特開 2023-134338 高電子移動度トランジスタ構造及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023134338

(43)【公開日】2023-09-27

(54)【発明の名称】高電子移動度トランジスタ構造及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20230920BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20230920BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230920BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20230920BHJP

【ＦＩ】

H01L29/80 H

H01L21/20

H01L21/205

C23C16/34

【審査請求】有

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022170774

(22)【出願日】2022-10-25

(31)【優先権主張番号】111109211

(32)【優先日】2022-03-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】515124783

【氏名又は名称】環球晶圓股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】林伯融

(72)【発明者】

【氏名】劉嘉哲

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

5F102

5F152

【Ｆターム（参考）】

4K030AA11

4K030AA13

4K030AA20

4K030BA38

4K030BB02

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4K030LA14

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5F152LM08

5F152LN19

5F152MM05

5F152NN03

5F152NN05

5F152NN13

5F152NP09

5F152NQ09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ドーパントによるチャネル層のシート抵抗値への影響を低減する高電子移動度トランジスタ改良構造及びその製造方法を提供する。
【解決手段】高電子移動度トランジスタ構造１は、基板、窒化物核生成層、窒化物バッファ層、窒化物チャネル層及びバリア層を含む。窒化物バッファ層は、金属ドーパントを含み、窒化物チャネル層は、窒化物バッファ層よりも、低い金属ドープ濃度を有する。窒化物バッファ層と、窒化物チャネル層との境界における金属ドープ濃度Ｘは、１立方センチ当たりの金属原子数として定義され、窒化物チャネル層の厚さＹは、単位がミクロン（μｍ）であり、且つ、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４を満たす。
【効果】金属ドーパントによる窒化物チャネル層のシート抵抗値への影響が低減され、良好な性能を有する高電子移動度トランジスタ改良構造が提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電子移動度トランジスタ改良構造であって、
基板と、
窒化物核生成層と、
金属ドーパントを含む窒化物バッファ層と、
前記窒化物バッファ層よりも、低い金属ドープ濃度を有する窒化物チャネル層と、
バリア層であって、二次元電子ガスが前記窒化物チャネル層と前記バリア層との間の界面に沿って前記窒化物チャネル層に形成されるバリア層とを順に含み、
前記窒化物バッファ層と前記窒化物チャネル層との境界における金属ドープ濃度Ｘは、１立方センチ当たりの金属原子数として定義され、前記窒化物チャネル層の厚さＹの単位は、ミクロン（μｍ）であり、前記窒化物チャネル層の厚さＹは、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４を満たす、高電子移動度トランジスタ改良構造。

【請求項2】

前記窒化物チャネル層の厚さＹは、（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．５４≦Ｙを満たす、請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ改良構造。

【請求項3】

前記窒化物バッファ層の同じ厚さ位置における金属ドーパント濃度は、均一に分布し、且つ、（金属ドーパント濃度の最大値－金属ドーパント濃度の最小値）／金属ドーパント濃度の最大値≦０．２を満たし、前記窒化物チャネル層の同じ厚さ位置における金属ドーパント濃度は、均一に分布し、且つ、（金属ドーパント濃度の最大値－金属ドーパント濃度の最小値）／金属ドーパント濃度の最大値≦０．２を満たす、請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ改良構造。

【請求項4】

前記窒化物チャネル層は、均一に分布する窒化物からなる、請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ改良構造。

【請求項5】

前記窒化物バッファ層と、前記窒化物チャネル層とは、同じ窒化物からなる、請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ改良構造。

【請求項6】

前記窒化物チャネル層における金属ドープ濃度は、前記窒化物バッファ層と前記窒化物チャネル層との境界から、前記窒化物チャネル層と前記バリア層との間の界面の方向に向かって漸減する、請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ改良構造。

【請求項7】

前記窒化物バッファ層と前記窒化物チャネル層との境界における金属ドープ濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも大きい、請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ改良構造。

【請求項8】

前記窒化物バッファ層と前記窒化物チャネル層との合計厚さは、２ミクロン未満である、請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ改良構造。

【請求項9】

高電子移動度トランジスタ構造の製造方法であって、
基板を用意するステップと、
前記基板の上方に窒化物核生成層を形成するステップと、
前記窒化物核生成層の上方に窒化物バッファ層を形成すると同時に、金属ドーピング工程を行うステップと、
前記窒化物バッファ層の上方にＹミクロン（μｍ）の厚さとなる窒化物チャネル層を形成するとともに、前記金属ドーピング工程を停止するステップと、
前記窒化物チャネル層の上方にバリア層を形成するステップであって、二次元電子ガスが前記窒化物チャネル層と前記バリア層との間の界面に沿って前記チャネル層に形成されるステップとを含み、
前記窒化物バッファ層と前記窒化物チャネル層との境界における金属ドープ濃度Ｘは、１立方センチ当たりにＸ個の金属原子があるとして定義され、前記窒化物チャネル層の厚さＹは、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４を満たす、高電子移動度トランジスタ構造の製造方法。

【請求項10】

前記窒化物チャネル層の厚さＹは、（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．５４≦Ｙを満たす、請求項９に記載の高電子移動度トランジスタ構造の製造方法。

【請求項11】

前記窒化物バッファ層と前記窒化物チャネル層との境界における金属ドープ濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上である、請求項９に記載の高電子移動度トランジスタ構造の製造方法。

【請求項12】

前記窒化物バッファ層と前記窒化物チャネル層との合計厚さは、２ミクロン未満である、請求項９に記載の高電子移動度トランジスタ構造の製造方法。

【請求項13】

前記窒化物バッファ層及び前記窒化物チャネル層のエピタキシャル成長条件は、温度が１０３０～１０７０℃であり、圧力が１５０～２５０ｔｏｒｒであり、Ｖ／ＩＩＩ比が２００～１５００であることを満たす、請求項９に記載の高電子移動度トランジスタ構造の製造方法。

【請求項14】

前記金属ドーピング工程は、Ｃｐ２Ｆｅ（ビスクロペンタジエニル鉄）の流量を一定値に制御することを含む、請求項１２に記載の高電子移動度トランジスタ構造の製造方法。

【請求項15】

高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法であって、
基板を用意するステップと、
前記基板の上方に窒化物核生成層を形成するステップと、
前記窒化物核生成層の上方に窒化物バッファ層を形成すると同時に、金属原子ドーピング工程を行うステップと、
前記金属原子ドーピング工程を停止するとともに、前記窒化物バッファ層の上方に窒化物チャネル層を形成するステップと、
前記窒化物バッファ層における前記窒化物チャネル層との境界にて金属の濃度を測定し、前記窒化物チャネル層における表面及び異なる厚さ位置にて金属原子の濃度を測定して、金属ドープ濃度の数値を複数得て、これらの金属ドープ濃度の数値及び対応する前記窒化物チャネル層の厚さ位置から、前記窒化物チャネル層における単位厚さ当たりの金属ドープ濃度の変化量をＣとして推定するステップと、
これらの金属ドープ濃度の数値のうち、Ｘ１とＸ２との間にあるように金属ドープ濃度の数値を限定するステップであって、これにより、前記窒化物バッファ層における前記窒化物チャネル層との境界での金属ドープ濃度をＸとし、前記窒化物チャネル層の厚さをＹとした場合、Ｘ１≦Ｘ－Ｃ＊Ｙ≦Ｘ２が満たされ、最適化された金属ドープ濃度の値及び対応する窒化物チャネル層の厚さの値が得られるステップとを含む、高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法。

【請求項16】

前記窒化物チャネル層の異なる厚さ位置にてシート抵抗及び対応する金属ドープ濃度を測定して、シート抵抗値及び対応する金属ドープ濃度の数値を複数ずつ得て、これらのシート抵抗値のうち、異なる２つのシート抵抗値を取得して、対応する２つの金属ドープ濃度の数値Ｘ１、Ｘ２を得る、請求項１５に記載の高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法。

【請求項17】

前記窒化物バッファ層及び前記窒化物チャネル層のエピタキシャル成長条件は、温度が１０３０～１０７０℃であり、圧力が１５０～２５０ｔｏｒｒであり、Ｖ／ＩＩＩ比が２００～１５００であることを満たす、請求項１５に記載の高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体技術に関するものであり、特に、高電子移動度トランジスタに関する。

【背景技術】

【0002】

高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＨＥＭＴ）は、二次元電子ガス（ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ，２－ＤＥＧ）を有するトランジスタとして知られ、その二次元電子ガスが、エネルギーギャップの異なる２種類の材料間のヘテロ接合面に隣接しており、高電子移動度トランジスタが、トランジスタのキャリアチャネルとしてドープ領域を使用するのではなく、高い電子移動性を有する二次元電子ガスを使用しているため、高電子移動度トランジスタは、高耐電圧、高電子移動度、低オン抵抗及び低入力容量等の特性を持っており、高出力半導体裝置に広く適用可能である。

【0003】

一般的に、性能を向上させるためには、高電子移動度トランジスタのバッファ層にドーピングされることが多いが、バッファ層におけるドーパントがチャネル層に透過拡散して析出されることで、例えばチャネル層のシート抵抗値が上昇する等の問題に繋がってしまう。そのため、如何にドーパントによるチャネル層のシート抵抗値への影響を低減し、良好な性能を有する高電子移動度トランジスタを提供するかは、早急に解決すべき問題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これに鑑みて、本発明の目的は、ドーパントによるチャネル層のシート抵抗値への影響を低減し、良好な性能を有する高電子移動度トランジスタを提供可能な高電子移動度トランジスタ構造及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために、本発明による高電子移動度トランジスタ改良構造は、基板、窒化物核生成層、窒化物バッファ層、窒化物チャネル層及びバリア層を含み、前記窒化物バッファ層は、金属ドーパントを含み、前記窒化物チャネル層は、前記窒化物バッファ層よりも、低い金属ドープ濃度を有し、二次元電子ガスが前記窒化物チャネル層と前記バリア層との間の界面に沿って前記窒化物チャネル層に形成され、前記窒化物バッファ層と前記窒化物チャネル層との境界における金属ドープ濃度Ｘは、１立方センチ当たりの金属原子数として定義され、前記窒化物チャネル層の厚さＹの単位は、ミクロン（μｍ）であり、前記窒化物チャネル層の厚さＹは、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４を満たす。

【0006】

本発明は、高電子移動度トランジスタ構造の製造方法であって、基板を用意するステップと、前記基板の上方に前記窒化物バッファ層を形成すると同時に、金属ドーピング工程を行うステップと、前記窒化物バッファ層の上方にＹミクロン（μｍ）の厚さとなる窒化物チャネル層を形成するとともに、前記金属ドーピング工程を停止するステップと、前記窒化物チャネル層の上方にバリア層を形成するステップとを含み、前記窒化物チャネル層の金属ドープ濃度は、１立方センチ当たりにＸ個の金属原子があるとして定義され、前記窒化物チャネル層の厚さＹは、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４を満たす、高電子移動度トランジスタ構造の製造方法を更に提供する。

【0007】

本発明は、高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法であって、基板を用意するステップと、前記基板の上方に窒化物核生成層を形成するステップと、前記窒化物核生成層の上方に窒化物バッファ層を形成すると同時に、金属原子ドーピング工程を行うステップと、前記金属ドーピング工程を停止するとともに、前記窒化物バッファ層の上方に窒化物チャネル層を形成するステップと、前記窒化物バッファ層における前記窒化物チャネル層との境界にて金属の濃度を測定し、前記窒化物チャネル層における表面及び異なる厚さ位置にて金属原子の濃度を測定して、金属ドープ濃度の数値を複数得て、これらの金属ドープ濃度の数値及び対応する前記窒化物チャネル層の厚さ位置から、前記窒化物チャネル層における単位厚さ当たりの金属ドープ濃度の変化量をＣとして推定するステップと、これらの金属ドープ濃度の数値のうち、Ｘ１とＸ２との間にあるように金属ドープ濃度の数値を限定するステップであって、これにより、前記窒化物バッファ層における前記窒化物チャネル層との境界での金属ドープ濃度をＸとし、前記窒化物チャネル層の厚さをＹとした場合、Ｘ１≦Ｘ－Ｃ＊Ｙ≦Ｘ２が満たされ、最適化された金属ドープ濃度の値及び対応する窒化物チャネル層の厚さの値が得られるステップとを含む、高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法を更に提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の効果としては、前記窒化物チャネル層の厚さＹを、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４を満たすように設計することで、前記金属ドーパントによる前記窒化物チャネル層のシート抵抗値への影響を低減し、良好な性能を有する高電子移動度トランジスタ改良構造を提供することができ、金属ドープ濃度Ｘが一定値の場合、前記窒化物チャネル層の厚さＹの最大値を推定でき、逆に、前記窒化物チャネル層の厚さＹが一定値の場合、金属ドープ濃度Ｘの最小値を推定でき、それにより、金属ドープ濃度に対応する最適化された窒化物チャネル層の厚さの数値範囲、又は窒化物チャネル層の厚さに対応する最適化された金属ドープ濃度の数値範囲を得ることができ、更に、本発明に係る前記高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法によれば、最適化された金属ドープ濃度の値及び対応する窒化物チャネル層の厚さの値を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の一好ましい実施例に係る高電子移動度トランジスタ改良構造の模式図である。

【図2】図２は、本発明に係る１つの好ましい実施例における高電子移動度トランジスタ構造の製造方法のフローチャートである。

【図3】図３は、本発明に係る１つの好ましい実施例における高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法のフローチャートである。

【図4】図４は、本発明に係る１つの好ましい実施例における鉄原子ドープ濃度と厚さとの関係図である。

【図5】図５は、本発明に係る１つの好ましい実施例におけるシート抵抗値と鉄原子ドープ濃度との関係図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明をより明確に説明できるように、好ましい実施例を挙げ、図面を参照して以下に詳しく説明する。

【0011】

図１に示すように、本発明に係る１つの好ましい実施例における高電子移動度トランジスタ改良構造１は、基板１０、核生成層２０、バッファ層３０、チャネル層４０及びバリア層５０を順に含み、本発明に係る高電子移動度トランジスタ改良構造は、金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）によって前記基板上に形成されてもよい。

【0012】

更に説明すれば、前記基板１０は、抵抗率が１０００Ω／ｃｍ以上の基板であり、例えば、前記基板は、ＳｉＣ基板、サファイア基板又はＳｉ基板であってもよい。

【0013】

前記核生成層２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）となる窒化物核生成層であり、且つ前記基板１０と前記バッファ層３０との間に位置する。

【0014】

前記バッファ層３０は、ドーパントを含み、本実施例において、前記バッファ層３０は、例えば窒化ガリウムとなる窒化物バッファ層であり、前記ドーパントは、金属ドーパントであり、前記金属ドーパントが鉄を例にして説明され、前記バッファ層３０における前記ドーパントのドープ濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であり、前記バッファ層３０と前記チャネル層４０との境界における金属ドープ濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上である。

【0015】

前記チャネル層４０は、例えば窒化アルミニウムガリウム又は窒化ガリウムとなる窒化物チャネル層であり、二次元電子ガスが前記チャネル層４０と前記バリア層５０との間の界面に沿って前記チャネル層４０に形成される。一実施例において、前記バッファ層３０と、前記チャネル層４０とは、同じ窒化物であって、均一に分布する窒化物からなり、前記チャネル層４０の厚さＹは、０．６～１．２ミクロンであり、前記バッファ層３０と前記チャネル層４０との合計厚さＴは、２ミクロン以下であり、且つ、前記チャネル層４０は、前記バッファ層３０よりも、低い前記ドーパントのドープ濃度を有し、前記チャネル層４０における金属ドープ濃度、つまり鉄原子濃度は、前記バッファ層３０と前記チャネル層４０との境界から、前記チャネル層４０と前記バリア層５０との間の界面の方向に向かって漸減し、他の実施例において、かかる鉄原子濃度は、他の形態で前記バッファ層３０及び前記チャネル層４０に分布してもよい。

【0016】

更に説明すれば、一実施例において、前記バッファ層３０における前記ドーパントのドープ濃度は、同じ厚さ位置での分布が均一であり、前記チャネル層４０における前記ドーパントのドープ濃度は、同じ厚さ位置での分布が均一であり、前記バッファ層３０の厚さとは、前記バッファ層３０が、前記バッファ層３０と前記核生成層２０との境界から、前記バッファ層の上面まで至る距離又は前記チャネル層４０に近づく方向へ延在する距離を指し、前記チャネル層４０の厚さとは、前記チャネル層４０が、前記バッファ層３０と前記チャネル層４０との境界から、前記チャネル層４０の上面まで至る距離又は前記バリア層５０に近づく方向へ延在する距離を指し、好ましくは、前記バッファ層３０は、同じ厚さ位置で、（金属ドーパント濃度の最大値－金属ドーパント濃度の最小値）／金属ドーパント濃度の最大値≦０．２という条件を満たし、前記チャネル層は、同じ厚さ位置で、（金属ドーパント濃度の最大値－金属ドーパント濃度の最小値）／金属ドーパント濃度の最大値≦０．２を満たす。

【0017】

前記チャネル層４０は、前記バリア層５０との間の界面における前記ドーパントのドープ濃度が、１×１０¹⁵ｃｍ^-3以上であり、別の実施例において、前記チャネル層４０は、前記バリア層５０との間の界面における前記ドーパントのドープ濃度が、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である。

【0018】

前記窒化物バッファ層３０と前記窒化物チャネル層４０との境界における金属ドープ濃度Ｘは、１立方センチ当たりの金属原子数として定義され、前記窒化物チャネル層４０の厚さＹの単位は、ミクロン（μｍ）であり、前記窒化物チャネル層４０の厚さＹは、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４という条件を満たし、好ましくは、前記窒化物チャネル層４０の厚さＹは、（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．５４≦Ｙという条件を満たす。これにより、前記金属ドーパントによる前記窒化物チャネル層４０のシート抵抗値への影響を低減し、良好な性能を有する高電子移動度トランジスタ改良構造を提供することができ、金属ドープ濃度Ｘが一定値の場合、前記窒化物チャネル層４０の厚さＹの最大値を推定でき、逆に、前記窒化物チャネル層４０の厚さＹが一定値の場合、金属ドープ濃度Ｘの最小値を推定でき、金属ドープ濃度に対応する最適化された窒化物チャネル層４０の厚さの数値範囲、又は窒化物チャネル層４０の厚さに対応する最適化された金属ドープ濃度の数値範囲が得られる。

【0019】

図２には、本発明に係る１つの好ましい実施例における高電子移動度トランジスタ構造の製造方法のフローチャートが示されており、本発明に係る高電子移動度トランジスタ構造は、金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）によって基板上に形成されてもよく、前記高電子移動度トランジスタ構造の製造方法は、以下のステップＳ０２～Ｓ１０を含む。

【0020】

ステップＳ０２は、基板１０を用意するステップであり、前記基板１０は、抵抗率が１０００Ω／ｃｍ以上の基板であり、例えば、前記基板１０は、ＳｉＣ基板、サファイア基板又はＳｉ基板であってもよい。

【0021】

ステップＳ０４は、前記基板１０の上方に核生成層２０を形成するステップであり、前記核生成層２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）である。

【0022】

ステップＳ０６は、前記核生成層２０の上方にバッファ層３０を形成すると同時に、ドーピング工程を行うステップであり、前記バッファ層３０は、窒化物バッファ層であり、前記窒化物バッファ層のエピタキシャル成長条件は、温度が１０３０～１０７０℃であり、圧力が１５０～２５０ｔｏｒｒであり、Ｖ／ＩＩＩ比が２００～１５００であることを満たし、前記ドーピング工程におけるドーパントのドープ濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であり、前記ドーピング工程は、金属ドーピング工程であり、前記金属ドーピング工程でドーピングされる金属は、鉄であり、前記金属ドーピング工程は、Ｃｐ２Ｆｅ（ビスクロペンタジエニル鉄）の流量を一定値に制御することを含み、更に、ドーパントのドープ濃度の分布が同じ厚さ位置で均一となる前記バッファ層が得られ、好ましくは、前記バッファ層３０は、同じ厚さ位置で、（金属ドーパント濃度の最大値－金属ドーパント濃度の最小値）／金属ドーパント濃度の最大値≦０．２という条件を満たす。

【0023】

ステップＳ０８は、前記バッファ層３０の上方にチャネル層４０を形成するステップであり、前記チャネル層４０は、窒化物チャネル層４０であり、前記窒化物チャネル層４０のエピタキシャル成長条件は、温度が１０３０～１０７０℃であり、圧力が１５０～２５０ｔｏｒｒであり、Ｖ／ＩＩＩ比が２００～１５００であることを満たし、前記窒化物バッファ層３０と前記窒化物チャネル層４０との境界における金属ドープ濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であり、本実施例において、前記ステップＳ０８は、前記金属ドーピング工程を停止するとともに、前記バッファ層３０の上方にＹミクロン（μｍ）の厚さとなる前記チャネル層４０を形成することを含み、かかる厚さとは、前記チャネル層４０が、前記バッファ層３０と前記チャネル層４０との境界から前記チャネル層４０の上面まで至る距離を指す。前記バッファ層３０と前記チャネル層４０との合計厚さは、２ミクロン以下であり、かかる合計厚さとは、前記バッファ層３０が、前記バッファ層３０と前記核生成層２０との境界から前記チャネル層４０の上面まで至る距離を指す。前記バッファ層３０における鉄原子は、前記バッファ層３０とチャネル層４０との境界から前記チャネル層４０へ拡散されることで、前記チャネル層４０における鉄原子濃度は、前記バッファ層３０とチャネル層４０との境界から、前記チャネル層４０の表面の方向に向かって漸減する。

【0024】

前記窒化物バッファ層３０と前記窒化物チャネル層４０との境界における金属ドープ濃度Ｘは、１立方センチ当たりにＸ個の金属原子があるとして定義され、前記窒化物チャネル層４０の厚さＹは、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４を満たし、好ましくは、前記窒化物チャネル層４０の厚さＹは、（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．５４≦Ｙを満たす。

【0025】

ステップＳ１０は、前記チャネル層４０の上方にバリア層５０を形成するステップであり、二次元電子ガスが前記チャネル層４０と前記バリア層５０との間の界面に沿って前記チャネル層４０に形成され、前記チャネル層４０は、前記バリア層５０との間の界面における前記ドーパントのドープ濃度が、１×１０¹⁵ｃｍ^-3以上であり、好ましくは、前記チャネル層４０は、前記バリア層５０との間の前記界面における前記ドーパントのドープ濃度が、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である。

【0026】

更に説明すれば、本実施例において、前記バッファ層３０及び前記チャネル層４０は、何れも、均一に分布する窒化ガリウムからなり、且つ、前記バッファ層３０における前記ドーパントのドープ濃度は、同じ厚さ位置での分布が均一であり、前記チャネル層４０における前記ドーパントのドープ濃度は、同じ厚さ位置での分布が均一であり、前記バッファ層３０の厚さとは、前記バッファ層３０が、前記バッファ層３０と前記核生成層２０との境界から、前記バッファ層の上面まで至る距離又は前記チャネル層４０に近づく方向へ延在する距離を指し、前記チャネル層４０の厚さとは、前記チャネル層４０が、前記バッファ層３０と前記チャネル層４０との境界から、前記チャネル層４０の上面まで至る距離又は前記バリア層５０に近づく方向へ延在する距離を指し、好ましくは、前記バッファ層３０は、同じ厚さ位置で、（金属ドーパント濃度の最大値－金属ドーパント濃度の最小値）／金属ドーパント濃度の最大値≦０．２という条件を満たし、前記チャネル層は、同じ厚さ位置で、（金属ドーパント濃度の最大値－金属ドーパント濃度の最小値）／金属ドーパント濃度の最大値≦０．２を満たす。

【0027】

図３に示すように、本発明に係る１つの好ましい実施例における高電子移動度トランジスタ構造における窒化物チャネル層の厚さと金属ドープ濃度とを最適化する製造方法は、以下のステップＳ２０２～Ｓ２１０を含む。

【0028】

ステップＳ２０２は、基板１０を用意し、前記基板１０の上方に窒化物核生成層２０を形成するステップである。

【0029】

ステップＳ２０４は、前記窒化物核生成層２０の上方に窒化物バッファ層３０を形成すると同時に、金属原子ドーピング工程を行うステップである。

【0030】

ステップＳ２０６は、前記金属ドーピング工程を停止するとともに、前記窒化物バッファ層３０の上方に窒化物チャネル層４０を形成するステップである。

【0031】

ステップＳ２０８は、前記窒化物バッファ層３０における前記窒化物チャネル層４０との境界にて金属の濃度を測定し、前記窒化物チャネル層４０の表面及び異なる厚さ位置にて金属原子の濃度を測定して、金属ドープ濃度の数値を複数得て、これらの金属ドープ濃度の数値及び対応する前記窒化物チャネル層４０の厚さ位置から、前記窒化物チャネル層における単位厚さ当たりの金属ドープ濃度の変化量をＣとして推定するステップである。

【0032】

ステップＳ２１０は、これらの金属ドープ濃度の数値のうち、Ｘ１とＸ２との間にあるように金属ドープ濃度の数値を限定するステップであり、これにより、前記窒化物バッファ層３０における前記窒化物チャネル層４０との境界での金属ドープ濃度をＸとし、前記窒化物チャネル層の厚さをＹとした場合、Ｘ１≦Ｘ－Ｃ＊Ｙ≦Ｘ２が満たされ、最適化された金属ドープ濃度の値及び対応する窒化物チャネル層の厚さの値が得られ、前記ステップＳ２０８は、前記窒化物チャネル層の異なる厚さ位置にてシート抵抗及び対応する金属ドープ濃度を測定して、シート抵抗値及び対応する金属ドープ濃度の数値を複数ずつ得て、これらのシート抵抗値のうち、異なる２つのシート抵抗値を取得して、対応する２つの金属ドープ濃度の数値Ｘ１、Ｘ２を得ることを更に含む。

【0033】

例えば、使用者は、ステップＳ２０２を実行して、ＳｉＣ基板を用意し、金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）によって前記基板上に窒化アルミニウム核生成層を形成することが可能である。

【0034】

次に、ステップＳ２０４を実行して、金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）によって、温度が１０３０～１０７０℃であり、圧力が１５０～２５０ｔｏｒｒであり、Ｖ／ＩＩＩ比が２００～１５００であるというエピタキシャル成長条件を満たすように前記窒化アルミニウム核生成層の上方に窒化ガリウムバッファ層を形成すると同時に、鉄原子ドーピング工程を行いながら、Ｃｐ２Ｆｅ（ビスクロペンタジエニル鉄）の流量を一定値に制御して、前記窒化ガリウムバッファ層における前記鉄原子のドープ濃度を一定値である５×１０¹⁸ｃｍ^-3にする。

【0035】

続いて、ステップＳ２０６を実行して、前記鉄原子ドーピング工程を停止するとともに、金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）によって、温度が１０３０～１０７０℃であり、圧力が１５０～２５０ｔｏｒｒであり、Ｖ／ＩＩＩ比が２００～１５００であるというエピタキシャル成長条件を満たすように前記窒化ガリウムバッファ層の上方に０．６～１．２ミクロンの厚さとなる窒化ガリウムチャネル層を形成し、前記窒化ガリウムバッファ層と前記窒化ガリウムチャネル層との合計厚さは、２ミクロン以下となる。

【0036】

続いて、ステップＳ２０８を実行して、図４に示すように、前記窒化ガリウムチャネル層の異なる厚さ位置Ｔ１、Ｔ２及びＴ３にて、それぞれ、対応する鉄原子ドープ濃度の数値Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を取得して、前記窒化物チャネル層における単位厚さ当たりの金属ドープ濃度の変化量をＣとして推定し、本実施例において、Ｃ＝１／０．２１７１である。

【0037】

続いて、ステップＳ２１０を実行して、前記窒化ガリウムチャネル層の異なる厚さ位置Ｔ１、Ｔ２及びＴ３にて、それぞれ、対応するシート抵抗値Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を取得して、図５に示すように、シート抵抗値をＹ軸とし、鉄原子ドープ濃度の数値をＸ軸としてプロットして回帰曲線を得て、前記回帰曲線によって、鉄原子ドープ濃度の数値が固定数値Ｃ４よりも小さくなると、鉄原子ドープ濃度の数値に伴って降下する時のシート抵抗値の変化量が０に近くなることを判断した上で、前記固定数値Ｃ４の近くで、対応する２つの異なる鉄原子ドープ濃度の数値である５×１０¹⁶ｃｍ^-3、１×１０¹⁷ｃｍ^-3を取得して、２つの異なる鉄原子ドープ濃度の数値である５×１０¹⁶ｃｍ^-3と１×１０¹⁷ｃｍ^-3との間にあるように鉄原子ドープ濃度の数値を限定すれば、前記窒化ガリウムバッファ層における前記窒化ガリウムチャネル層との境界での金属ドープ濃度をＸとし、前記窒化ガリウムチャネル層の厚さをＹとした場合、５×１０¹⁶≦Ｘ－Ｃ＊Ｙ≦１×１０¹⁷が満たされ、これにより、（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．５４≦Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４が導き出される。ここで、異なる厚さ位置の値、鉄原子ドープ濃度の数値及びシート抵抗値を３つとした例について説明したが、他の実施例において、厚さ位置の値、鉄原子ドープ濃度の数値及びシート抵抗値を３つ以上取得することを排除しない。

【0038】

上記を纏めて、本発明に係る高電子移動度トランジスタ改良構造は、Ｙ≦（０．２１７１）ｌｎ（Ｘ）－８．３４を満たすことで、前記金属ドーパントによる前記窒化物チャネル層のシート抵抗値への影響を低減し、良好な性能を有する高電子移動度トランジスタ改良構造を提供することができ、金属ドープ濃度Ｘが一定値の場合、前記窒化物チャネル層の厚さＹの最大値を推定でき、逆に、前記窒化物チャネル層の厚さＹが一定値の場合、金属ドープ濃度Ｘの最小値を推定でき、それにより、金属ドープ濃度に対応する最適化された窒化物チャネル層の厚さの数値範囲、又は窒化物チャネル層の厚さに対応する最適化された金属ドープ濃度の数値範囲を得ることができ、更に、本発明に係る高電子移動度トランジスタ改良構造において、前記チャネル層は、前記バリア層との間の界面における前記ドーパントのドープ濃度が、１×１０¹⁵ｃｍ^-3以上であるという技術的特徴によれば、前記金属ドーパントによる前記窒化物チャネル層のシート抵抗値への影響を低減し、良好な性能を有する高電子移動度トランジスタ改良構造を提供することができる。

【0039】

上述したのは、本発明の好ましい可能な実施例に過ぎず、本発明の明細書及び特許請求の範囲を利用してなされた同等バリエーションは、何れも本発明の特許範囲内に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0040】

１：高電子移動度トランジスタ改良構造
１０：基板
２０：核生成層
３０：バッファ層
４０：チャネル層
５０：バリア層
Ｓ０２、Ｓ０４、Ｓ０６、Ｓ０８、Ｓ１０：ステップ
Ｓ２０２、Ｓ２０４、Ｓ２０６、Ｓ２０８、Ｓ２１０：ステップ
Ｔ、Ｙ：厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】