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公開番号2025083346
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2025018857,2023525472
出願日2025-02-07,2021-10-27
発明の名称少なくとも部分的に埋め込まれたフィールド・プレートを有する電界効果トランジスタ
出願人ウルフスピードインコーポレイテッド,WOLFSPEED,INC.
代理人弁理士法人浅村特許事務所
主分類H10D 30/47 20250101AFI20250523BHJP()
要約【課題】フィールド・プレートを含む半導体素子を提供する。
【解決手段】半導体素子は、半導体層と、半導体層上の表面誘電体層と、表面誘電体層上のゲートの少なくとも一部分とを含む。表面誘電体層は、ゲートから横方向に離間された開口をその中に含む。半導体素子は、表面誘電体層上の層間誘電体層と、層間誘電体層上のフィールド・プレートとを含む。フィールド・プレートは、ゲートから横方向に離間されており、フィールド・プレートの少なくとも一部分は、表面誘電体層内の開口の上方に埋込部分を含む。
【選択図】図3A
特許請求の範囲【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層上の表面誘電体層と、
前記表面誘電体層上のゲートの少なくとも一部分であって、前記表面誘電体層は、前記ゲートから横方向に離間された開口をその中に含む、ゲートの少なくとも一部分と、
前記表面誘電体層上の層間誘電体層と、
前記層間誘電体層上のフィールド・プレートであって、前記フィールド・プレートは、前記ゲートから横方向に離間されており、前記フィールド・プレートの少なくとも一部分が前記表面誘電体層における前記開口内にある、フィールド・プレートと
を備える、トランジスタ素子。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記フィールド・プレートは、前記半導体層の上に延びる非埋込部分を含み、前記フィールド・プレートの埋込部分が、前記非埋込部分が前記半導体層から垂直方向に離間されているよりも短い距離だけ、前記半導体層から垂直方向に離間されている、請求項１に記載のトランジスタ素子。
【請求項３】
前記層間誘電体層は、前記表面誘電体層における前記開口の中に延びている、請求項１に記載のトランジスタ素子。
【請求項４】
前記表面誘電体層における前記開口は、前記表面誘電体層を完全に通過して延びて前記半導体層を露出させている、請求項１に記載のトランジスタ素子。
【請求項５】
前記ゲートは、前記表面誘電体層を完全に通過して延びて前記半導体層に接触している、請求項１に記載のトランジスタ素子。
【請求項６】
前記半導体層上のソース接点及びドレイン接点をさらに含み、前記ゲートは、前記ソース接点と前記ドレイン接点との間にあり、前記非埋込部分は、前記半導体層の上を前記ドレイン接点に向かって延びる、ドレイン側ウィングを含む、請求項２に記載のトランジスタ素子。
【請求項７】
前記フィールド・プレートは、前記半導体層の上を前記ソース接点に向かって延びる、ソース側ウィングを含む、請求項６に記載のトランジスタ素子。
【請求項８】
前記ドレイン側ウィングは、約０ｎｍから約５００ｎｍまでの幅を有する、請求項６に記載のトランジスタ素子。
【請求項９】
前記フィールド・プレートは、前記トランジスタ素子のアクティブ領域の外側の前記ソース接点に電気的に接続され、前記フィールド・プレートと前記ソース接点との間の電気接続が、前記ゲートの上を交差しない、請求項６に記載のトランジスタ素子。
【請求項１０】
前記ドレイン側ウィングは、前記層間誘電体層と前記表面誘電体層とを合わせた厚さだけ、前記半導体層から垂直に離間されている、請求項６に記載のトランジスタ素子。
（【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】
本開示は、トランジスタ構造に関し、特にはフィールド・プレートを含む、電解効果トランジスタに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等のナロー・バンドギャップ半導体材料は、低電力用途、及びＳｉの場合には、低周波用途用の半導体素子に広く使用されている。ただし、これらの半導体材料は、バンドギャップが比較的小さく（室温において、Ｓｉで１．１２ｅＶ、ＧａＡｓで１．４２ｅＶ）、絶縁破壊電圧が比較的小さいため、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場合がある。
【０００３】
高出力、高温、及び／又は高周波の用途及びデバイスへの関心から、ワイド・バンドギャップ半導体材料、例えば、炭化ケイ素（室温において４Ｈ－ＳｉＣで３．２ｅＶ）及び第ＩＩＩ族窒化物（例えば、室温においてＧａＮで３．３６ｅＶ）が注目されている。これらの材料は、ＧａＡｓ及びＳｉよりも高い電界破壊強度、及び高い電子飽和速度を有することができる。
【０００４】
高電力及び／又は高周波数の用途で特に興味深い素子は、変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ：ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｄｏｐｅｄｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としても知られる、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。ＨＥＭＴ素子では、異なるバンドギャップ・エネルギーの２つの半導体材料のヘテロ接合において２次元電子ガス（２ＤＥＧ：ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｎｇａｓ）が形成され得、この場合に、小さいバンドギャップの材料は、広いバンドギャップ材料よりも電子親和力が高い。２ＤＥＧは、ドープされていない小さいバンドギャップ材料の蓄積層であり、比較的高いシート電子濃度、例えば１０
１３
キャリア／ｃｍ
２
を超えるシート電子濃度を含むことができる。さらに、より広いバンドギャップ半導体に由来する電子は、２ＤＥＧに転移する可能性があり、イオン化された不純物の散乱が減少することにより、比較的高い電子移動度が可能になる。比較的高いキャリア濃度とキャリア移動度との、この組合せは、ＨＥＭＴに比較的大きな相互コンダクタンスを与えることができ、高周波用途用の金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴＳ：ｍｅｔａｌ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）を超える性能上の優位性をもたらすことができる。
【０００５】
窒化ガリウム／窒化アルミニウムガリウム（ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）材料系で製造されたＨＥＭＴは、比較的高い絶縁破壊電界、比較的広いバンドギャップ、比較的大きな伝導帯オフセット、及び／又は比較的高い飽和電子ドリフト速度等の材料特性の組合せにより、大量のＲＦ電力を生成することが可能である。２ＤＥＧ中の電子の大部分は、ＡｌＧａＮ中の分極に起因する可能性がある。
【０００６】
フィールド・プレートは、マイクロ波周波数でのＧａＮベースのＨＥＭＴの性能を向上させるために使用されており、フィールド・プレートのない素子よりも性能が向上している。多くのフィールド・プレート・アプローチでは、フィールド・プレートをチャネルのドレイン側の上にのせた状態で、フィールド・プレートをトランジスタのソースに接続することを伴う。これにより、トランジスタのゲート・ドレイン側の電界が低下し、それによって絶縁破壊電圧が増加し、高電界トラップ効果が低下する可能性がある。ただし、ゲート・ドレイン間フィールド・プレートを備えたトランジスタの中には、特にゲートのソース側の電界が重要になるクラスＣ（又はそれより上のクラス）のオペレーションで、比較的低い信頼性性能を示すものがあり得る。
【０００７】
図１は、炭化ケイ素基板１２上に形成されたＧａＮベースＨＥＭＴ１０を示す。基板１２上にはＧａＮチャネル層１６があり、チャネル層１６上にはＡｌＧａＮバリア層１８がある。バリア層１８に隣接するチャネル層１６内に、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）２０が生じる。チャネル層１６上には、ソース接点２２及びドレイン接点２４が形成されている。２ＤＥＧ２０の導電率は、ソース接点２２とドレイン接点２４の間のバリア層１８の上に形成されたゲート２６に電圧を印加することによって、変調される。図１に示すように、ゲート２６は、表面誘電体層２５を通過して延びる比較的狭い接触領域において、ゲート２６がバリア層１８と接触する、マッシュルーム（ｍｕｓｈｒｏｏｍ）構成又はＴトップ（Ｔ－ｔｏｐ）構成を有していてもよい。
【０００８】
ＨＥＭＴ１０は、ソース接点２２に接続されたフィールド・プレート２８を含む。フィールド・プレート２８は、層間誘電体層２１によってゲート２６から離間されるとともに、層間誘電体層２１と表面誘電体層２５とによってバリア層１８から離間されている。フィールド・プレート２８は、ゲート２６の上方に延びるとともに、ドレイン２４に向かって横方向に延びている。
【０００９】
フィールド・プレート２８は、ソース接点２２に接続されている。フィールド・プレート２８をソース接点２２に接続すると、ゲート・ドレイン間容量（Ｃｇｄ：ｇａｔｅ－ｔｏ－ｄｒａｉｎｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を減少させ、その結果、素子のゲインを高めることができる。ゲート・ドレイン間容量Ｃｇｄを減少させることに加えて、フィールド・プレート２８の存在は、素子の直線性を改善し、且つ／又は容量のドレイン・バイアス依存性を減少させることができる。ＧａＮベースのＨＥＭＴは一般に良好な直線性を示すが、高電力ＲＦ用途ではさらなる改善が望まれる場合がある。また、図１に示された構造は、フィールド・プレートを備えない構造と比較して、ゲート・ドレイン間容量Ｃｇｄを小さくすることができる一方で、ゲート・ドレイン間容量Ｃｇｄは、依然としてドレイン接点２４のバイアスに対して大きな依存性を示す可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
米国特許第６，８４９，８８２号明細書
米国特許第７，２３０，２８４号明細書
米国特許第７，５０１，６６９号明細書
米国特許第７，１２６，４２６号明細書
米国特許第７，５５０，７８３号明細書
米国特許第７，５７３，０７８号明細書
米国特許出願公開第２００５／０２５３１６７号明細書
米国特許出願公開第２００６／０２０２２７２号明細書
米国特許出願公開第２００８／０１２８７５２号明細書
米国特許出願公開第２０１０／０２７６６９８号明細書
米国特許出願公開第２０１２／００４９９７３号明細書
米国特許出願公開第２０１２／０１９４２７６号明細書
米国特許第９，８４７，４１１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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