様々な可能な汚染物質種を考慮すると、保護フィルム材料の選択は非理想的なトレードオフを表し得るという認識から生じ得る。したがって、本発明の実施例は、本明細書において多層環境バリア・フィルム若しくはスタック若しくは構造、又は単に多層環境バリアとも呼ばれる、異なる特性を有する様々な絶縁材料（誘電性材料など）の複数の積層された副層を含む保護フィルムを提供する。多層環境バリアは、半導体ダイを水分子のみならず、環境中に存在し得る様々なイオン種から保護するために、異なる拡散バリア特性を有するそれぞれの絶縁副層を含んでよい。即ち、（例えば、水分子に関して）異なる拡散係数を有する様々な絶縁材料の副層を積層することは、環境中の水分子に加え、様々なイオン性微量原子の移動を標的とする湿度バリアを提供することができる。本明細書に記載された層又は副層は厚さが均一又は変化していてよく、及び／又は連続的又は不連続であってよいことが理解されるであろう。

【0101】

本明細書において論じられているように、多層環境バリアは、低欠陥で、非常にコンフォーマルな材料スタックである。特に、多層環境バリアは、異なる汚染物質種を標的とし且つ半導体装置のためのより頑強な湿度拡散バリアを提供するために（例えば、幾つかの実施例において交互の又は反復する層構造として）様々な材料及び／又は厚さの２つ以上の副層を含んでよい。本明細書に記載された幾つかの実施例は、欠陥形成を低減し得る及び／又はハロゲンの効果を減速させ得る、ＳｉＮと置換する又はＳｉＮ副層と組み合わせて（例えば、ＳｉＮ副層と交互に）異なる絶縁材料の追加的な副層を含む多層環境バリアを提供してよく、これにより、スタックの拡散バリア特性を改善する。幾つかの実施例において、副層のうちの少なくとも１つは、湿気及び／又はその他の汚染物質の進入を妨げ得る、ＳｉＮよりも高い密度を有する材料を含んでよい。より一般的に、本明細書に記載される副層及び／又は副層の間に規定される追加的な境界面のための異なる特性の選択は、欠陥又は汚染物質の伝播に対する増大したバリアを提供し得る。

【0102】

図１は、本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含む半導体装置又はダイ１００の概略的な断面図である。図１に示したように、多層環境バリア・フィルム又はスタック１６０は、湿気及び／又は環境のその他の条件から半導体ボディ１９０を保護するために半導体ボディ１９０上に提供されている。半導体ボディ１９０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板などの基板（後続の図面に１２２として示されている）に提供されてよい。半導体ボディ１９０は、幾つかの実施例において、ＳｉＣベース及び／又はＩＩＩ族窒化物ベース材料であってよい。半導体ボディ１９０の一部は、トランジスタ装置のチャネル領域を規定してよい。このようなトランジスタ装置の金属層及び／又はその他の構造は、図１には示されていない。

【0103】

幾つかの実施例において、選択的な（破線によって示されている）パッシベーション層又は層構造１５０が、半導体ボディ１９０の表面上に設けられてよく、多層環境バリア１６０は、半導体ボディ１９０とは反対側でパッシベーション層上に設けられてよい。パッシベーション構造１５０は、半導体ボディ１９０の１つ又は複数の層の寄生容量を減じ、電荷トラップを減じ、及び／又はさもなければ電子特性を高めるように構成されてよい。存在するとき、パッシベーション構造１５０は、例えば、ＣＶＤによって堆積されたＳｉＮの１つ又は複数の層を含んでよい。より一般的に、パッシベーション構造１５０は、原子層堆積（ＡＬＤ）以外の堆積方法を使用する多層堆積であってよい。

【0104】

多層環境バリア１６０は、積層構造において形成された異なる特性を有するそれぞれの絶縁材料の２つ以上の副層１６０ａ～１６０ｄを含む。幾つかの実施例において、副層１６０ａ～１６０ｄは、周期的な又はその他の反復する層構造において交互に積層されてよい。例えば、多層スタック１６０は、２層スタック（各周期に２つの副層１６０ａ、１６０ｂ、例えば、ＡｌＯｘ－ＳｉＯｘを含む）、３層スタック（各周期に３つの副層１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、例えば、ＡｌＯｘ－ＳｉＯｘ－ＨｆＯｘを含む）又は４層スタック（各周期に４つの副層１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ、例えば、ＡｌＯｘ－ＳｉＯｘ－ＨｆＯｘ－ＺｒＯｘを含む）を含んでよい。より一般的に、本明細書に記載された多層環境バリア１６０は、反復する各構造又は周期における副層１６０ａ～１６０ｄの数に関して限定されない。同様に、本明細書に記載された多層環境バリア１６０は、スタックにおける反復する構造又は周期の数に関して限定されない。多層スタック１６０は、異なる反復する層構造の組合せ、例えば、幾つかの例において１つ又は複数の介在層を有する、２層スタック上の４層スタックの反復する構造を含んでもよい。反復する層構造は、周期的又は非周期的であってよい。幾つかの実施例において、多層環境バリア１６０は、少なくとも２つの反復する層構造若しくは周期、少なくとも１０の反復する層構造若しくは周期、又は少なくとも２０の反復する層構造若しくは周期を含んでよい。反復する各層構造は、約５ナノメートル（ｎｍ）（約５０オングストローム（Å））よりも大きい厚さ、例えば、約１０ｎｍ（１００Å）を有してよい。したがって、多層環境バリア１６０は、約５００Å～約８０００Å、例えば、約１０００Åよりも大きい、約１５００Åよりも大きい、又は約２０００Å以上の合計厚さを有してよい。

【0105】

周期的な又は反復する各層構造の中の副層１６０ａ～１６０ｄのうちの２つ以上の異なる特性は、それぞれの拡散バリア特性を提供してよい。それぞれの拡散バリア特性は、各副層１６０ａ～１６０ｄの材料組成及び／又は厚さによって規定されてよい。例えば、比較的より密度の高い材料の絶縁副層（例えば、酸化アルミニウム又はその他の絶縁金属酸化物又は窒化物など、窒化ケイ素よりも高い密度を有する）及び／又は比較的より大きな厚さの絶縁副層は、環境中に存在し得る水／湿気及び／又は様々なイオン種の進入に対するより優れた保護を提供し得る。その他の材料の絶縁副層（例えば、酸化ケイ素などの、半導体酸化物又は窒化物）は、エッチャント及び／又はその他の後続の製造条件に対するより優れた保護を提供し得る。本明細書において使用される場合、「非金属」絶縁材料又は層とは、金属を含まないが、ビスマス（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）などの（但しこれらに限定されない）、メタロイド又は半金属を含んでよい絶縁材料又は層を指してよい。非金属絶縁材料又は層の例は、メタロイド酸化物（例えば、ＢＯｘ、ＳｉＯｘ、ＧｅＯｘ、ＡｓＯｘ、ＳｂＯｘ、ＴｅＯｘ）及びメタロイド窒化物（例えば、ＳｉＮ）を含んでよいが、これらに限定されない。

【0106】

スタック１６０の最上位の副層１６０ｄ（又は最上位の副層１６０ｄ上の追加的なキャッピング層１７０）は、下にある層をその後の化学的処理条件（例えば、基本的なエッチング化学作用）から保護する非金属絶縁材料又は層（例えば、酸化ケイ素又は窒化ケイ素などの半金属絶縁材料）であってよい。加えて、異なる特性を有する副層１６０ａ～１６０ｄの多層スタックの間のそれぞれの境界面は、１つの副層の欠陥及び／又は汚染物質がスタック１６０における次の副層へ伝播することを防止するバリアを提供することができる。したがって、それぞれがそれぞれの汚染物質又は環境的条件に基づいて構成されている（例えば、反復する層構造における）様々な材料及び／又は厚さの複数の副層１６０ａ～１６０ｄを積層することは、複数の汚染物質種に対する保護を提供し得る。

【0107】

即ち、異なる拡散バリア特性を有する副層１６０ａ～１６０ｄの組合せを含む多層環境バリア１６０は、いずれか１つの副層よりも広い範囲の汚染物質種の進入に対して保護するように調整されることができる。このような汚染物質種は、ハロゲン（Ｃｌ－、Ｆ－、Ｂｒ－）、分子イオン（ＯＨ－、ＮＯ２－、ＮＯ３－、ＰＯ４－、ＳＯ４－等）、カチオン（Ｎａ＋、Ｋ＋、Ａｕ＋、Ｔｉ＋等）及び弱有機酸（炭酸塩、酢酸塩等）を含んでよいが、これらに限定されない。例えば、副層１６０ａは、水に関して低い拡散係数を提供する材料組成及び／又は厚さを含んでよく、副層１６０ｂは、ハロゲンベースのイオン種に関して低い拡散係数を提供する材料組成及び／又は厚さを含んでよく、副層１６０ｃは、非ハロゲンベースのイオン種に関して低い拡散係数を提供する材料組成及び／又は厚さを含んでよく、副層１６０ｄは、基本的な化学化合物に対する保護を提供する材料組成及び／又は厚さを含んでよい。幾つかの実施例において、異なる副層１６０ａ～１６０ｄは、同じプロセス・チャンバにおいて又はさもなければプロセス・チャンバにおける真空を破壊することなく多層スタック構造１６０全体の製造を可能にし得る、ＡＬＤなどの同じ堆積技術を使用して堆積させられてよい。

【0108】

それぞれの副層１６０ａ～１６０ｄの異なる材料組成、厚さ及び／又はその他の特性の組合せは、異なる用途若しくは環境のために変更若しくはさもなければカスタマイズされてよい、及び／又は複数の用途又は環境における使用のために特性の組合せを提供してよい。例えば、本明細書に記載されているような多層環境バリア構造１６０は、図８Ａ～図８Ｃに示された例示的なパッケージ・タイプなどの特定のパッケージ・タイプに特定であり得る環境的条件又は汚染物質に応じて変化するそれぞれの組成を有する副層１６０ａ～１６０ｄを含んでよい。本明細書に示されたパッケージ・タイプは、限定ではなく例として提供されていることが理解されるであろう。特定の汚染物質に関連し得る追加的な例示的なパッケージ・タイプは、スルーホール・ベース、表面実装ベース、チップ・キャリア、ピン・グリッド・アレイ、フラット、スモール・アウトライン集積回路（ＳＯＩＣ）、チップ・スケール、ボール・グリッド・アレイ、トランジスタ／ダイオード／スモール・ピン・カウントＩＣ、及び／又はセラミック又はプラスチック・パッケージを含むマルチ・チップ・パッケージを含むが、これらに限定されない。別の例として、本明細書に記載されているような多層環境バリア構造１６０は、複数の異なる環境又は用途において普遍的に適用されてよい副層１６０ａ～１６０ｄの組合せを含む多層環境バリア１６０を提供するために、それぞれがそれぞれの条件又は汚染物質に対して拡散バリアを提供するように構成された副層１６０ａ～１６０ｄを含んでよい。

【0109】

図２、図３及び図４は、本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアを含むトランジスタ装置の概略的な断面図である。図２、図３及び図４に示したように、トランジスタ装置２００、３００及び４００は、例えば、炭化ケイ素基板などの基板１２２上に形成されている。示された装置２００、３００及び４００は、半導体ダイのユニット・セル・トランジスタ構造を表し、半導体ダイにおいて、数百又は数千のユニット・セル・トランジスタ構造が半導体基板１２２上に形成され、電気的に接続（例えば、並列に）されてよい。基板１２２は、半絶縁性ＳｉＣ基板であってよい。しかしながら、本発明の実施例は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、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）、ケイ素（Ｓｉ）、ＧａＡｓ、ＬＡＯ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＯＡＯ、リン化インジウム（ＩｎＰ）等のあらゆる適切な基板を利用してよい。基板１２２は、ＳｉＣウェハであってよく、装置２００、３００、４００は、少なくとも部分的に、ウェハ・レベル処理を介して形成されてよく、次いで、ウェハは、複数のユニット・セル・トランジスタ構造を含むダイを提供するためにダイシング又はさもなければ単一化されてよい。

【0110】

半導体ボディ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よい。半導体ボディ１９０の層は、例えば、１つ又は複数のＩＩＩ族窒化物ベース層などの１つ又は複数の広バンドギャップ材料を含んでよい。例えば、半導体ボディ１９０は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮの１つ又は複数の層から形成されてよい。しかしながら、その他のＩＩＩ族窒化物材料が使用されてよい。別の例として、基板１２２及び半導体ボディ１９０の両方がＳｉＣから形成されてよい。

【0111】

ソース領域２１５及びドレイン領域２０５は、例えば、所望のドーピング濃度を達成するために半導体ボディ１９０の表面に適切なイオンを埋め込むことによって、半導体ボディ１９０に形成されている。ソース・コンタクト１１５は、ソース領域２１５上の半導体ボディ１９０の表面における１つ又は複数の金属層によって形成されている。同様に、ドレイン・コンタクト１０５は、ドレイン領域２０５上の半導体ボディ１９０の表面における１つ又は複数の金属層によって形成されている。ソース及びドレイン・コンタクト１１５及び１０５は、それぞれ、ソース及びドレイン領域２１５及び２０５への低抵抗オーミック・コンタクトを提供してよい。ゲート１１０は、ソース領域２１５とドレイン領域２０５との間において半導体ボディ１９０の表面上に１つ又は複数の金属層によって形成されている。

【0112】

図２は、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）装置２００を示しており、この場合、ソース及びドレイン領域２１５及び２０５の間の半導体ボディ１９０の領域は、ＭＥＳＦＥＴ２００の導電チャネル又はチャネル領域を提供している。図３は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）装置３００を示しており、この場合、ソース及びドレイン領域２１５及び２０５の間の半導体ボディ１９０の領域は、ＭＯＳＦＥＴ３００のチャネル領域を提供しており、ゲート１１０は、ゲート酸化物層１０９によってチャネル領域から分離されている。図４は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）装置４００を示しており、この場合、半導体ボディ１９０は、基板１２２上の低バンドギャップチャネル層１２４と、基板１２２とは反対側のチャネル層１２４上の高バンドギャップバリア層１２６とを含む。２ＤＥＧ伝導チャネル４０は、チャネル層１２４とバリア層１２６との間のヘテロ境界面に沿ってソース及びドレイン領域２１５及び２０５の間の半導体ボディ１９０の領域に誘導されることができる。幾つかの実施例において、基板１２２はＳｉＣを含み、チャネル層１２４はＧａＮを含み、バリア層１２６はＡｌＧａＮを含む。金属フィールド・プレート１２８が設けられてもよく、幾つかの実施例において、ゲート１１０に電気的に接続されてよい（ピーク電界を減じてよく、これにより、絶縁破壊電圧を増大し、高電界電荷トラップ効果を減じる）又はソース・コンタクト１１５に電気的に接続されてよい（ゲート・ドレイン間容量（Ｃ_ｇｄ）を減じ、ゲインを高め、及び／又は装置４００の線形性を改善してよい）。

【0113】

１つ又は複数の絶縁体層（例えば、１つ又は複数のパッシベーション層）１５０は、半導体ボディ１９０の表面上に形成されている。パッシベーション層１５０は、表面又は半導体ボディ１９０との境界面に沿って表面状態を不働態化し及び／又はさもなければ電気特性を改善してよい。パッシベーション層１５０は、ＳｉＮを含んでよく、幾つかの実施例においてＣＶＤプロセス（ＰＥＣＶＤなど）又はその他の非ＡＬＤプロセスによって堆積させられてよい。主に本明細書においてＳｉＮパッシベーション層１５０に関して論じられているが、パッシベーション層１５０はＳｉＮに限定されないことが理解されよう。

【0114】

トランジスタ装置２００、３００及び４００はそれぞれ、多層環境バリア１６０を含む。図１の非金属酸化物ベース又は窒化物ベースのキャッピング層１７０などの選択的なキャッピング層は、図解を容易にするために示されていない。図２、図３及び図４の実例は、多層環境バリア１６０があらゆる特定のトランジスタ構造との使用に限定されるのではなく、むしろ、あらゆる適切な半導体装置のための環境バリアとして利用することができることを示すことが意図されている。このように、装置２００、３００及び４００の動作に関するさらなる詳細は、本明細書において詳細に記載されない。

【0115】

多層環境バリア１６０は、異なる特性（異なる材料組成及び／又は厚さなど）を有する複数の絶縁副層（誘電副層など）を含む。図２、図３及び図４に示したように、多層環境バリア層１６０は、トランジスタ装置２００、３００及び４００の様々な要素をコンフォーマルにカバーしている。幾つかの実施例において、多層環境バリア１６０の複数の副層は、同じプロセス・ツール・チャンバを使用して、又はさもなければプロセス・チャンバにおける真空を破壊することなく堆積させられる異なる材料の酸化物層であってよい。例えば、多層環境バリア１６０のそれぞれの副層は、ＡＬＤを使用して堆積させられてよく、ＡＬＤは、同じプロセス・チャンバにおける高度のコンフォーマリティ及び厚さ均一性を有する副層を含む構造１６０の体積を可能にしてよい。

【0116】

本明細書に記載されているように異なる材料組成及び／又は厚さの複数の副層を使用することは、交互に位置する酸化物及び窒化物副層を含むもののような、幾つかの従来の環境バリアと比較して、実質的に改良された環境バリア特性を提供してよい。いかなる特定の理論にも縛られることなく、このようなＳｉＮ副層は、Ｆ－及びＣｌ－などの汚染物質ハロゲンの存在において酸化、エッチング及び／又は腐食を受けやすい場合があることが認識されている。加えて、ＡＬＤベースの層は、改善されたコンフォーマリティを提供し得ることが認識されており、これは、湿気保護のために有利及び／又は重要であり得る。しかしながら、ＳｉＮは、一般的に、ＣＶＤによって堆積させられ、これは、欠陥（例えば、ピン・ホール、柱状構造）を生じる場合がある。また、同じものにおける従来の交互に位置する酸化物及び窒化物副層の堆積は、クロス・コンタミネーション問題により、問題があるものとなり得る。より厚い及び／又はより密度の高い絶縁フィルム又は副層（絶縁金属酸化物など）が改善された汚染物質進入保護を提供し得ることがさらに認識されている。例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ、及び／又はＺｒＯベース層は、ＳｉＮベース層よりも高い密度を有する場合があり、より優れた湿気保護を提供し得る。このように、幾つかの実施例において、異なる絶縁材料の１つ又は複数の副層は、従来の酸化物又は窒化物副層と交互に積層されてよく（又は置き換えられてよく）、これにより、異なる拡散バリア特性、即ち複数の異なる汚染物質又は異なる汚染物質の組合せに関する酸化、エッチング及び／又は腐食に対する改善された抵抗を有する多層環境バリアを提供する。

【0117】

複数材料環境バリアスタックは、異なる汚染物質組成を有する湿った環境に対処するために、例えば、水以外の（又は水に加えて）元素又は化学物質に対するバリアを提供するためにカスタマイズされることができる。幾つかの実施例において、副層のうちの少なくとも１つは、多層環境バリアの少なくとも１つの他の副層の材料とは密度及び／又は厚さが異なってよい。例えば、副層のうちの少なくとも１つのそれぞれの絶縁材料は、ＳｉＮよりも大きな密度を有してよい。加えて、所望の化学処理保護を提供するために、非金属絶縁フィルム又は副層がスタックに含まれてよい。したがって、本明細書に記載されているように（例えば、反復する又は周期的な層構造において）異なる材料組成及び／又は異なる厚さの積層された副層の組合せは、その後の製造プロセスに対する保護を同時に提供しながら、汚染物質進入及び／又は損傷に対するより優れた保護を提供することができる。

【0118】

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ及び図５Ｅは、本発明の幾つかの実施例による多層環境バリアにおける副層の様々な組合せをより詳細に示すトランジスタ装置の拡大図である。選択的なパッシベーション層又は層構造１５０上に交互に積層させられた第１及び第２の副層を含む２層周期構造１６０’、１６０’’、１６０’’’、１６０^（４）、１６０^（５）に関して図５Ａ～図５Ｅに示されているが、これらの構造１６０’、１６０’’、１６０’’’、１６０^（４）、１６０^（５）は例として示されているだけであり、本明細書に記載されている多層環境バリア１６０’、１６０’’、１６０’’’、１６０^（４）、１６０^（５）、１６０^（６）（集合的に１６０）は、異なる特性を有する３つ以上の副層を含んでよく（例えば、３層構造、４層構造を規定する）、及び／又は非反復層構造若しくは周期的又は非周期的な反復層構造で積層させられてよいことが理解されるであろう。

【0119】

図５Ａの実例において、多層環境バリア１６０’は、各周期が第１の副層１６０ａ’及び第２の副層１６０ｂ’を含む、周期的な反復する層構造を規定するように交互に積層させられたそれぞれの絶縁材料の副層１６０ａ’、１６０ｂ’のスタックを含む。第１及び第２の副層１６０ａ’、１６０ｂ’のそれぞれの絶縁材料のうちの１つは、他のものよりも比較的高い密度を有してよい。副層１６０ａ’、１６０ｂ’のうちの１つ又は複数は、ＳｉＮのものよりも大きな密度を有してよい。副層１６０ａ’、１６０ｂ’のうちの別のものは、ＳｉＮと等しいか又はそれよりも小さい密度を有してよい。図５Ａにおいて、第１の副層１６０ａ’は、比較的高い密度の絶縁材料を含み、第２の絶縁副層１６０ｂ’は、比較的低い密度の材料を含む。例えば、第１の絶縁副層１６０ａ’は、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）などの金属絶縁材料、若しくはその他の金属リッチ絶縁材料を含んでよい。即ち、金属絶縁材料又は層の実例は、金属酸化物（例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ、ＺｒＯ）又は金属窒化物を含んでよいが、これらに限定されない。第２の絶縁副層１６０ｂ’は、非金属絶縁材料、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ）又は窒化ケイ素（ＳｉＮ）などの半導体酸化物又は窒化物、若しくはその他の金属欠乏絶縁材料を含んでよい。上記のように、非金属絶縁材料又は層の実例は、メタロイド酸化物（例えば、ＢＯｘ、ＳｉＯｘ、ＧｅＯｘ、ＡｓＯｘ、ＳｂＯｘ、ＴｅＯｘ）及びメタロイド窒化物（例えば、ＳｉＮ）を含んでよいが、これらに限定されない。化合物化学式に関して本明細書に記載されている材料（例えば、ＳｉＯ）は、異なるストイキオメトリ又は構成元素のあらゆる化合物、及び材料の非晶質又は結晶質状態を含んでよい。ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＡｌＯ、ＺｒＯ及びＨｆＯの典型的な密度は、それぞれ２．６５、３．１７、３．９５、５．６８及び９．６８グラム毎立方センチメートル（ｇ／ｃｍ^３）である。即ち、材料密度に関し、ＨｆＯ＞ＺｒＯ＞ＡｌＯ＞ＳｉＮ＞ＳｉＯである。一般的に、より密度の高いフィルムは、より優れた水又はその他の汚染物質進入防止を提供し得る。例えば、ＨｆＯ及びＺｒＯは、ＡｌＯ、ＳｉＮ及びＳｉＯよりも密度が高く、したがって、汚染物質の進入をより良好に妨げ得る。

【0120】

図５Ｂの実例において、多層環境バリア１６０’’は、各周期が第１の酸化物副層１６０ａ’’及び第２の酸化物副層１６０ｂ’’を含む、周期的な反復する層構造を規定するように交互に積層させられたそれぞれの酸化物材料の副層１６０ａ’’、１６０ｂ’’のスタックを含む。第１及び第２の酸化物副層１６０ａ’’、１６０ｂ’’のそれぞれの酸化物材料は、材料組成が互いに異なってよい。例えば、第１の酸化物副層１６０ａ’’はＡｌＯ、ＨｆＯ又はＺｒＯを含んでよいのに対し、第２の酸化物副層１６０ｂ’’はＳｉＯを含んでよい。図５Ｃは、周期的な反復する層構造において交互に積層させられた絶縁金属酸化物材料又は層（例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ又はＺｒＯ）の第１の副層１６０ａ’’’及び絶縁非金属酸化物材料又は層（例えば、ＳｉＯ）の第２の副層１６０ｂ’’’を含む多層環境バリア１６０’’’のより具体的な実例を示す。したがって、交互に積層させられた第１及び第２の副層１６０ａ’’’及び１６０ｂ’’’を含む多層環境バリア１６０’’’は、非金属酸化物副層１６０ｂ’’’の酸化、エッチング及び／又は腐食の受けやすさを軽減し得る。図５Ｄの実例において、多層環境バリア１６０^（４）は、各周期が第１の窒化物副層１６０ａ^（４）及び第２の窒化物副層１６０ｂ^（４）を含む、周期的な反復する層構造を規定するように交互に積層させられたそれぞれの窒化物材料の副層１６０ａ^（４）、１６０ｂ^（４）のスタックを含み、副層１６０ａ^（４）、１６０ｂ^（４）のそれぞれの窒化物材料は、材料組成が互いに異なってよい。図５Ｅは、周期的な反復する層構造で交互に積層させられた絶縁金属酸化物材料（例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ又はＺｒＯ）の第１の副層１６０ａ^（５）及び金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｕ）の第２の副層１６０ｂ^（５）を含む多層環境バリア１６０^（５）の別の実例を示し、金属副層１６０ｂ^（５）は、湿気進入に対するより有効なバリアを提供し得る。

【0121】

図５Ａ～図５Ｅに示したように、多層環境バリア１６０の各周期の副層のうちの少なくとも２つは、互いに異なる厚さを有してよい。例えば、第１の副層１６０ａ’／１６０ａ’’／１６０ａ’’’／１６０ａ^（４）／１６０ａ^（５）／１６０ａ^（６）（集合的に１６０ａ）の厚さＴ１と第２の副層１６０ｂ’／１６０ｂ’’／１６０ｂ’’’／１６０ｂ^（４）／１６０ｂ^（５）／１６０ｂ^（６）（集合的に１６０ｂ）の厚さＴ２との比は、幾つかの実施例において、２：１よりも大きくてよい、５：１よりも大きくてよい、８：１よりも大きくてよい、又は１０：１よりも大きくてよい。副層１６０ａ、１６０ｂの厚さの比は、異なる絶縁材料のそれぞれの密度に依存してよい又は基づいてよい。例えば、示された２層周期的層構造において、第１のより密度の高い材料の副層１６０ａ’が、第２のより密度の低い材料の副層１６０ｂ’の厚さＴ２よりも大きい厚さＴ１を有するように堆積させられてよい。同様に、３層周期的層構造又は４層周期的層構造を含む多層環境バリア１６０は、それぞれ３つの副層又は４つの副層を含んでよく、各周期における副層のうちの少なくとも２つは厚さが異なってよい。

【0122】

図５Ａ～図５Ｅには様々な副層材料組合せに関して示されているが、本発明の実施例による多層環境バリアはこれらの特定の材料に限定されないことが理解されるであろう。例えば、幾つかの実施例において、副層１６０ａ、１６０ｂは、多層環境バリア１６０を規定するために交互に積層させられた有機材料及び無機材料を含んでよい。特に、図５Ｂにおいて、酸化物層１６０ａ’’、１６０ｂ’’のうちの１つは、交互に位置する有機副層／酸化物副層の多層環境バリア１６０’’を規定するように有機材料副層によって置き換えられてもよい。同様に、図５Ｂにおいて、窒化物層１６０ａ^（４）、１６０ｂ^（４）のうちの１つは、交互に位置する有機副層／窒化物副層の多層環境バリア１６０^（４）を規定するように有機材料副層によって置き換えられてよい。

【0123】

より一般的に、図５Ａ～図５Ｅに示された多層環境バリア１６０は、異なる材料組成及び同じ厚さ、同じ材料組成及び異なる厚さ、又は異なる材料組成及び異なる厚さを有する２つ以上の副層１６０ａ、１６０ｂを含んでよい。２つ以上の副層１６０ａ、１６０ｂは、反復する又は反復しない層構造に積層させられてよい。反復する層構造は、周期的（２つ以上の周期を有する）又は非周期的であってよい。

【0124】

図５Ａ～図５Ｃに示された多層環境バリア１６０の特定の実施例において、各周期の第１の副層１６０ａはＡｌＯであってよく、各周期の第２の副層１６０ｂはＳｉＯであってよい。ＳｉＯ副層は、非晶質層（例えば、シリカ）又は結晶質（例えばＳｉＯ_２）であってよい。同様に、ＡｌＯ副層は、非晶質層（例えば、アルミナ）又は結晶質層（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３）であってよい。ＡｌＯは、比較的安定していてよく、幾つかの窒化物材料（例えば、ＳｉＮ）と比較して、広く利用可能な堆積ツールを使用して製造することが比較的容易であり得る。ＡｌＯは、ＳｉＮよりも高い密度を有してもよく、したがって、改善された湿気バリアを提供し得る。ＡｌＯ副層は、例えばＳｉＯ副層よりも数倍厚くてよい。なぜならば、ＡｌＯのための堆積速度及び／又は密度は、ＳｉＯのそれの数倍であり得るからである。例えば、ＳｉＯ副層の厚さＴ２は、幾つかの実施例において、ＡｌＯ副層の厚さＴ１の約４分の１未満又は約５分の１未満であってよい。特定の実施例において、本明細書に記載されているような多層環境バリアにおけるＡｌＯ及びＳｉＯ副層のそれぞれの厚さＴ１及びＴ２は、それぞれ約２～８ｎｍ及び１ｎｍであってよく、これにより、ＡｌＯとＳｉＯとの厚さ比は、例えば、約２：１以上、約５：１以上、又は約８：１以上であってよい。

【0125】

さらに図５Ａ～図５Ｅを参照すると、ＳｉＯ又はＳｉＮなどの非金属絶縁層は、多層環境バリア１６０の最上位の副層１６０ｂとして又は最上位の副層１６０ｂの上に含まれてよい。例えば、ＳｉＯは、基本的な（酸性ではない）化学作用に依存し得るさらなる化学処理において多層環境バリア構造１６０の下にある副層を保護してよい。幾つかの実施例において、非金属絶縁層は、多層環境バリア１６０の最上位の副層１６０ｂによって実装されてよい。その他の実施例において、非金属絶縁層は、多層環境バリア１６０の最上位副層１６０ｂ上に形成された追加的なＳｉＯ又はＳｉＮキャッピング層１７０によって実装されてよい。即ち、パッシベーション層１５０とは反対側の多層環境バリア１６０の表面は、非金属絶縁層であってよいか、その上に非金属絶縁層を有してよい。

【0126】

幾つかの実施例において、多層環境バリア１６０の２つ以上の副層は、ＡＬＤなどのコンフォーマル堆積プロセスによって形成されてよい。ＡＬＤ（副）層又はＡＬＤ材料は、熱ＡＬＤ及びプラズマ支援ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）プロセスを含むがこれらに限定されないＡＬＤによって形成される層又は材料を指してよい。多層スタック１６０における複数の（又は全ての）副層を形成するためのＡＬＤの使用は、下にある表面に沿ってコンフォーマルに延びる実質的に均一な厚さを有し、より薄く、ＣＶＤによって達成され得るよりも優れたステップカバレッジを有する副層を可能にし得る。例えば、ＡＬＤは、上部側の又は平坦な厚さの約８０％のＣＶＤ側壁カバレッジと比較して、最大１００％のコンフォーマリティを達成し得る。本明細書に記載されているように、特定の表面に沿った層のコンフォーマリティは、平坦な表面に堆積させられたときの層の厚さのパーセンテージとして表されてよい。ＡＬＤプロセスは、追加的なウェハ移動なしに（即ち真空を破壊することなしに）且つ（例えば、クロス・コンタミネーションを回避するための）サブステップの間のリセットなしに、同じチャンバにおける複数の薄い副層の製造を可能にすることによって多層スタックを形成する際にも有利であり得る。

【0127】

図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明の幾つかの実施例によるＡＬＤ酸化物副層から形成された多層環境バリアを含むトランジスタ装置の断面図を示すＳＴＥＭ画像である。特に、図６Ａは、ＨＥＭＴ装置６００の断面図である。図６Ｂは、図６Ａに示されたパッシベーション層１５０及び多層環境バリア１６０の拡大図である。図６Ｃは、図６Ｂに示された多層環境バリア１６０の拡大図である。

【0128】

図６Ａ～図６Ｃに示したように、多層環境バリア１６０は、ＡＬＤＳｉＯ及びＡＬＤＡｌＯの交互に位置する副層を含む２層スタックであってよい。ＡＬＤプロセスは、実質的に均一な厚さ及び高いコンフォーマリティ（例えば、平坦な表面厚さの８０％よりも大きく且つ最大約１００％である）のＡｌＯ及びＳｉＯ副層の堆積を可能にし得る。特に、図６Ｂは、ＡｌＯ／ＳｉＯ環境バリア１６０が、ゲート１１０及びフィールド・プレート１２８の上に形成された、下にあるパッシベーション層１５０の形状に実質的に一致することを示している。ＡｌＯ及びＳｉＯ副層のそれぞれは、実質的に均一な厚さを有し、パッシベーション層１５０及び下にあるゲート１１０及びフィールド・プレート１２８構造によって規定された形状に沿ってコンフォーマルに延びている。

【0129】

ＡｌＯ副層は、比較的高い密度を有してよく、したがって、ＳｉＮと比較して、改善された湿気ロバスト性及び汚染物質ハロゲンによる酸化、エッチング及び／又は腐食に対する改善された保護を提供し得る。交互に位置するＳｉＯ副層は、ＡｌＯ層と複数のＡｌＯ／ＳｉＯ境界面を規定してよく、これは、１つの副層の欠陥及び／又は汚染物質がスタック１６０における次の副層へ伝播することを減じる又は防止することができる。ＳｉＯ副層は、後続の処理において（例えば、基本的なエッチング化学作用に対して）保護も提供してよい。加えて又は代替的に、多層環境バリア１６０は、ＡＬＤＨｆＯ、ＺｒＯ及び／又はＳｉＮの副層を含んでよい。図６Ａ～図６Ｃに示された例示的な装置６００において、多層環境バリア１６０における最上位又は終端層は、ＳｉＯ副層である。しかしながら、その他の実施例において、追加的なＳｉＯ又はＳｉＮキャッピング層１７０が、多層環境バリア１６０の最上位の副層上に形成されてよい。

【0130】

図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄは、本発明の幾つかの実施例による半導体装置における多層環境バリアを製造する方法における中間製造ステップを示す断面図である。図７Ａに示したように、トランジスタ構造は、半導体ボディ１９０（この実例では、基板１２２上のチャネル層１２４及びバリア層１２６を含む、図４のＨＥＭＴ装置４００に関して示されている）上にゲート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。ＳｉＮベースのパッシベーション層などのパッシベーション層又は層構造１５０は、ゲート１１０上及びゲートとソース及びドレイン・コンタクト１１５及び１０５との間の半導体ボディ１９０の部分上に形成されている。

【0131】

金属フィールド・プレート１２８が、パッシベーション層１５０上に形成されている。ゲート１１０に隣接する又は重なり合う第１の段状部分及びドレイン・コンタクト１０５に隣接する第２の段状部分を有するパッシベーション層１５０に沿ってコンフォーマルに延びる段状プロフィルを含むものとして示されているが、フィールド・プレート１２８は、本発明の実施例に従って様々な構成で実装されてよい。例えば、フィールド・プレート１２８は、ゲート１１０とドレイン・コンタクト１０５との間又はゲート１１０とソース・コンタクト１１５との間のパッシベーション層１５０の部分に沿って延びる実質的に平坦なプロフィルを有してよい、及び／又は鉛直方向（Ｚ）方向においてゲート１１０の重なりがないようにゲート１１０から横方向に離れていてよい。

【0132】

図７Ｂ及び図７Ｃに示したように、ＡＬＤプロセスは、パッシベーション層１５０の表目上に第１の絶縁副層１６０ａをコンフォーマルに堆積させ且つ第１の絶縁副層１６０ａの表面上に第２の絶縁副層１６０ｂをコンフォーマルに堆積させるために行われる。例えば、第１の絶縁副層１６０ａは、ＡｌＯ、ＨｆＯ、ＺｒＯなどの金属絶縁材料、又はＳｉＮよりも大きな密度を有するその他の金属酸化物又は絶縁層を含んでよい。幾つかの実施例において、第２の絶縁副層１６０ｂは、ＳｉＯ、ＳｉＮなどの非金属絶縁材料、又はＳｉＮと等しい又はそれよりも小さい密度を有するその他の非金属酸化物又は絶縁層を含んでよい。

【0133】

ＡＬＤプロセスは、サブモノレイヤ・レベルにおいて制御可能であってよい実質的に均一な厚さを有する非常にコンフォーマルな絶縁副層１６０ａ、１６０ｂを堆積させるために気体反応物と露出した固体表面との間の交互の自己限定性反応に依存してよい。特に、その上に形成されたフィーチャ１０５、１１０、１１５、１２８及び１５０を含む半導体ボディ１９０は、プロセス・チャンバにおいて連続する重ならない形式において２つの反応物Ａ（図７Ｂにおける）及びＢ（図７Ｃにおける）に曝される。図７Ｂにおいて、反応物Ａは、第１の副層１６０ａを規定するために半導体ボディ１９０及びフィーチャの露出した表面上の有限数の反応部位と反応し、有限数の部位が自己限定形式で消費されると成長が停止する。反応物Ａの残りの量はチャンバから排出され、チャンバにおける真空を破壊することなく、図７Ｃにおいて反応物Ｂが導入される。反応物Ｂは、同様に、第２の副層１６０ｂを規定するために露出した表面上の有限数の反応部位と反応し、有限数の部位が消費されると成長が停止し、反応物Ｂの残りの量はチャンバから排出される。反応物Ａ及びＢに交互に曝されることにより、図７Ｄに示したように、交互に位置する副層１６０ａ及び１６０ｂを含む薄いフィルムの多層環境バリア１６０が堆積させられる。

【0134】

ＡＬＤプロセスは、実質的に均一な厚さを有し且つ複雑な下にある形状又は構造上の高いコンフォーマリティを有する副層１６０ａ及び１６０ｂを堆積させる。例えば、ＡＬＤは、副層１６０ａ及び１６０ｂの平坦部分の厚さの最大１００％のコンフォーマリティを達成してよい。ＡＬＤプロセスは、追加的なウェハ移動なしに（即ち、真空を破壊することなく）且つ（例えば、クロス・コンタミネーションを回避するために）サブステップの間のリセットなしに、同じチャンバにおいて複数の薄い副層１６０ａ、１６０ｂの製造を可能にすることによって、多層スタック１６０を形成する際にも有利であり得る。

【0135】

幾つかの実施例において、より低い温度において、図７Ｂ及び図７Ｃに示したようなＡＬＤプロセスは、非晶質フィルムを製造してよく、この非晶質フィルムはその後結晶化されてよい。例えば、幾つかの実施例において、第１の副層１６０ａが、非晶質ＡｌＯ（ＡｌＯｘとも呼ばれる）として堆積させられてよく、これは、結晶化され、Ａｌ_２Ｏ_３を形成してよい。第２の副層１６０ｂは、非晶質ＳｉＯ（ＳｉＯｘとも呼ばれる）として堆積させられてよく、これは、結晶化され、ＳｉＯ_２を形成してよい。ＳｉＯ又はＳｉＮなどの非金属酸化物層が、多層環境バリア１６０の最上位の副層１６０ｂとして、又は最上位の副層１６０ｂ上に（例えば、キャッピング層１７０として）、ＡＬＤ又は非ＡＬＤプロセスを使用して形成されてよい。

【0136】

上記のように、本明細書に記載されているような多層環境バリア構造１６０は、用途特有であり得る環境条件／汚染物質に基づいて選択されるそれぞれの組成を有する副層を含んでよい。例えば、環境条件／汚染物質は、オープン・キャビティ、オーバーモールド、熱的に強化された、スルーホール・ベース、表面実装ベース、チップ・キャリア、ピン・グリッド・アレイ、フラット、スモール・アウトライン集積回路（ＳＯＩＣ）、チップ・スケール、ボール・グリッド・アレイ、トランジスタ／ダイオード／スモール・ピン・カウントＩＣ、及び／又はマルチ・チップ・パッケージなど、セラミック又はプラスチック・パッケージを含む、特定の半導体パッケージ・タイプに固有であってよい。このように、本明細書に記載された幾つかの実施例は、特定のパッケージ技術に対応することを目的とされてよいそれぞれの材料の副層を含む多層環境バリア構造１６０を提供してよい。

【0137】

図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃは、複数の例示的なパッケージ・タイプ８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃを示す概略的な断面図であり、各パッケージ技術８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃは、固有の特定のイオン性又はその他の汚染物質内容物を含む場合がある。図８Ａ～図８Ｃは、本明細書に記載されたトランジスタ構造２００、３００、４００のいずれかを含んでよいトランジスタ装置１０００のパッケージングを示す。

【0138】

特に、図８Ａは、ＩＩＩ族窒化物ベースＲＦトランジスタ増幅器のためのパッケージ８００Ａの概略的な側面図である。図８Ａに示したように、パッケージされたＲＦトランジスタ増幅器８００Ａは、オープン・キャビティ・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８２２Ａ、金属ドレイン・リード８２４Ａ、金属サブマウント８３０、側壁８４０及びリッド８４２を含む。

【0139】

サブマウント８３０は、パッケージ８００Ａの熱管理を補助するように構成された材料を含んでよい。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よい。幾つかの実施例において、サブマウント８３０は、複数の層から成ってよい及び／又はビア／インターコネクトを含んでよい。例示的な実施例において、サブマウント８３０は、そのそれぞれの主面に銅クラッディング層を有するコア・モリブデン層を含む多層銅／モリブデン／銅金属フランジであってよい。幾つかの実施例において、サブマウント８３０は、リード・フレーム又は金属スラグの一部である金属ヒートシンクを含んでよい。側壁８４０及び／又はリッド８４２は、幾つかの実施例において絶縁材料から形成されてよい又は絶縁材料を含んでよい。例えば、側壁８４０及び／又はリッド８４２は、セラミック材料から形成されてよい又はセラミック材料を含んでよい。幾つかの実施例において、側壁８４０及び／又はリッド８４２は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３から形成されてよい。リッド８４２は、エポキシ・グルーを使用して側壁８４０に接着されてよい。側壁８４０は、例えば、ブレージングを介してサブマウント８３０に取り付けられてよい。ゲート・リード８２２Ａ及びドレイン・リード８２４Ａは、側壁８４０を貫通するように構成されてよいが、本発明の実施例はそれに限定されない。

【0140】

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・リッド８４２によって画定された、空気で満たされたキャビティ８１２において金属サブマウント８３０の上面にマウントされている。ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００のゲート及びドレイン端子１３２、１３４は、半導体構造１９０の上部側にあるのに対し、ソース端子１３６は、半導体構造１９０の下部側にある。ソース端子１３６は、例えば、導電性ダイ取付け材料（図示せず）を使用して金属サブマウント８３０にマウントされてよい。金属サブマウント８３０は、ソース端子１３６に電気接続を提供してよく、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００において発生した熱を放散する熱放散構造としても機能してよい。

【0141】

入力整合回路８５０及び／又は出力整合回路８５２もパッケージ８００Ａ内にマウントされてよい。整合回路８５０、８５２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よい。インピーダンス整合回路は、ＲＦトランジスタ増幅器へ入力される又はＲＦトランジスタ増幅器から出力されるＲＦ信号の基本コンポーネント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の入力又は出力におけるインピーダンスに整合させるために使用されてよい。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が設けられてよい。図８Ａに概略的に示したように、入力及び出力整合回路８５０、８５２は、金属サブマウント８３０にマウントされてよい。ゲート・リード８２２Ａは、１つ又は複数のボンド・ワイヤ８５４によって入力整合回路８５０に接続されてよく、入力整合回路８５０は、１つ又は複数の追加的なボンド・ワイヤ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に接続されてよい。同様に、ドレイン・リード８２４Ａは、１つ又は複数のボンド・ワイヤ８５４によって出力整合回路８５２に接続されてよく、出力整合回路８５２は、１つ又は複数の追加的なボンド・ワイヤ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に接続されてよい。誘導性エレメントであるボンド・ワイヤ８５４は、入力及び／又は出力整合回路の一部を形成してよい。

【0142】

本明細書に記載されているような多層環境バリア１６０は、半導体構造１９０の上部側に形成されており、ゲート及びドレイン端子１３２、１３４を露出させるためにパターン付けされてよい。多層環境バリア１６０は、上記に記載のように、例えば、反復する層構造において、それぞれの絶縁材料の２つ以上の副層を含んでよい。副層の組成及び／又は厚さ、副層の数、及び／又は周期の数は、特定のパッケージ・タイプ８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃに存在し得るイオン性内容物又はその他の汚染物質に基づいて変化してよい。

【0143】

図８Ｂは、プリント回路基板ベースのパッケージ構造８１０Ｂにおいてパッケージされたトランジスタ装置１０００を含む、パッケージされたＩＩＩ族窒化物ベースＲＦトランジスタ増幅器８００Ｂの概略的な側面図である。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のゲート及びドレイン・リード８２２Ａ、８２４Ａがパッケージ構造８１０Ｂにおけるプリント回路基板ベースのリード８２２Ｂ、８２４Ｂと置き換えられていることを除き、図８ＡのパッケージされたＲＦトランジスタ増幅器８００Ａに非常に類似している。

【0144】

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・リッド８４２を含み、それらはそれぞれ、上記で論じられたパッケージ構造８１０Ａの同じ番号の要素と実質的に同一であってよい。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上の導電性トレースは、金属ゲート・リード８２２Ｂ及び金属ドレイン・リード８２４Ｂを形成している。プリント回路基板８２０は、例えば、導電性グルーを介してサブマウント８３０に取り付けられてよい。プリント回路基板８２０は、中央開口を含み、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００は、サブマウント８３０においてこの開口内にマウントされている。ＲＦトランジスタ増幅器８００Ｂのその他の構成要素は、ＲＦトランジスタ増幅器８００Ａの同じ番号の構成要素と同じであってよく、したがって、そのさらなる説明は省略する。

【0145】

図８Ｃは、別のパッケージされたＩＩＩ族窒化物ベースＲＦトランジスタ増幅器８００Ｃの概略的な側面図である。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とは異なる。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よい）と、金属ゲート及びドレイン・リード８２２Ｃ、８２４Ｃとを含む。ＲＦトランジスタ増幅器８００Ｃは、ＲＦトランジスタ増幅器ダイ１０００、リード８２２Ｃ、８２４Ｃ及び金属サブマウント８３０を少なくとも部分的に包囲するプラスチック・オーバーモールド８６０も含む。ＲＦトランジスタ増幅器８００Ｃのその他の構成要素は、ＲＦトランジスタ増幅器８００Ａの同じ番号の構成要素と同じであってよいので、そのさらなる説明は省略する。

【0146】

図９は、半導体構造１９０の表面上のメタライゼーションを示す、トランジスタ装置又はダイ１０００の概略的な平面図である。メタライゼーション構造の様々な導電性エレメントを互いに分離させるために本明細書に記載されているように設けられている多層環境バリア１６０及び／又はその他の誘電層は、図面を簡略化するために図９には示されていない。

【0147】

図９に示したように、トランジスタ装置又はダイ１０００は、装置端子又は電極（例えば、入力端子、出力端子、及び接地端子）に対して並列に接続された複数のトランジスタ構造９００を含んでよい。例えば、ゲート１１０、ドレイン１０５及びソース１１５コンタクトのそれぞれは、第１の方向（例えば、Ｙ方向）に延びていてよく、これにより、ゲート、ドレイン及び／又はソース「フィンガ」を規定しており、これらのフィンガは、１つ又は複数のそれぞれのバス（例えば、半導体構造１９０の上面におけるゲート・バス１１２及びドレイン・バス１１４）によって接続されてよい。

【0148】

図９において、ゲート・フィンガ１１０、ドレイン・フィンガ１０５及びソース・フィンガ１１５は、互いに平行に延びており、ゲート・フィンガ１１０はゲート・バス１１２から第１の方向に延びており、ドレイン・フィンガ１０５はドレイン・バス１１４から、第１の方向とは反対方向に延びている。各ゲート・フィンガ１１０は、本明細書に記載されたユニット・セル・トランジスタ構造２００、３００、４００などのユニットセル９００を規定するために、ドレイン・フィンガ１０５とソース・フィンガ１１５との間に位置決めされていてよい。ゲート・フィンガ１１０、ドレイン・フィンガ１０５、及びソース・フィンガ１１５（及び接続するバス）は、上部側又は前側メタライゼーション構造によって規定されるように、それぞれ、装置のゲート接続、ドレイン接続及びソース接続された電極の一部を規定してよい。ゲート・フィンガ１１０は共通のゲート・バス１１２に電気的に接続されており、ドレイン・フィンガ１０５は共通のドレイン・バス１１４に電気的に接続されており、ソース・フィンガ１１５は一緒に電気的に接続されているので（例えば、それぞれのビア開口１４６及び基板１２２の裏面における裏側金属層を介して）、ユニット・セル・トランジスタ９００は並列に一緒に電気的に接続されていることが分かる。

【0149】

装置の端子のうちの１つ（例えば、ソース・コンタクト１１５に接続されたソース端子）は、例えば、電気接地などの基準信号に結合されるように構成されてよい。幾つかの実施例において、導電性基板貫通ビア接続又は構造（例えば、裏面を貫通して形成された裏側ビア開口）は、基板１２２及びエピタキシャル層１２４、１２６を貫通していてよく、これにより、コンタクト１０５、１１５のうちの１つの一部を吐出させ、基板の裏側におけるパッド又は端子とのコンタクトを可能にする（例えば、ソース・コンタクト１１５を接地に結合するために）。その他の実施例において、端子装置のうちの１つ（例えば、ソース端子）への接地接続は、アクティブ領域の外側、例えば、周辺領域に設けられてよい。幾つかの実施例において、基板１２２の裏側におけるバックメタル層は、例えば、接地への近接が望まれ得る用途において、裏側接地平面を提供してよい。

【0150】

本発明のさらなる実施例は、環境バリア・フィルムの厚さを増大することによって湿気保護を改善することができるという認識から生じ得る。しかしながら、幾つかの単層環境バリア・フィルムにおいて、増大した厚さはまた、動作中の一軸静的膜応力を増大させ、これは、装置寿命を減じる又は低下させ得る。例えば、本明細書において論じられているように、ＣＶＤによって堆積されたＳｉＮは、環境バリア・フィルムとして使用されてよい。ＣＶＤベースＳｉＮフィルムは、堆積条件（例えば、温度）を調節することによって調整され得る所定のタイプの応力（例えば、引張又は圧縮）を含み得るが、応力の大きさは、ＳｉＮ層の厚さと共に増大し得る。増大した応力は、例えば、トランジスタ・チャネル領域において、装置特性に悪影響を及ぼし得る。特に、ＨＥＭＴ装置において、応力は、２ＤＥＧチャネルにおけるキャリア密度に影響する場合があり、これは、装置性能低下を生じ得る。

【0151】

本明細書において使用される「応力」という用語は、（例えば、上に位置する又は下に位置する層からの固有の力によって誘発されるような）材料の隣接する粒子の間に加えられる力を指してよいが、「ひずみ」は、（例えば、層からの応力による）材料の変形の尺度を指してよい。本発明の実施例は、幾つかの実施例において幾つかの従来の環境バリア・フィルムと同等又はそれよりも優れた湿気保護も提供しながら、応力を低減又は最小化するように構成された、応力補償された多層カプセル化構造又は環境バリアを提供してよい。例えば、一軸応力は、本明細書に記載されているような多層の薄いフィルムにおいて多軸応力（例えば、一軸、二軸又は三軸）を提供することによって低減又は最小化させることができる。全体的な応力は、各副層において異なるタイプ及び／又は指向性応力を提供するために多層環境バリアの副層を製造することによって補償されてよく、これにより、それぞれの副層は、スタックにおいてその上及び／又はその下の副層によって提供される応力を補償してよい。

【0152】

本明細書において使用されるように、別の層又は副層の応力を「補償する」層又は副層は、他の層又は副層の応力の特定のタイプ及び／又は方向に対抗する（タイプ及び／又は方向に関して）又はさもなければ少なくとも部分的に補償する又は反作用する応力を含んでよい。即ち、本明細書に記載されているような多層環境バリア・フィルムは、タイプ（例えば、引張又は圧縮）及び／又は方向（例えば、Ｘ、Ｙ及び／又はＺ方向）が変化するそれぞれの応力を有する副層を含んでよい。例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）などの最新式堆積技術は、様々な材料の副層を有する多層フィルムを形成するために使用されてよく、これにより、各副層は、上又は下の副層のものとは異なるそれぞれの応力を有する。ＡＬＤは、２層、３層及び４層スタックを含む、様々な組合せにおいて異なる材料の副層を形成するために使用されてよい。本明細書に記載されているような多層環境バリアは、単独で又は本明細書に記載された拡散バリア特性（例えば、湿気保護）と組み合わせて応力減少を提供するように構成されてよい。

【0153】

図１０は、本発明の幾つかの実施例による半導体ボディ上に形成された多層環境バリアにおける応力補償副層の例示的な組合せをより詳細に示すトランジスタ装置の拡大図である。選択的なパッシベーション層又は層構造１５０上に交互に積層させられた第１及び第２のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）を含む２層周期構造１６０^（６）に関して図１０に示されているが、この構造１６０^（６）は例として示されているだけであり、上記に記載された多層環境バリア１６０’、１６０’’、１６０’’’、１６０^（４）、１６０^（５）に関して、多層環境バリア１６０^（６）（集合的に１６０）は、異なるそれぞれの応力を有する３つ以上のストレッサ副層を含んでよく（例えば、３層構造、４層構造を規定する）、及び／又は半導体ボディ１９０及びゲート１１０、ドレイン１０５及びソース１１５コンタクト上に直接、又は選択的な介在するパッシベーション層１５０上に、非反復層構造若しくは周期的又は非周期的な反復層構造において積層させられてよいことが理解されるであろう。

【0154】

図１０の実例において、多層環境バリア１６０^（６）は、それぞれの周期が、タイプ及び／又は方向が異なるそれぞれの応力を有する第１の副層１６０ａ^（６）及び第２の副層１６０ｂ^（６）を含む、周期的な反復する層構造を規定するように交互に積層させられたそれぞれの材料のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）のスタックを含む。第１及び第２のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）のそれぞれの材料のうちの１つは、他方における応力のタイプ及び／又は方向に少なくとも部分的に反作用する又は補償する応力を提供するように構成されてよい。例えば、第１のストレッサ副層１６０ａ^（６）はＡｌＯフィルムであってよく、第２のストレッサ副層１６０ｂ^（６）はＳｉＯフィルムであってよく（例えば、それぞれ引張及び圧縮応力を有する）、比較的単純且つ安定したＡＬＤプロセスを使用して反復する層構造において２層スタックとして交互に形成されてよい。

【0155】

図１０に示したように、第１のストレッサ副層１６０ａ^（６）は、引張応力（Ｘ方向に沿って互いから離れる方向を指す反対向きの矢印によって示されている）を含んでよいのに対し、第２のストレッサ副層１６０ｂ^（６）は、第１のストレッサ副層１６０ａ^（６）の引張応力を少なくとも部分的に補償することができる圧縮応力（Ｘ方向に沿って互いに向かう方向を指す対面する矢印によって示されている）を含んでよく、又はその逆であり、これにより、多層環境バリア１６０^（６）の全体的又は集合的応力は低減又は最小化される。それぞれのストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）の材料、厚さ及び／又は製造プロセスは、各副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）などにおける応力がすぐ上の副層及び／又は下の副層によって少なくとも部分的に反作用されるように選択されてよい。このように、それぞれの副層の応力方向は例として示されているだけであり、堆積条件及び後処理（例えば、アニーリング）を変化させることによって応力の所望のタイプ及び／又は方向を提供するように変化させられることができることが理解されるであろう。より一般的に、副層は、特定の応力タイプ（例えば、引張又は圧縮）及び／又は応力の方向（例えば、Ｘ、Ｙ及び／又はＺ方向）に関して本明細書に記載及び例示されていてよいが、副層は、選択された製造プロセス及び／又は条件に応じて、示されたものとは反対の応力タイプ及び／又は異なる方向を有してよい。

【0156】

図１０の実例において、第１のストレッサ副層１６０ａ^（６）の材料は、副層１６０ａ^（６）が、例えば、下にある層からの固有の力によって誘発されるように、引張応力を有するように選択及び堆積させられてよい。例えば、幾つかの実施例において、１つ又は複数の選択的なパッシベーション層１５０（例えば、ＣＶＤベースＳｉＮ）は、表面状態を不働態化し、及び／又はさもなければ半導体ボディ１９０の表面に沿った電気的特性を改善するために、多層環境バリア１６０^（６）の前に半導体ボディ１９０の表面上に形成されてよい。パッシベーション層１５０は、ゲート１１０、ソース１１５及びドレイン１０５コンタクトの金属腐食に対しても保護してよい。しかしながら、パッシベーション層１５０は、追加的な応力（例えば、ＳｉＮベースパッシベーション層１５０からの圧縮応力）を導入し得る。

【0157】

さらに図１０を参照すると、第２のストレッサ副層１６０ｂ^（６）の材料は、副層１６０ｂ^（６）が、例えば、下にある第１の副層１６０ａ^（６）の引張応力を補償する又はさもなければ対抗するために圧縮応力を有するように選択及び堆積させられてよい。幾つかの実施例において、パッシベーション層１５０は省略されてよく、多層環境バリア１６０^（６）のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、半導体ボディ１９０並びにゲート１１０、ソース・コンタクト１１５、及びドレイン・コンタクト１０５の表面上に直接形成されてよく、例えば、実質的に均一なそれぞれの厚さＴ１及びＴ２とコンフォーマルに形成されてよい。多層環境バリア１６０のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、あらゆる順序でスタックにおいて実装されてよく、これにより、各副層の応力が、スタックにおけるその上又はその下の層の応力に少なくとも部分的に対抗する又は補償することが理解されるであろう。

【0158】

多層環境バリア１６０^（６）の反復する層構造を規定するストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、互いに同じ又は異なる厚さを有してよい。幾つかの実施例において、多層環境バリア１６０^（６）の各周期の副層のうちの少なくとも２つは、互いに異なる厚さを有してよい。特に、図１０は、２層周期的層構造を示しており、この場合、第１の引張応力材料副層１６０ａ^（６）が、第２の圧縮応力材料副層１６０ｂ^（６）の厚さＴ２よりも大きい厚さＴ１で堆積させられてよい。同様に、３層周期的層構造又は４層周期的層構造を含む多層環境バリア１６０^（６）は、それぞれ３つの副層又は４つの副層を含んでよく、この場合、各周期における副層のうちの少なくとも２つは、厚さ及び／又は応力が異なってよい。

【0159】

第１の副層１６０ａ^（６）の厚さＴ１と第２の副層１６０ｂ^（６）の厚さＴ２との比は、各副層における応力の大きさ及びその上又はその下の副層の補償応力に依存して又は基づいて変化させられてよい。例えば、第１の副層１６０ａ^（６）の厚さＴ１と第２の副層１６０ｂ^（６）の厚さＴ２との比は、約１：１、約１：２、約１：５、約１：８、又は約１：１０以上であってよい。即ち、ストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）の厚さ比は、ストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）の異なる材料のそれぞれの応力及びその上又はその下の層に提供される効果に依存する又は基づいてよい。相対的なサイズ又は寸法は例として示されているだけであり、原子サイズ、密度、又は層のその他の特性に関して限定しようとするものではないことが理解されるであろう。また、主に簡略化のために一軸又は二軸ひずみ（例えば、Ｘ及び／又はＹ方向における）に関して示されているが、本明細書に記載された副層は、追加的な方向及び／又は特に示されているものとは異なる方向（例えば、Ｘ、Ｙ及びＺ方向における三軸ひずみ）においてひずまされてよいことが理解されるであろう。

【0160】

幾つかの実施例において、多層環境バリア１６０^（６）は、拡散バリア特性（例えば、湿気保護）と組み合わせて応力減少を提供するように構成されてよい。このように、第１の副層１６０ａ^（６）の厚さＴ１と第２の副層１６０ｂ^（６）の厚さＴ２との比は、図５Ａ～図５Ｅの実施例に関して上記に記載したように、約２：１、約５：１、約８：１、又は約１０：１以上であってよい。

【0161】

例えば、図５Ａを参照して上記に記載したように、第１のストレッサ副層１６０ａ^（６）は、比較的高い密度の材料（例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ、ＺｒＯ、又はその他の金属リッチ絶縁材料）を含んでよく、第２のストレッサ副層１６０ｂ^（６）は、比較的低い密度の材料（例えば、ＳｉＯ、ＳｉＮ、又はその他の金属欠乏絶縁材料）を含んでよい。ストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）のうちの１つ又は複数は、ＳｉＮよりも高い密度を有してよいのに対し、ストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）のうちの別のものは、ＳｉＮと等しいか又はそれより小さい密度を有してよい。湿気保護との組合せにおいて応力減少を提供するように構成される場合、第１の高密度材料副層１６０ａ^（６）は、より大きな厚さＴ１で最初に堆積させられてよく、その後、第２の低密度材料副層１６０ｂ^（６）がより小さな厚さＴ２で堆積させられ、これにより、第１のストレッサ副層１６０ａ^（６）が、第２のストレッサ副層１６０ｂ^（６）と半導体ボディ１９０との間にある。

【0162】

幾つかの実施例において、図５Ｂを参照して上記に記載したように、第１及び第２のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、周期的な反復する層構造を規定するように交互に積層させられたそれぞれの酸化物材料であってよい。例えば、図５Ｃを参照して上記に記載したように、第１及び第２のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、周期的な反復する層構造において交互に積層させられた絶縁金属酸化物材料又は層（例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ又はＺｒＯ）及び絶縁非金属（例えば、半金属）酸化物材料又は層（例えば、ＳｉＯ）を含んでよく、金属酸化物副層は、非金属酸化物副層の酸化、エッチング、及び／又は腐食の受けやすさを改善し得る。幾つかの実施例において、図５Ｄを参照して上記に記載したように、第１及び第２のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、周期的な反復する層構造を規定するように交互に積層させられたそれぞれの窒化物材料を含んでよく、副層のそれぞれの窒化物材料は、材料組成が互いに異なってよい。

【0163】

多層環境バリア１６０^（６）のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、絶縁層に限定されなくてよい。例えば、図５Ｅを参照して上記に記載したように、１つ又は複数の金属層が、例えば、本明細書に記載されているような材料の選択及び／又は堆積プロセスに基づいて、１つ又は複数の所望の方向において所望の引張応力又は圧縮応力を提供するようにスタックにおいて形成されてよい。このように、多層環境バリア１６０^（６）は、周期的な反復する層構造において交互に積層させられた絶縁金属酸化物材料（例えば、ＡｌＯ、ＨｆＯ又はＺｒＯ）の第１の副層１６０ａ^（６）及び金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｕ）の第２の副層１６０ｂ^（６）を含んでよく、金属副層１６０ｂ^（６）は、湿気進入に対するより有効なバリアを提供し得る。

【0164】

本発明の実施例による多層環境バリア１６０^（６）は、上記の実例に関して記載された特定の副層材料組合せに限定されないことが理解されるであろう。例えば、幾つかの実施例において、ストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、多層環境バリア１６０^（６）を規定するように交互に積層させられた有機材料及び無機材料を含んでよい。より一般的に、多層環境バリア１６０^（６）は、その上及び／又はその下の副層の応力に少なくとも部分的に反作用するように構成された副層のあらゆる組合せを含んでよい。

【0165】

幾つかの実施例において、多層環境バリア１６０^（６）の２つ以上の副層は、ＡＬＤ（熱ＡＬＤ及びプラズマ支援ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）プロセスを含むが、これらに限定されない）などのコンフォーマル堆積プロセスによって形成されてよい。例えば、図１０に示されたストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、図７Ａ～図７Ｄに示されたオペレーションに従って形成されてよく、ＡＬＤプロセスは、半導体ボディ１９０（ＨＥＭＴ装置に関して示されている）上にゲート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上に第１のストレッサ副層１６０ａ^（６）（より一般的に１６０ａとして示されている）をコンフォーマルに堆積させ、且つ第１の絶縁副層１６０ａの表面上に第２のストレッサ副層１６０ｂ^（６）（より一般的に１６０ｂとして示されている）をコンフォーマルに堆積させるために、実行される。より具体的には、（図７Ｂに示されているような）反応物Ａ及び（図７Ｃに示されているような）反応物Ｂに交互に曝すことによって、反復する（例えば、２層）層構造において交互に位置するストレッサ副層１６０ａ及び１６０ｂを含む薄いフィルムの多層環境バリア１６０が、図７Ｄに示したように実質的に均一な厚さ及び複雑な下にある形状又は構造上の高いコンフォーマリティで堆積させられる。追加的な反応物が、３層又は４層の反復する層構造を堆積させるために交互の曝露に含まれてよい。幾つかの実施例において、より低温において、図７Ｂ及び図７Ｃに示されたＡＬＤプロセスは、非晶質ストレッサ副層フィルムを生成してよく、これは、その後、結晶化されてよい。例えば、第１のストレッサ副層１６０ａは、非晶質ＡｌＯｘとして堆積させられてよく、これは、Ａｌ_２Ｏ_３を形成するために結晶化されてよい。第２のストレッサ副層１６０ｂは非晶質ＳｉＯｘとして堆積させられてよく、これは、ＳｉＯ_２を形成するために結晶化されてよい。

【0166】

主にＡＬＤベースの製造に関して上記実例において記載されているが、多層環境バリア１６０^（６）のストレッサ副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、ＡＬＤ以外の堆積方法によって形成されてよいことが理解されるであろう。例えば、幾つかの実施例において本明細書に記載されているように多層フィルム１６０^（６）を形成するためにＣＶＤが使用されてよい。しかしながら、より薄いＣＶＤベースの副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、所望の湿気バリア性能を提供するために多孔質すぎる場合があるのに対し、より厚いＣＶＤベースの副層１６０ａ^（６）、１６０ｂ^（６）は、副層ごとの応力を増大させる場合がある。また、ＣＶＤベースのバリア・フィルム１６０の品質は、より高温での製造により改善され得るが、このような温度は、下にある半導体層構造１９０における装置の特性及び／又は動作に不利であり得る。

【0167】

図１１は、ＣＶＤによって形成された従来の単層フィルム（本明細書ではＣＶＤベースの単層フィルムとも呼ばれる）及び本発明の幾つかの実施例に従ってＡＬＤによって形成された多層環境バリアのための加熱及び冷却の温度変化にわたる正規化された応力測定を示すグラフであり、初期応力がゼロに正規化されている。例えば、高加速寿命試験（ＨＡＳＴ）プロセスは、最大摂氏約４００度（℃）以上の作動温度範囲にわたる装置の加熱及び冷却を伴ってよい。

【0168】

図１１に示したように、従来のＣＶＤベースの単層フィルム（例えば、ＳｉＮベースフィルム）は、室温（２５℃）から最大装置作動温度までの正規化された作動温度範囲にわたる加熱及び冷却中に約２３５メガパスカル（ＭＰａ）の応力変化１１１０を示す場合がある。対照的に、図１１は、本発明の幾つかの実施例によるＡＬＤベースの多層ＡｌＯｘ及びＳｉＯｘ環境バリア・フィルムが、同じ室温から最大装置作動温度範囲にわたる加熱及び冷却の間に約４０ＭＰａのみの応力の変化１１６０を示す場合があることを示している。このように、本発明の幾つかの実施例による環境バリア・フィルムは、ＣＶＤベースの単層ＳｉＮフィルムと比較してその複数のストレッサ副層によって提供される全体的な補償される応力により、装置作動において経験され得る温度範囲にわたって減じられた応力（及び応力のより小さな変化）を含み得る。即ち、本発明の実施例による多層環境バリア・フィルムは、装置の作動寿命を減じ得る幾つかの従来の単層フィルムよりも、装置作動条件にわたって、より低いレベルの応力及び／又はより少ない応力変化（ひいてはより大きな安定性）を生じる場合がある。

【0169】

図１１のグラフに示された多層環境バリア及び単層フィルムは、それぞれの厚さ及び／又は１つ又は複数の類似の拡散バリア特性（例えば、類似又は均等の湿気保護）を提供するその他の特性を有してよい。例えば、従来の技術は、ＣＶＤベースのＳｉＮｘを使用して環境バリア・フィルムを提供してよく、これは、所望のレベルの湿気保護を提供するためにより大きな厚さ（例えば、約５０００オングストローム～約１０，０００オングストローム）を必要とする場合があり、したがって、より高い一軸応力（例えば、この実例における加熱及び冷却の前後の約２３５ＭＰａの差）を生じ得る。対照的に、本明細書に記載されたような多層環境バリア・フィルム（例えば、ＡＬＤベースのＡｌＯｘ及びＳｉＯｘの交互に位置する層を含む）は、幾つかの例においてより小さな全体的厚さ（例えば、約５００オングストローム～約３５００オングストローム、例えば、約１０００オングストローム～約３０００オングストローム又は約１５００オングストローム～約２５００オングストローム）で、同等の又は優れた湿気ロバスト性において応力の著しい減少（測定公差によりより少ない又はさらには無視できる）を提供することができる。言い換えれば、多層環境バリア１６０の副層１６０ａ、１６０ｂの集合的応力は、幾つかの実施例において約室温（２５℃）から最大装置作動温度までの温度範囲にわたって、類似の拡散バリア特性を提供する１つ又は複数のＳｉＮ層の集合応力よりも小さい場合がある。副層は、幾つかの実施例において非ＡＬＤ法を使用して堆積させることができる。

【0170】

本発明の実施例による多層環境バリアスタック（例えば、２層スタック、３層スタック、４層スタックなど）は、したがって、ＳｉＮフィルムと比較して、より低い集合的応力及び／又はより小さな厚さで、同等の又は優れた拡散バリア特性を提供することができる。上記のように、多層環境バリアは、交互に位置するＡｌＯｘ及びＳｉＯｘ副層に限定されず、代替的に、所望の補償応力及び／又は方向に応じて、ＨｆＯ、ＺｒＯ及び／又はＳｉＮ副層、及び／又はその他の副層を含んでよい。

【0171】

本明細書に記載されているような多層環境バリア構造を含む本発明の実施例は、受動的及び／又は能動的ＲＦ装置において改善された性能を提供し得る。しかしながら、本発明の実施例は、ＲＦ用途に限定されず、湿気ロバスト性を要求し得るあらゆる半導体ＩＣ技術を含む様々なその他の用途において使用されてよい。例えば、本発明の実施例は、約６ＧＨｚ未満からＫｕ－バンド（６～１８ＧＨｚ）及びＫａ－バンド設計（例えば、２６～４０ＧＨｚ）の範囲の作動周波数を有する用途において使用されてよい。本発明の特定の実施例は、マクロ（例えば、２０～８０Ｗ及び異なる周波数帯）平均電力応用を含む、例えば、５Ｇ及び基地局用途のための、様々なセルラー・インフラストラクチャ（ＣＩＦＲ）ＲＦ電力製品（５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗ、６０Ｗ、８０Ｗ及び異なる周波数帯を含むが、これらに限定されない）において使用されてよい。本発明の実施例は、レーダ、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）タイプ用途、誘電性クロスオーバ装置、及びスプリット・ゲート装置に適用されてもよい。より一般的に、本発明の実施例は、湿気ロバスト性及び／又は応力減少を必要とするあらゆる半導体ＩＣ技術において使用されてよい。

【0172】

本発明は、発明の実施例が示されている添付の図面を参照して記載されている。しかしながら、本発明は、本明細書に示された実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、本開示が徹底的且つ完全であり、発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供されている。図面において、層及び領域の厚さは、分かりやすくするために誇張されている。同じ番号は、全体を通じて同じ要素を指している。

【0173】

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」延びていると述べられたとき、その要素は、他方の要素の上に直接あるか若しくはその上へ直接延びていることができる又は介在する要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、要素が、別の要素「上に直接」ある又は「上へ直接」延びていると述べられたとき、介在する要素は存在しない。要素が、別の要素に「接続」又は「結合」されていると述べられたとき、その要素は、他方の要素に直接に接続又は結合されることができるか又は介在する要素が存在してもよいことも理解されるであろう。対照的に、要素が、別の要素に「直接接続」又は「直接結合」されていると述べられたとき、介在する要素は存在しない。

【0174】

様々な要素を記述するために、第１、第２などの用語が本明細書において使用されてよいが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことも理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用されている。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。

【0175】

さらに、「下側」又は「下部側」及び「上側」又は「上部側」などの相対的な用語は、図面に示された別の要素に対する１つの要素の関係を説明するために本明細書において使用されてよい。相対的な用語は、図面に示された向きに加えて装置の異なる向きを含むことが意図されていることが理解されるであろう。例えば、図面のうちの１つにおける装置が逆さにされると、他方の要素の「下」側にあると説明される要素は、他方の要素の「上」側に向けられる。したがって、「下」という例示的な用語は、図面の特定の向きに応じて「下」及び「上」の両方の向きを含む。同様に、図面のうちの１つにおける装置が逆さにされると、他方の要素の「下方」又は「下側」として説明された要素は、他方の要素の「上方」に向けられる。したがって、「下方」又は「下側」という例示的な用語は、上方及び下方の両方の向きを含むことができる。

【0176】

本明細書における発明の説明において使用される用語は、特定の実施例を説明するためのものでしかなく、発明を限定することは意図されていない。発明の説明及び添付の請求項において使用されているように、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明らかに示されない限り、複数形も含むことが意図されている。本明細書において使用されている「及び／又は」という用語は、関連する列挙されたアイテムのうちの１つ又は複数のあらゆる及び全ての可能な組合せを指し且つこれを含むことも理解されるであろう。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書において使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、オペレーション、要素、及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ又は複数のその他の特徴、整数、ステップ、オペレーション、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。

【0177】

発明の実施例は、発明の理想化された実施例（及び中間構造）の概略的な図である断面図を参照して本明細書に説明されている。このように、例えば、製造技術及び／又は公差の結果としての図の形状からの変化は予想される。したがって、発明の実施例は、本明細書に示された領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば、製造から生じる形状の逸脱を含む。例えば、矩形として示されたインプラントされた領域は、一般的に、インプラントされた領域からインプラントされていない領域へのバイナリ変化ではなくそのエッジにおいて丸み付けられた又は湾曲した特徴及び／又はインプラント濃度の勾配を有する。同様に、インプランテーションによって形成された埋め込まれた領域は、幾つかのインプランテーションにおいて、埋め込まれた領域と、それを通じてインプランテーションが生じる表面との間の領域を生じ得る。したがって、図に示された領域は本質的に概略的であり、それらの形状は、装置の領域の実際の形状を示すことは意図されておらず、発明の範囲を限定することは意図されていない。

【0178】

別段の定めがない限り、技術的及び科学的用語を含む発明の実施例を開示する際に使用されている全ての用語は、本発明が属する技術の分野におけ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、必ずしも、記載されている本発明の時点において知られている特定の定義に限定されない。したがって、これらの用語は、このような時間の後に生成された同等の用語を含むことができる。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、本明細書におけるそれらの意味と一貫しており且つ関連技術の文脈におけ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剰に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解されるであろう。本明細書において言及された全ての出版物、特許出願、特許、及びその他の参照物は、それらの全体が参照により組み込まれる。

【0179】

図面及び明細書において、発明の典型的な実施例が開示されており、特定の用語が採用されているが、それらの用語は、包括的且つ記述的な意味でのみ使用されており、限定の目的ではない。

【図1】