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公開番号2025044118
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2024086249
出願日2024-05-28
発明の名称半導体構造及びその製造方法
出願人台亞半導體股フン有限公司,Taiwan-Asia Semiconductor Corporation
代理人個人
主分類H10D 30/87 20250101AFI20250325BHJP()
要約【課題】オーミックコンタクト合金のプロセスで発生する金属流出と平坦性の問題を改善し、プロセスの歩留まりを向上させる革新的な半導体構造及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、基板100と、チャネル層130と、バリア層140と、ソース電極150と、ゲート電極180と、ドレイン電極160と、カバー層170と、を含む半導体構造10であって、チャネル層は、基板上に配置されている。バリア層は、チャネル層上に配置されている。ソース電極、ゲート電極及びドレイン電極は、バリア層上に配置されている。カバー層は、ソース電極及びドレイン電極の上部以外の部分を覆う。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
半導体構造であって、
基板と、
前記基板上に配置されるチャネル層と、
前記チャネル層上に配置されるバリア層と、
前記バリア層上に配置されるソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極と、
カバー層と、を含み、
前記カバー層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上部以外の部分を覆う、半導体構造。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記ソース電極と前記ドレイン電極の材料は、チタン、アルミニウム、ニッケル、金からなる群から選択される一つであることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
【請求項３】
前記カバー層の材料は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素からなる群から選択される一つであることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
【請求項４】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方に配置され、前記ソース電極と前記ドレイン電極に電気的に接続された第１金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
【請求項５】
前記第１金属層の上部の部分を除いて、前記バリア層の一部、前記カバー層、前記第１金属層、及び前記ゲート電極を覆うパディング層をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体構造。
【請求項６】
前記パディング層の材料は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素からなる群から選択される一つであることを特徴とする請求項５に記載の半導体構造。
【請求項７】
前記第１金属層の上方に順次配置され、前記第１金属層に電気的に接続される連通構造及び第２金属層をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体構造。
【請求項８】
前記チャネル層と前記バリア層との間の界面に位置する二次元電子ガスをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
【請求項９】
前記バリア層の材料は、窒化アルミニウムインジウムガリウム（Ａｌ
ｘ
Ｉｎ
ｙ
Ｇａ
（１－ｘ－ｙ）
Ｎ）を含み、０≦ｘ＜１，０≦ｘ＋ｙ≦１であることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
【請求項１０】
前記基板の材料は、シリコン、サファイア、炭化ケイ素からなる群から選択される一つであることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体構造及びその製造方法に関し、特に高電子移動度トランジスタ（ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＨＥＭＴ）構造及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、高周波・ハイパワー製品の需要が高まっている。窒化アルミニウムガリウム／窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）などの窒化ガリウム系の半導体パワー部品は、そのワイドバンドギャップと高速移動電子により、非常に高速なスイッチング速度を実現することができる。また、高周波、高出力、高温で動作するため、特に無線周波やパワー用途の高出力半導体構造に広く使用されている。従来、高電子移動度トランジスタは、ＩＩＩ－Ｖ族半導体を積層し、その界面にヘテロ接合を形成することで作られている。ヘテロ接合のエネルギーバンドが曲がるので、伝導帯（ＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＢａｎｄ）の曲がりの深いところにポテンシャル井戸（ＰｏｔｅｎｔｉａｌＷｅｌｌ）が形成され、ポテンシャル井戸には二次元電子ガス（Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎＧａｓ、２ＤＥＧ）が形成される。
【０００３】
一般に、高電子移動度トランジスタは、ノーマリーオン（Ｄ－ｍｏｄｅ：Ｎｏｒｍａｌｌｙ－ｏｎ）素子、またはデプレッションモード（ＤｅｐｌｅｔｉｏｎＭｏｄｅ）素子であり、素子をオフにするには負のバイアス電圧を必要とする。使用が比較的不便であることに加えて、素子の使用範囲も制限される。一方、高い電子移動度を持つ別のエンハンスメント型（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ－ｍｏｄｅ）のトランジスタも提案されている。このタイプのトランジスタは、金属ゲートを形成する前にフッ素イオン衝撃により窒化アルミニウムガリウム層の格子構造を破壊するか、またはエッチングを行って窒化アルミニウムガリウム層に凹部（Ｒｅｃｅｓｓ）形成することによって作られる。このトランジスタは、凹部の底のエピタキシャル結晶にＰ型不純物の窒化ガリウム層のゲート積層構造が存在するため、二次元電子ガスのノーマリーオフ（Ｅ－ｍｏｄｅ：Ｎｏｒｍａｌｌｙ－ｏｆｆ）素子をオフにするための追加バイアス電圧を必要としない。
【０００４】
現在、前記の２種類の半導体素子を製造する場合、素子のソース電極とドレイン電極の電極材料としては、チタン／アルミニウムが一般的に使用されている。これらの電極と窒化アルミニウムガリウムのバリア層の間で高温加熱が行われることで、電極と窒化ガリウムの間の合金にオーミックコンタクト（ＯｈｍｉｃＣｏｎｔａｃｔ）が形成される。合金の温度が低すぎると、電極と窒化ガリウムの間にオーミックコンタクトを形成するのが容易ではない。一方、合金の温度が高すぎると、電極内のアルミニウムの融点が低いため、金属が流出しやすくなり、プロセスの歩留まりに悪影響を及ぼす。図１の点線は、従来のＨＥＭＴ素子のソース電極とドレイン電極の間にオーミックコンタクトを形成する過程で、高温による横方向の金属流出と上方向の金属流出を示している。図１Ａは、横方向の金属流出の顕微鏡による拡大写真である。プロセス中に横方向に金属が流出すると、その後のゲート電極形成時にゲートとソース間の短絡を引き起こす可能性がある。一方、図１Ｂは、上方向の金属流出の顕微鏡による拡大写真である。プロセス中に上方向に金属が流出すると、金属層の表面の平坦性に悪影響を与え、その後の金属積層プロセスに不利となる。
【０００５】
上述の問題を克服するために、オーミックコンタクト合金のプロセスで発生する金属流出と平坦性の問題を改善し、プロセスの歩留まりを向上させる革新的な半導体構造及びその製造方法を開発するのは、業界の喫緊の課題となっている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の主な目的は、ヘテロ構造の電界効果トランジスタの製造において、オーミックコンタクト合金のプロセスで発生する金属流出と平坦性の問題を改善し、プロセスの歩留まりを向上させる革新的な半導体構造及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、基板と、チャネル層と、バリア層と、ソース電極と、ゲート電極と、ドレイン電極と、カバー層とを含む半導体構造を提供する。チャネル層は、基板上に配置されている。バリア層は、チャネル層上に配置されている。ソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極は、バリア層上に配置されている。カバー層は、ソース電極及びドレイン電極の上部以外の部分を覆う。
【０００８】
本発明の実施形態において、半導体構造のソース電極とドレイン電極の材料は、チタン、アルミニウム、ニッケル、金からなる群から選択される一つである。
【０００９】
本発明の実施形態において、半導体構造のカバー層の材料は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素からなる群から選択される一つである。
【００１０】
本発明の実施形態において、ソース電極及びドレイン電極の上方に配置され、ソース電極とドレイン電極に電気的に接続された第１金属層をさらに含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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