(57)【要約】半導体構造が開示され、この半導体構造は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する炭化シリコンのウェハと、ウェハ上のＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造とを含んでおり、これは、多くの特性において、高い均一性を示す。これらは、ウェハ全面で３パーセント未満のシート抵抗率の標準偏差；ウェハ全面で１パーセント未満の電子移動度の標準偏差；ウェハ全面で約３．３パーセント以下のキャリア密度の標準偏差；およびウェハ全面で約２．５パーセントの導電性の標準偏差を含む。
2008544486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造であって、
少なくとも１００ｍｍの直径を有する炭化シリコン基板と、
該基板上のＩＩＩ族窒化物へテロ構造と
を備えており、該へテロ構造は、
シート抵抗率の標準偏差がウェハ全面で３パーセント未満であること、または電子移動度の標準偏差が該ウェハ全面で３パーセント未満であること
のうちの少なくとも１つを特徴とする、半導体構造。
【請求項２】
前記炭化シリコンは、半絶縁性である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項３】
平均のシート抵抗率は、約３００オーム／□である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項４】
最大のシート抵抗率は、３２９オーム／□以下である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項５】
前記へテロ構造は、前記基板上の窒化アルミニウムガリウムのエピタキシャル層を含んでおり、該窒化アルミニウムガリウム層では、前記１００ミリメートル構造全面で、シート抵抗率の標準偏差が約１．５パーセント以下である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項６】
前記ＩＩＩ族へテロ構造は、少なくとも２つのエピタキシャル層から形成されており、該少なくとも２つのエピタキシャル層は、それらの界面で２次元電子ガスを生成するように組成が異なっており、
前記構造は、該へテロ構造に対する導電性のある、ソース、ドレイン、およびゲートのそれぞれの複数のコンタクトをさらに含んでいる、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項７】
前記へテロ構造は、前記基板上の窒化ガリウム層と、該窒化ガリウム層上の窒化アルミニウムガリウム層とを含んでいる、請求項６に記載の半導体構造。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体のプレカーサー構造であって、
前記へテロ構造の層の組成は、第１の層と第２の層との間の界面で２次元電子ガスを生成するように異なっており、
該プレカーサー構造は、前記１００ミリメートル構造全面で、シート抵抗率の標準偏差が約１パーセント以下である、半導体のプレカーサー構造。
【請求項９】
前記炭化シリコン基板は、炭化シリコンの３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、および１５Ｒのポリタイプから選択されたポリタイプを有する単結晶である、請求項８に記載の半導体のプレカーサー構造。
【請求項１０】
前記２次元電子ガスにおける電子移動度を増加させる、前記第２の層上の第３のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含んでいる、請求項８に記載の半導体のプレカーサー構造。
【請求項１１】
前記ウェハ全面で、キャリア密度の標準偏差が３．３％未満である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項１２】
キャリア密度は、約９Ｅ１２ｃｍ−２である、請求項１１に記載の半導体構造。
【請求項１３】
アルミニウムを含むＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を含み、
該ＩＩＩ族窒化物の層では、最大のアルミニウム含有量に対する最小のアルミニウム含有量の比は、少なくとも０．９である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項１４】
請求項１３に記載の構造を組み込んだ複数の炭化シリコンのウェハであって、
該各ウェハの上面としてのＡｌＧａＮバリア層を含んでおり、
該ウェハでは、該ＡｌＧａＮバリア層における中心に対する縁のアルミニウムの割合の比は、約０．９８〜１．０２の間であり、
該ウェハの７５％では、該ＡｌＧａＮバリア層の最大の厚さに対する最小の厚さの比は少なくとも０．８である、ウェハ。
【請求項１５】
半導体構造であって、
互換性のある基板上の窒化ガリウムおよび窒化アルミニウムガリウムからなる群から選択されたＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を備え、
該ＩＩＩ族窒化物の層は、少なくとも１００ミリメートルの直径を有しており、
該ＩＩＩ族窒化物の層では、最大の厚さに対する最小の厚さの比は少なくとも０．８である、半導体構造。
【請求項１６】
半導体構造であって、
少なくとも約１００ミリメートルの直径を有する炭化シリコンウェハと、
該炭化シリコンウェハ上のＩＩＩ族窒化物層であって、該炭化シリコンウェハと実質的に同じ直径を有している、ＩＩＩ族窒化物層と
を備えており、
該ウェハおよびエピタキシャル層は、１００ミクロン未満のワープを有している、半導体構造。
【請求項１７】
半導体構造であって、
少なくとも１００ミリメートルの直径を有する炭化シリコンのウェハと、
該炭化シリコンのウェハ上のＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層であって、該ウェハと実質的に同じサイズを有している、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層と
を備えており、
該ウェハおよびエピタキシャル層は、１００ミクロン未満のワープを有している、半導体構造。
【請求項１８】
前記エピタキシャル層は、１ミクロンよりも大きい厚さを有しており、前記炭化シリコンのウェハは、１ミリメートル未満の厚さを有している、請求項１６または請求項１７に記載の半導体構造。
【請求項１９】
半導体構造であって、
互換性のある基板上のアルミニウムを含むＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を備え、
該ＩＩＩ族窒化物の層は、少なくとも１００ミリメートルの直径を有しており、
該ＩＩＩ族窒化物の層は、５パーセント未満の厚さの標準偏差を示している、半導体構造。
【請求項２０】
前記基板は、炭化シリコンを含んでいる、請求項１９に記載の半導体構造。
【請求項２１】
有機金属気相成長に適合したソースガスを用いて半導体基板上にＩＩＩ族窒化物層をエピタキシャル成長させる方法であって、改善は、
互いに組成が十分に異なっている２つのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から形成されたヘテロ構造を成長させ、最小の水素を含む空気中でそれらの界面で、かつ少なくとも１００ｍｍの直径の基板上で、２次元電子ガスを生成すること
を含んでいる、方法。
【請求項２２】
半絶縁性の基板上で、ヘテロ構造を成長させることを含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板上の窒化ガリウムエピタキシャル層と、
該窒化ガリウム層上のＡｌｘＧａ１−ｘＮ、但し０＜ｘ≦１のエピタキシャル層と
からなるヘテロ構造を成長させることを含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、およびアンモニアをソースガスとして用いることによって、前記へテロ構造を成長させることを含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記へテロ構造における窒化アルミニウムガリウムのエピタキシャル層にドーピングするシリコンソースガスとしてシランを用いることを含んでいる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
半絶縁性炭化シリコン基板上にヘテロ構造を成長させることを含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記窒化ガリウムエピタキシャル層を成長させるステップの前に、前記基板上に核形成層を成長させるステップをさらに含んでいる、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波高出力アプリケーションのための半導体材料の使用に関し、詳細には、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に対するＩＩＩ族窒化物材料の使用に関し、最も詳細には、これらの材料系における改善に関し、材料系における改善は、トランジスタの電子的性能における対応する改善をもたらす。
【背景技術】
【０００２】
ＨＥＭＴは、例えば、レーダ、セル式電話、衛星通信、およびその他のマイクロ波回路のアプリケーション（しかし、これらには限定されない）のようなアプリケーションにおいて信号増幅の利点を提供する固体トランジスタである。
【０００３】
ＨＥＭＴは、従来の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と非常に似た挙動を示す。ドレイン電極とソース電極との間の導電チャネルは、ゲート電極に電圧を印加することによって影響され得る。これは、ドレインソース電流を変調する。ＨＥＭＴにおいて、導電チャネルは、ヘテロ構造（２つの異なる半導体材料が互いに隣接する）によって形成される。ヘテロ材料の間の（特に、これらへテロ材料のそれぞれのバンドギャップおよび電子親和力の）差異は、ヘテロ界面における電荷キャリアの薄層の形成を促進するために十分でなければならない。薄層は、典型的には、２次元電子ガス（「２ＤＥＧ」）と称される。この層におけるキャリア濃度およびそれらの速度は、ＨＥＭＴが非常に高い周波数で高い利得を維持することを可能にする。
【０００４】
その他の半導体デバイスと同様に、任意の所与のＨＥＭＴの性能パラメータの多くは、それらが形成される材料に直接関係している。ＨＥＭＴに対してより標準的な材料になっているガリウムヒ素（ＧａＡｓ）は、シリコンよりも高い電子移動度（６０００ｃｍ２／Ｖ−ｓ）および低いソース抵抗を提供するので、対応するシリコンベースのデバイスよりも高い周波数で機能し得るデバイスを提供する。とはいえ、ガリウムヒ素は、比較的小さなバンドギャップ（１．４２ｅＶ）および比較的小さいブレークダウン電圧を有し、高出力、高周波アプリケーションを制限してしまうので、ガリウムヒ素はあまり適切ではないか、または一部の場合においては、高出力、高周波アプリケーションに対して不適切である。
【０００５】
したがって、ＨＥＭＴにおける興味は、ＩＩＩ族窒化物材料系のような高いバンドギャップ材料に移っている。特定の構成に依存して、ＩＩＩ族窒化物は、約６ｅＶ（ＡｌＮ対して）の高いバンドギャップ、および比較的高い移動度（約２０００ｃｍ２／Ｖ−ｓ）を有し得る。ＨＥＭＴの動作に関連しておそらくより重要な点として、窒化アルミニウムガリウムをベースとした構造は、１平方センチメートルあたり（ｃｍ−２）１０１３よりも多くの２ＤＥＧシート密度を示し得る。
【０００６】
上述のように、半導体デバイスの性能は、それらが形成される材料、ならびにそれらの材料の特定の層または基板の設計および品質に関係する。材料における品質または均一性の欠如、または（単数または複数の）デバイスのプレカーサー（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を形成する材料構造における品質または均一性の欠如は、材料系から利用可能な結果としてのデバイスの生産量を低減させ、そのようなデバイスのサイズを制限する。
【０００７】
サイズに関連して、不均一な材料から構成されたデバイスはまた、低い線形性を示し、閾値電圧において高い変動を示す。加えて、通常、エピタキシャル成長は、ウェハ全面で材料の変動（組成および特性）を生成する。これらは、１つ以上の要素（例えば、窒化アルミニウムガリウムにおけるアルミニウム）の密度における差異、および異なる厚さを含み得る。
【０００８】
今までのところ、高品質のＩＩＩ族窒化物構造は、２インチおよび３インチのウェハ上で利用可能であるが、これらは大きな出力のデバイスに対しては、有利ではない。加えて、各ウェハの縁は、サイズに関わらず、典型的には約８ｍｍの損失を要求するので、縁の損失は、ウェハが小さいほど大きくなる。さらに、１００ｍｍはその他の材料（例えば、ガリウムヒ素）に対する共通のウェハサイズなので、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を有する１００ｍｍのウェハは、非常にありふれた設備によって扱われ、設備を新しくすることは回避され得る。
【０００９】
しかしながら、処理コストは、典型的に、サイズに関わらずに同程度であり得る。なぜならば、小さなウェハは、所与のサイズのデバイスごとの製造コストを増加させるからである。
【００１０】
したがって、理論的には大きなウェハが望ましいが、ボー（湾曲）またはワープ（反り）が増加することが原因で、そして上述の典型的なエピタキシャル成長の特性が原因で、大きなウェハは管理することが困難である。
【００１１】
したがって、大サイズ、高品質、高均一性能の、ＩＩＩ族窒化物へテロ構造を含むウェハは、半導体業界においては、価値のある望ましい解決策である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（概要）
一局面において、本発明は、半導体のプレカーサー構造であって、少なくとも１００ミリメートルの直径を有する炭化シリコンの単結晶と、基板上のＩＩＩ族窒化物核形成層と、核形成層上の第１のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、第１のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層上の第２のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層であって、第１の層と第２の層との間の界面で２次元電子ガスを生成するように第１の層の組成とは異なる組成を有しており、第２のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、を含んでいる。２次元電子ガスにおける電子移動度を増加させるために、第２の層上に第３のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層が存在し得る。プレカーサー構造は、前記１００ミリメートル構造全面で、シート抵抗率の標準偏差が約１パーセント（１％）以下であり、プレカーサー構造はまた、前記１００ミリメートル構造全面で、移動度の標準偏差が約１パーセント以下である。
【００１３】
別の局面において、本発明は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）に適合したソースガスを用いて半絶縁性の半導体基板上にＩＩＩ族窒化物層をエピタキシャル成長させるための方法である。この局面において、改善は、互いに組成が十分に異なっている２つのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から形成されたヘテロ構造を成長させ、窒素が大半を占める空気中でそれらの界面で、かつ少なくとも１００ｍｍの直径の基板上で、２次元電子ガスを生成することを含んでいる。
【００１４】
別の局面において、本発明は、半導体基板構造であって、少なくとも１００ｍｍの直径を有する半絶縁性基板と、少なくとも２つのエピタキシャル層から形成された基板上のＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造であって、これら少なくとも２つのエピタキシャル層は、それらの界面において、２次元電子ガスを生成するように異なる組成を有する、ＩＩＩ族窒化物へテロ構造と、ヘテロ構造に対して導電性のある、ソース、ドレイン、およびゲートのそれぞれの複数のコンタクトと、を含んでいる。ヘテロ構造は、１００ｍｍ基板全面で、シート抵抗の標準偏差が約１パーセント以下であり、ヘテロ構造は、１００ｍｍ基板全面で、移動度の標準偏差が１パーセント以下である。
【００１５】
別の局面において、本発明は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する半絶縁性炭化シリコンウェハ、ならびにウェハ上のＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造であり、これは、多くの特性において、高い均一性を示す。これらは、ウェハ全面で３パーセント未満のシート抵抗の標準偏差；ウェハ全面で約０．４３〜０．７３パーセントの間の電子移動度の標準偏差；ウェハにわたる約３．３パーセントのキャリア密度の標準偏差；ウェハ全面で約２．５パーセントの導電性の標準偏差を含む。
【００１６】
別の局面において、本発明は、複数の半絶縁性炭化シリコンウェハ（各々は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する）、であり、該ウェハは、各ウェハ上のＩＩＩ族窒化物へテロ構造、および各ウェハの上面としての窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）バリア層を有している。この局面において、ウェハの７５パーセントは、０．０８〜１．００以内の、ＡｌＧａＮバリア層の中心の厚さに対する縁の厚さの比、および約０．９８〜１．０２の間の、（すなわち、１．００の０．０２以内の）ＡｌＧａＮバリア層におけるアルミニウムの最大の割合に対する最小の割合の比を有している。
【００１７】
上述の目的およびその他の目的、本発明の利点、ならびにそれらを実現するための方法は、添付の図面を参酌することにより、以下の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
一局面において、本発明は、１００ミリメートル（すなわち、４インチよりもわずかに小さい）の直径の炭化シリコン基板から形成された、非常に均一であって耐久性のある品質の窒化アルミニウムガリウムの高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造である。
【００１９】
別の局面において、本発明は、非常に均一な１００ミリメートルの直径のウェハのプレカーサーであり、この上に、個々のＨＥＭＴが形成される。
【００２０】
別の局面において、本発明は、非常に均一な１００ミリメートルの直径の基板構造上の複数のＨＥＭＴである。
【００２１】
本発明にしたがうＨＥＭＴのプレカーサーは、ヘテロ構造および関連する層（これらは、物理的性質、化学的性質、および電子的性質が非常に均一である）を生成するエピタキシャル成長プロセスから形成される。観察される均一性の差異は、典型的には１パーセントまたはそれ未満であり、室温における電子移動度は、２０００ｃｍ２／Ｖ−ｓよりも大きい。これらの成長技術は、非常に平滑なエピタキシャル層をもたらし、反復性があり、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層における抵抗の改善を示し、そしてこれは、半絶縁基板（特に、半絶縁炭化シリコン基板）上に成長されるトランジスタの電気的特性を改善する。高い均一特性は、本明細書において、特に図面を参照することにより、本明細書においてさらに十分に記載される。
【００２２】
始めに、図１および図２は、本発明の概略図を示している。図１は、広く３０で指示されている半導体のプレカーサー構造を示している。この構造は、基板３１を含んでおり、これは、少なくとも１００ミリメートルの直径であり、例示的な実施形態においては、単一の結晶配向の半絶縁性炭化シリコンから形成されている。
【００２３】
典型的な実施形態において、ＩＩＩ族窒化物核形成層３２は、基板３１上に存在しており、基板３１をカバーしている。核形成層３２は、基板３１と残りの構造との間に、適切な成長の遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を提供する。第１のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層３３は、核形成層３２上に存在しており、第２の異なる組成のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層３４は、第１のエピタキシャル層３３上に存在している。エピタキシャル層３３および３４の組成、すなわちヘテロ構造は、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を第１の層と第２の層との間の界面に生成するように、互いに異なる組成を有している。このガスは、概略的に３５で示されているが、図１は一定の比率では描かれておらず、２ＤＥＧはエピタキシャル層３３、３４と同じ意味での物理的な層を形成していないということを理解すべきである。
【００２４】
ＩＩＩ族窒化物層を組み込んだ半導体デバイスの当業者は、本明細書に記載されている構造は例示のためのものであり、限定のためのものではないということを理解すべきである。さらに、本明細書に記載されている本発明は、様々なデバイスおよび構造（本明細書において特に記載されているものとは異なるもの、または本明細書に記載されているものよりも精巧なもの）と適切に組み合わされ得る。一群の例示的なデバイスは、米国特許第６，３１６，７９３号；米国特許第６，５４８，３３３号；米国特許第６，８４９，８８２号；米国特許出願公開第２００２００６６９０８号；米国特許出願公開第２００３００２００９２号；および米国特許出願公開第２００４００６１１２９号に開示されている。しかしながら、これらは、本発明と組み合わされ得る様々なデバイスを一切限定していない。
【００２５】
多くの実施形態において、２次元電子ガスにおける電子移動度を増加させるために、第３のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層３６が、第２の層３４上に存在する。
【００２６】
当業者は、ウェハおよびウェハ上のエピタキシャル層の評価は、典型的には小さな縁の部分を除いているということを理解すべきである。縁の部分のサイズは、測定技術に依存するが、（任意の材料の）１００ｍｍのウェハに対しては、典型的には、全体で約５〜１０ｍｍであり得る（例えば、周辺部分は約２．５〜５ｍｍの幅である）。したがって、本明細書に開示されている測定は、縁の除外を考慮に入れており、ウェハおよびエピタキシャル層を、それらのそれぞれの縁の除外部分以外について記載している。
【００２７】
このプレカーサー構造は、物理的性質、化学的性質、および電子的性質が非常に均一である。この構造は、１００ミリメートル構造全面で、約１パーセント（１％）以下のシート抵抗率の標準偏差を有しており、同様にプレカーサー構造は、１００ミリメートルの構造全面で、約１パーセント以下の移動度の標準偏差を有している。
【００２８】
一部の実施形態において、この構造は、１００ミリメートル構造全面で、０．７５％以下のシート抵抗率の標準偏差を有しており、１００ミリメートル構造全面で、０．４３％以下の移動度の標準偏差を有している。
【００２９】
特定の実施形態において、炭化シリコンの単結晶基板は、炭化シリコンの３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、および１５Ｒのポリタイプから選択されたポリタイプを有している。核形成層３２は、典型的には、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群から選択される。
【００３０】
例示的な実施形態において、第１のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層３３は、窒化ガリウムであり、第２の層３４は窒化アルミニウムガリウム、すなわちＡｌｘＧａ１−ｘＮ、但し０＜ｘ≦１を含んでいる。窒化ガリウムおよび窒化アルミニウムガリウムの当業者は、ｘ＝１の場合に、第２のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層３４は、窒化アルミニウム（すなわち、ＡｌＮ）を含み得るということを認識し得る。
【００３１】
これらの例示的な実施形態において、第３のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は、同様に窒化アルミニウムガリウムを含むが、第２のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層３４とは異なるアルミニウムの原子分率（すなわち、「ｘ」）を有している（それゆえに異なるガリウムの原子分率「１−ｘ」を有している）。そのような構造において、ヘテロ構造層（例えば、ＧａＮ層３３およびＡｌＧａＮ層３４）の間の組成の差異は、２ＤＥＧを誘導するのに十分である。
【００３２】
エピタキシャル層３３、３４によって形成されたヘテロ構造は、高周波数デバイスに有用なので、炭化シリコン基板３１は、典型的には半絶縁性である。
【００３３】
図２は、広く４０で指示されている半導体構造の概略図であり、これは、複数のＨＥＭＴのプレカーサーを含んでいる。この構造は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する半絶縁性基板４１を含んでおり、例示的な実施形態においては、炭化シリコンから形成されている。ＩＩＩ族へテロ構造４２は、基板４１上に存在しており、少なくとも２つのエピタキシャル層４３および４４から構成されている。これらエピタキシャル層４３、４４は、それらの界面において、２次元電子ガスを生成するように、組成が異なっている。ソース４５、ドレイン４６、およびゲート４７の複数のコンタクトのそれぞれは、ヘテロ構造４２に対して導電性がある。図２に示されているように、コンタクト４５、４６、４７およびヘテロ構造４２の間の導電性をもつ関係は、図２に示されている層５１のような中間的な層を含み得る。
【００３４】
ヘテロ構造４２は、１００ｍｍウェハ基板全面で、約１パーセント以下のシート抵抗率の標準偏差を有しており、ヘテロ構造４２は、１００ｍｍ基板全面で、約１パーセント以下の移動度の標準偏差を有している。
【００３５】
図２に示されているように、例示的な実施形態において、構造４０は、基板４１と窒化ガリウム層４３との間において、基板４１上のＩＩＩ族窒化物核形成層５０を含んでいる。
【００３６】
一部の実施形態において、窒化アルミニウムガリウム層４４は、非意図的に（ｕｎｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌｌｙ）ドープされる。そのような実施形態において、構造４０は、ドープされた窒化アルミニウムガリウム層５１を、非意図的にドープされた窒化アルミニウムガリウム層４４上に含み得る。代替的に、層５１は、特定のアプリケーションに対して望ましくあり得るとき、または特定のアプリケーションに対して必要であり得るときに、非意図的にドープされた窒化アルミニウムガリウムの層を含み得る。
【００３７】
図２は、２組のソースコンタクト４５、ドレインコンタクト４６、およびゲートコンタクト４７を示しているが、半導体製造の当業者は、典型的な１００ｍｍウェハは、多数（おそらくは数百）のそのようなコンタクトを含み得、これらは、１００ｍｍウェハ上に同様に多数のＨＥＭＴのプレカーサー構造を規定することを理解すべきである。そのようなデバイスを互いに絶縁および分離するステップは、当該技術分野において一般に周知であり、本明細書においては詳細に繰り返されない。
【００３８】
本発明は、特に、今までに入手可能な類似の構造に対し、性能および品質の利点を提供する。
【００３９】
したがって、別の局面において、本発明は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する半絶縁性炭化シリコンのウェハと、ウェハ上のＩＩＩ族窒化物へテロ構造とを含む半導体構造であって、ウェハおよびヘテロ構造は、ウェハ全面で、３パーセント（３％）未満のシート抵抗率の標準偏差を示し、多くの実施形態においては、２．７％未満のシート抵抗率の標準偏差を示し、一部の実施形態においては、約１．３％低いシート抵抗率の標準偏差を示す。
【００４０】
そのような実施形態は、導電性の適切な範囲にわたって、例えば、約４５０オーム／□の平均シート抵抗にわたって、および約３４２〜３５６オーム／□のシート抵抗を伴って、これらの特性を示す。
【００４１】
さらに他の実施形態において、ウェハおよびヘテロ構造は、ウェハ全面で約０．７５〜１．２３パーセントの間のシート抵抗率の均一性の標準偏差を示し、約２９３〜３１１オーム／□の間の平均シート抵抗率および３２９オーム／□以下の最大シート抵抗率を示す。
【００４２】
さらに別の実施形態において、本発明は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する半絶縁性炭化シリコンウェハと、ウェハ上のＩＩＩ族へテロ構造とを含む半導体構造であって、ウェハおよびヘテロ構造は、ウェハ全面で約０．４３〜０．７３パーセントの間の電子移動度の標準偏差を示す。この局面において、テストされたウェハは、室温において、約２０１７〜２０５２ｃｍ２／Ｖ−ｓの間の電子移動度を示し、その他の実施形態においては、役２０６１〜２０８１ｃｍ２／Ｖ−ｓの間の電子移動度を示す。
【００４３】
さらに別の実施形態において、本発明は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する半絶縁性炭化シリコンウェハと、ウェハ上のＩＩＩ族窒化物へテロ構造とを含む半導体構造であって、ウェハおよびヘテロ構造は、ウェハ全面で、約３．３パーセントのキャリア密度の標準偏差を示す。特に、この実施形態にしたがう構造は、１平方センチメートルあたり（ｃｍ−２）約８．２×１０１２（８．２Ｅ１２）〜約８．９×１０１２（８．９Ｅ１２）の間のキャリア密度で、これらの結果を示す。
【００４４】
さらに別の局面において、そして導電性は抵抗の逆数なので、本発明は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する半絶縁性炭化シリコンウェハと、ウェハ上のＩＩＩ族窒化物へテロ構造とを含む半導体構造であって、ウェハおよびヘテロ構造は、ウェハ全面で、約２．５パーセントの導電性の標準偏差を示す。このコンテクストで評価されたウェハはまた、約２．６９×１０−３〜２．８６×１０−３ｍｈｏｓの間の導電性を示す。
【００４５】
図１８に示されているように、別の局面において、本発明は、複数の半絶縁性炭化シリコンウェハ（各々は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する）、ならびに各ウェハ上のＩＩＩ族窒化物へテロ構造、ならびに各ウェハの上面としての窒化アルミニウムガリウムのバリア層として記載され得、ウェハの７５パーセントは、少なくとも０．９２の窒化アルミニウムガリウムのバリア層の中心に対する縁の厚さの比を有している。図面に示されているように、これらの結果は、少なくとも１０個の複数のウェハに対して決定されており、一部の実施形態においては、少なくとも１５個のウェハに対して決定されている。このコンテクストにおいて、ウェハのうちの５０パーセントは、少なくとも０．９４のＡｌＧａＮ層の中心に対する縁の厚さの比を有しており、ウェハのうちの２５パーセントは、少なくとも０．９５のＡｌＧａＮ層の中心に対する縁の厚さの比を有している。
【００４６】
別の局面において（図１９）、そしてウェハごとの一貫性を再び考慮すると、本発明は、複数の半絶縁性炭化シリコンウェハ（各々は、少なくとも１００ｍｍの直径を有する）、ならびに各ウェハ上のＩＩＩ族窒化物へテロ構造、ならびに各ウェハの上表面としての窒化アルミニウムガリウムのバリア層である。この局面において、ウェハは、約０．９８〜１．０２の間の窒化アルミニウムガリウムのバリア層における中心に対する縁のアルミニウムの割合の比を有している。すなわち、ウェハは、化学気相成長に対する以前の多くのエピタキシャルの結果とは対照的に、ウェハ全面で高い一貫性を示す。
【００４７】
図１９に示されているように、これらの結果は、少なくとも１０個の複数のウェハにわたって維持され得、多くの場合においては、少なくとも１５個の複数のウェハにわたって維持され得る。言い換えると、本発明は、少なくとも１０個の複数のウェハを含み得、ウェハのうちの少なくとも７５パーセントは、０．９９の窒化アルミニウムガリウムにおける中心に対する縁のアルミニウムの割合の比を有している。
【００４８】
図３は、１００ミリメートルの（４’’の）半絶縁性４Ｈ炭化シリコンウェハに対するシート抵抗の均一性のプロットである。平均の均一性は、１００ミリメートルウェハの９０パーセントの利用可能な領域上で、４５２オーム／□であった。この測定は、ウェハ円の内部における数字として指示されており、Ｌｅｈｉｇｈｔｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．（アメリカ合衆国、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ州、Ｌｅｈｉｇｈｔｏｎ）製造のＬｅｈｉｇｈｔｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  １５１０デバイスを用いて測定された。
【００４９】
図４〜図１１は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗率の等高図であり、各々には、示されているウェハに対する統計的概要（ｓｔａｓｔｉｃａｌ  ｓｕｍｍａｒｙ）が付随されている。このシート抵抗率もまた、Ｌｅｈｉｇｈｔｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  １５１０デバイスで測定された。図４〜図１１に示されているように、表されている最も大きな標準偏差は１．２３パーセントであり、一部の値は約０．７５パーセントの低さであるので、本発明によって提供された高い均一性を示している。
【００５０】
図１２および図１３は、本発明にしたがう、１００ミリメートルの直径の高純度の半絶縁性（ＨＰＳＩ）４Ｈ−ＳｉＣ基板上に成長させられたＨＥＭＴ構造に関する移動度のデータのプロットである。これらは、Ｌｅｈｉｇｈｔｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  １６１０機器を用いることにより、図１２および図１３に示されている５点で測定された。各場合において、移動度は１％よりも十分小さな標準偏差で２０００ｃｍ２／Ｖ−ｓを超えていた。図１２および図１３におけるウェハに対する各キャリア密度は、１平方センチメートルあたり０．９×１０１３（つまり「０．９Ｅ１３ｃｍ−２」であり、１つの有効数字として表される）であった。
【００５１】
図１４は、本発明にしたがうウェハに対するキャリア密度（「濃度」）のプロットであり、約３．１パーセントの割合として表される標準偏差を示している。
【００５２】
図１５は、本発明にしたがうウェハ構造に対する導電性（ｍｈｏｓ）のプロットであり、約２．５パーセントの割合として表される標準偏差を示している。
【００５３】
図１６は、本発明にしたがうウェハに対して測定されたシート抵抗のプロットであり、約１．３パーセントの割合として表される標準偏差を示している。
【００５４】
対応するように、図１４Ａは、わずか０．９６％の標準偏差でキャリア密度の結果を示しており；図１５Ａは、わずか０．７４％の標準偏差で導電性の結果を示しており；図１６Ａは、わずか０．７５％の標準偏差でシート抵抗の結果を示している。
【００５５】
いくつかの図面の基礎となるデータは、以下の表に示されている：
【００５６】
【表１】
2008544486.tif 000003
【００５７】
【表２】
2008544486.tif 000004
図１７は、本発明にしたがう１８個のウェハのシート抵抗の標準偏差をプロットしているグラフであり、変位値（ｑｕａｎｔｉｌｅ）が付随されている。図１７は、大きな欠陥を有する基板における実験的なエピタキシャル成長を含んでいるので、データは高い（均一性が低い）値に向けて動いている。言い換えると、望ましくないサンプルが含まれている場合でさえも、本発明の高い品質は明確に示されている。
【００５８】
図１８は、本発明にしたがう１６個のウェハに対する、ＣＶゼロバイアス容量によって決定された、ウェハの中心に対するウェハの縁におけるＡｌＧａＮバリアの厚さの比のプロットであり、ここでもまた変位値が列挙されている。本明細書に開示されているように、最良のウェハは、最小の厚さと最大の厚さとの間で、１％の変化を有しており、典型的には、ウェハの縁における厚さは、ウェハの中心における厚さよりも６％小さい。
【００５９】
図１９は、本発明にしたがう１６個のウェハのサンプルに対する、ウェハの中心に対するウェハの縁において測定されたアルミニウムの割合の比の変位量が付随されているプロットである。平均では、縁において測定されたアルミニウムの割合は、ウェハの中心における測定の９９．１パーセントであり、優れた組成制御を示している。上述のように、小さな縁の部分は、これらの測定を行うときには、除外されている。
【００６０】
図２０および図２１は、本発明にしたがう、１００ｍｍのＨＰＳＩ  ４Ｈ−ＳｉＣウェハ上に成長させられたＨＥＭＴに対して、Ｘ線回折によって得られた、アルミニウムのモル分率のマップである。
【００６１】
図２２および図２３は、本発明にしたがう、１００ミリメートルの直径のＨＰＳＩ  ４Ｈ−ＳｉＣ基板上に成長させられたＨＥＭＴに対して、同様にＸ線回折によって測定された、ＡｌＧａＮバリア層の厚さの表面のマップのプロットである。
【００６２】
別の局面において、本発明は、互換性のある（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）基板上にアルミニウムを含むＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を含んでいる半導体構造である。ＩＩＩ族窒化物層は、少なくとも１００ミリメートルの直径を有しており、１．３６パーセント未満のアルミニウム含有量の標準偏差を示している。本発明のこの局面は、図２４において、棒グラフおよび関連する統計量に示されている。本明細書に示されているように、アルミニウムの含有量の低い標準偏差に加えて、複数のウェハが同時に考慮されるときに、ウェハのうちの少なくとも７５パーセントは、１．９５％またはそれ未満のそれぞれのＩＩＩ族窒化物層のアルミニウム含有量の標準偏差を有している。図２４は、少なくとも１５個の複数のウェハを示しており、これらの特性は、本発明によって提供される一貫性および精度を示している。
【００６３】
別の局面において、本発明は、互換性のある基板上にアルミニウムを含むＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層の半導体構造であり、これは、少なくとも１００ミリメートルの直径を有している。ＩＩＩ族窒化物層は、２．１パーセント未満の厚さの標準偏差を示している。図２５もまた、複数のウェハについて、これらの有利な特徴を示している。図２５に示されているように、これらの複数のウェハのうちの少なくとも７５パーセントは、７．２パーセント未満のそれぞれのＩＩＩ族窒化物層の厚さの標準偏差を有している。特に、図２５は、少なくとも１５個の複数のウェハにわたって、この一貫性を示している。
【００６４】
これらの測定は、Ｘ線回折を用いて得られ、統計用語がそれらの慣習的な意味で用いられている。
【００６５】
炭化シリコン基板上のＩＩＩ族窒化物層の成長に関する多くの背景的局面は、当該技術分野において一般に周知であり、余分な実験をすることなしに、当業者によって実施され得る。しかしながら、特別な議論として、本明細書に示されている構造は、典型的には、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）を用いて成長させられる。さらなる背景として、サファイア基板上の関連する材料の成長に関する議論は、Ｋｅｌｌｅｒによる、Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｇｒｏｗｔｈ  ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ｈｉｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．７０、Ｎｏ．２０、Ｍａｙ１４、２００１、ｐｐ３０８８〜９０に開示されている。本発明によって取得される高い均一性はまた、関連する技術、例えば、ＭＯＶＰＥ（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いることによっても可能であるが、ＭＯＣＶＤによって生成される材料は、ＭＢＥによって生成される材料よりも一般にコストが低く、ＭＯＣＶＤは、高品質（例えば、低い転位密度）のＩＩＩ族窒化物材料を生成する傾向がある。
【００６６】
本発明において、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ；「ＴＭＧ」）およびトリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ；「ＴＭＡ」）が、ＩＩＩ族のプレカーサーとして用いられており、アンモニア（ＮＨ３）が、窒化物のプレカーサーとして用いられている。しかしながら、特別な改善点として、本発明にしたがうと、最良の結果は、ＡｌＮ層およびＡｌＧａＮ層が、最小（約５パーセント）の水素（Ｈ２）を含む空気中で、例えば、窒素（Ｎ２）が大半を占める空気中で成長させられたときに現れることが発見された。
【００６７】
ｎ型のＡｌＧａＮ層が望ましいとき、これは典型的に、プレカーサーガスとしてシラン（ＳｉＨ４）を用いることによって、シリコンを用いてドープされる。
【００６８】
本明細書に示され、記載された構造を形成する際に、層は、典型的には約１０００℃の温度で成長させられる。
【００６９】
本発明によって扱われる別の要素として、エピタキシャル層は、堆積された膜に存在する応力が原因で、そして一部の場合においては、基板に存在する応力が原因で、基板においてボーまたはワープまたはその両方を引き起こし得る。本明細書において、ボーおよびワープという用語は、当該技術分野における周知であって、それらの定義が権威のある情報源（例えば、ＳＥＭＩ；ｗｗｗ．ｓｅｍｉ．ｏｒｇ）から入手可能な意味で、用いられている。ボーまたはワープは、ウェハを処理するときに、一般には望ましくない。なぜならば、ボーまたはワープのいずれも、適切なツール（例えば、ステッパー）による、その後の平坦化を十分に妨げ得るからである。加えて、ワープおよびボーは、アニーリングステップまたはベーキングステップの間に、高温の表面との均一な接触を妨げ得る。別の問題として、真空ツールは、ボーまたはワープのあるウェハを落としてしまう傾向があるので、ウェハの破損および損失が、生じ得る。別の問題として、さらなる処理のために、例えば、ビアを形成するために、しばしば薄くされる。そのような薄くするステップにおいて、ウェハの形状の問題は、より一層深刻なものとなる。したがって、ひずみ（ｓｔｒａｉｎ）が小さいエピタキシャル層、および結果として得られる平坦なウェハが、非常に望まれている。
【００７０】
ＩＩＩ族窒化物（「ＩＩＩ−Ｖ」とも称される）エピタキシャル層の製造は、層におけるひずみを制御するように制御され得、ボーおよびワープを最小化または除去することを助ける。例えば、ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層が製造される際のＩＩＩ−Ｖ比（ＩＩＩ−Ｖ  ｒａｔｉｏ）および／または圧力は、ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層におけるひずみを制御するように制御され得る。Ｖ／ＩＩＩ比を増加させることによって、ＩＩＩ−Ｖ層は圧縮可能（ｃｏｍｐｒｅｓｉｖｅ）にされ得る。さらに、低圧力でＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層を製造することによって、ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層は、より圧縮可能になり得る。加えて、ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層の厚さが増加するに伴い、圧縮ひずみを有していない層は、引っ張りひずみを有することになり得る。そのような引っ張りひずみは、ＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層の欠陥（例えば、亀裂）を引き起こし得る。したがって、厚さ、成長条件、および原料物質は、製造の間にＩＩＩ−Ｖエピタキシャル層のひずみにおける変化を回避するように制御され得る。
【００７１】
ＧａＮ／ＡｌＮの核形成条件の制御によって、アイランド（ｉｓｌａｎｄ）の成長および合体（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ）を介して初期ひずみを制御することは、ＧａＮエピタキシャル層のひずみを制御するためにも用いられる。例えば、圧力およびＮＨ３の流速は、ＧａＮエピタキシャル層の成長に起因するひずみおよびボーを低減および／または制御するように調整され得る。
【００７２】
応力の制御のためのその他の技術は、同一出願人による米国特許第６，８４１，００１号に開示されている。
【００７３】
図２６および図２７は、本発明にしたがう、ウェハの望ましい（すなわち最小の）ボー特性およびワープ特性を示している。図２６は、ウェハのカウントに対するミクロン単位のボーの大きさのプロットであり、これらの１００マイクロメートルのウェハに対し、中間的な（平均的な）ボーは、３１ミクロン未満であり、標準偏差は、２６ミクロン未満であることを示している。複数のものとして見た場合、そのような１００ミリメートルのウェハの群のうちの少なくとも７５パーセントは、５７ミクロン未満のボーを有している。
【００７４】
図２７は、ワープについて同様の結果を示している。本明細書に開示されているように、少なくとも１５個の複数のウェハに対し、中間的なワープは、３７ミクロン未満であり、標準偏差は、２９ミクロン未満であった。１００ミリメートルのウェハのうちの少なくとも７５パーセントは、６６ミクロン未満のワープを有している。
【００７５】
厚い膜（例えば、約６ミクロンのＩＩＩ族窒化物）に対し、約２４ミクロンの小さなボーの大きさ、および約２８ミクロンの小さな全ワープは、窒化アルミニウムの核形成層に対する初期の窒化ガリウムの成長条件を制御することによって、圧縮ひずみを意図的に低減させることにより、実現される。より薄い膜（例えば、約２ミクロンのＩＩＩ族窒化物）に対し、約２ミクロンの小さなボーの大きさ、および５ミクロンの全ワープは、窒化アルミニウムの核形成層に対する初期の窒化ガリウムの成長条件を制御することによって、圧縮ひずみを意図的に低減させることにより、実現される。これらの結果を取得するにあたって、使用された１００ミリメートルの直径の炭化シリコン基板は、約０．６ミリメートルの厚さであった。
【００７６】
したがって、別の局面において、本発明は、１００ミリメートル以上の炭化シリコンのウェハであって、１００ミクロン未満のワープを有する１つ以上のＩＩＩ族窒化物層が、その上に堆積されている。特定の実施形態において、炭化シリコンのウェハは、１ミリメートル未満の厚さであり得、（単数または複数の）窒化物層の全厚さは、１ミクロンよりも大きなものであり得る。その他の実施形態において、ウェハおよび層は、５０ミクロン未満のワープを示し、その他の実施形態においては、２５ミクロン未満のワープを示し、その他の実施形態においては、１０ミクロン未満のワープを示し、一部の実施形態においては、５ミクロン未満のワープを示す。
【００７７】
別の局面において、本発明は、１００ミリメートル以上の炭化シリコンのウェハであって、１００ミクロン未満のボーを有するＩＩＩ族窒化物層が、その上に堆積されている。例示的な実施形態において、炭化シリコンのウェハは、１ミリメートル未満の厚さであり得、（単数または複数の）ＩＩＩ族窒化物層の厚さは、１ミクロンよりも大きな厚さである。その他の実施形態において、ウェハおよび堆積されたエピタキシャル層は、５０ミクロン未満のボーを示し、その他の実施形態においては、２５ミクロン未満のボーを示し、その他の実施形態においては、１０ミクロン未満のボーを示し、一部の実施形態においては、５ミクロン未満のボーを示す。
【００７８】
特に、２５ミクロン未満のボーを有するウェハおよび堆積されたエピタキシャル層は、１ミリメートル未満の厚さの炭化シリコン基板、および５ミクロンよりも大きい厚さの窒化物層を用いることにより、実現され得る。一部の実施形態において、５ミクロン未満のボーを有するウェハおよび堆積されたエピタキシャル層は、炭化シリコンが１ミリメートル未満の厚さであり、窒化物の全厚さが１ミクロンよりも大きいウェハ上で、実現され得る。一般に、所与の量の応力を有する膜に対し、ウェハのボーは、ウェハの直径および膜の厚さと共に増加し、基板の厚さと共に低減する。
【００７９】
図面および明細書において、本発明の好適な実施形態が開示され、特定の用語が用いられてきたが、それらは一般的であって説明的な意味でのみ用いられており、限定を目的として用いられてはおらず、本発明の範囲は、請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、本発明にしたがう半導体材料の断面の概略図を示している。
【図２】図２は、本発明にしたがうトランジスタのプレカーサーを有する半導体ウェハの概略的な断面図である。
【図３】図３は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗のマップである。
【図４】図４は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗の等高図である。
【図５】図５は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗の等高図である。
【図６】図６は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗の等高図である。
【図７】図７は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗の等高図である。
【図８】図８は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗の等高図である。
【図９】図９は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗の等高図である。
【図１０】図１０は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗の等高図である。
【図１１】図１１は、本発明にしたがうウェハに対するシート抵抗の等高図である。
【図１２】図１２は、本発明にしたがうウェハの様々な電子的特性に対するポイントデータである。
【図１３】図１３は、本発明にしたがうウェハの様々な電子的特性に対するポイントデータである。
【図１４】図１４は、本発明にしたがうウェハの様々な電子的特性に対するポイントデータである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明にしたがうウェハの様々な電子的特性に対するポイントデータである。
【図１５】図１５は、本発明にしたがうウェハの様々な電子的特性に対するポイントデータである。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明にしたがうウェハの様々な電子的特性に対するポイントデータである。
【図１６】図１６は、本発明にしたがうウェハの様々な電子的特性に対するポイントデータである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明にしたがうウェハの様々な電子的特性に対するポイントデータである。
【図１７】図１７は、いくつかのウェハにわたるシート抵抗の結果のチャートであり、変位値を含んでいる。
【図１８】図１８は、ウェハの中心と比較したときのウェハの縁におけるＩＩＩ族窒化物の厚さの比率に関して、複数のウェハにわたるプロットであり、変位値を含んでいる。
【図１９】図１９は、図１８に類似した棒グラフおよび変位値であるが、ウェハの中心に対するウェハの縁におけるアルミニウムの割合の比を表している。
【図２０】図２０は、本発明にしたがう１００ミリメートル基板上に成長させられたトランジスタのプレカーサーに対するアルミニウムのモル分率のマップである。
【図２１】図２１は、本発明にしたがう１００ミリメートル基板上に成長させられたトランジスタのプレカーサーに対するアルミニウムのモル分率のマップである。
【図２２】図２２は、本発明にしたがう１００ミリメートル基板上に成長させられたトランジスタのプレカーサーに対するＩＩＩ族窒化物バリアの厚さのプロットである。
【図２３】図２３は、本発明にしたがう１００ミリメートル基板上に成長させられたトランジスタのプレカーサーに対するＩＩＩ族窒化物バリアの厚さのプロットである。
【図２４】図２４は、アルミニウムの標準偏差パーセントに対するウェハのカウントの棒グラフである。
【図２５】図２５は、厚さの標準偏差パーセントに対するウェハのカウントの棒グラフである。
【図２６】図２６は、ミクロン単位のボーの大きさに対するウェハのカウントの棒グラフである。
【図２７】図２７は、ミクロン単位のワープに対するウェハのカウントの棒グラフである。
【図１】
2008544486.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008544486.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【図１５】
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【図１５Ａ】
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【図１６】
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【図１６Ａ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月28日(2007.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造であって、
少なくとも１００ｍｍの直径を有する炭化シリコン基板と、
該基板上のＩＩＩ族窒化物へテロ構造であって、該ＩＩＩ族窒化物へテロ構造は、少なくとも２つのエピタキシャル層から形成されており、該少なくとも２つのエピタキシャル層は、それらの界面で２次元電子ガスを生成するように、組成が異なっている、ＩＩＩ族窒化物へテロ構造と
を備えており、該へテロ構造は、
シート抵抗率の標準偏差がウェハ全面で３パーセント未満であること、または電子移動度の標準偏差が該ウェハ全面で３パーセント未満であること
のうちの少なくとも１つを特徴とする、半導体構造。
【請求項２】
前記炭化シリコンは、半絶縁性である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項３】
平均のシート抵抗率は、約３００オーム／□である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項４】
最大のシート抵抗率は、３２９オーム／□以下である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項５】
前記へテロ構造は、前記基板上の窒化アルミニウムガリウムのエピタキシャル層を含んでおり、該窒化アルミニウムガリウム層では、前記１００ミリメートル構造全面で、シート抵抗率の標準偏差が約１．５パーセント以下である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項６】
前記ＩＩＩ族へテロ構造は、該へテロ構造に対する導電性のある、ソース、ドレイン、およびゲートのそれぞれの複数のコンタクトをさらに含んでいる、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項７】
前記へテロ構造は、前記基板上の窒化ガリウム層と、該窒化ガリウム層上の窒化アルミニウムガリウム層とを含んでいる、請求項６に記載の半導体構造。
【請求項８】
前記半導体構造では、前記１００ミリメートル構造全面で、シート抵抗率の標準偏差が約１パーセント以下である、請求項１に記載の半導体のプレカーサー構造。
【請求項９】
前記炭化シリコン基板は、炭化シリコンの３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、および１５Ｒのポリタイプから選択されたポリタイプを有する単結晶である、請求項８に記載の半導体のプレカーサー構造。
【請求項１０】
前記２次元電子ガスにおける電子移動度を増加させる、前記第２の層上の第３のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含んでいる、請求項８に記載の半導体のプレカーサー構造。
【請求項１１】
前記ウェハ全面で、キャリア密度の標準偏差が３．３％未満である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項１２】
キャリア密度は、約９Ｅ１２ｃｍ−２である、請求項１１に記載の半導体構造。
【請求項１３】
アルミニウムを含むＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を含み、
該ＩＩＩ族窒化物の層では、最大のアルミニウム含有量に対する最小のアルミニウム含有量の比は、少なくとも０．９である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項１４】
請求項１３に記載の構造を組み込んだ複数の炭化シリコンのウェハであって、
該各ウェハの上面としてのＡｌＧａＮバリア層を含んでおり、
該ウェハでは、該ＡｌＧａＮバリア層における中心に対する縁のアルミニウムの割合の比は、約０．９８〜１．０２の間であり、
該ウェハの７５％では、該ＡｌＧａＮバリア層の最大の厚さに対する最小の厚さの比は少なくとも０．８である、ウェハ。
【請求項１５】
前記ＩＩＩ族窒化物の層のうちの少なくとも１つは、厚さの標準偏差が５パーセント未満である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項１６】
半導体構造であって、
少なくとも約１００ミリメートルの直径を有する炭化シリコンウェハと、
該炭化シリコンウェハ上のＩＩＩ族窒化物層であって、該炭化シリコンウェハと実質的に同じ直径を有している、ＩＩＩ族窒化物層と
を備えており、
該ウェハおよびエピタキシャル層は、１００ミクロン未満のワープおよび１００ミクロン未満のボーからなる群から選択された少なくとも１つの特性を有している、半導体構造。
【請求項１７】
前記エピタキシャル層は、１ミクロンよりも大きい厚さを有しており、前記炭化シリコンのウェハは、１ミリメートル未満の厚さを有している、請求項１６に記載の半導体構造。
【請求項１８】
前記ＩＩＩ族窒化物の層では、最大の厚さに対する最小の厚さの比が、少なくとも０．８である、請求項１６に記載の半導体構造。
【請求項１９】
有機金属気相成長に適合したソースガスを用いて半導体基板上にＩＩＩ族窒化物層をエピタキシャル成長させる方法であって、改善は、
互いに組成が十分に異なっている２つのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層から形成されたヘテロ構造を成長させ、最小の水素を含む空気中でそれらの界面で、かつ少なくとも１００ｍｍの直径の基板上で、２次元電子ガスを生成すること
を含んでいる、方法。
【請求項２０】
半絶縁性の基板上で、ヘテロ構造を成長させることを含んでいる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板上の窒化ガリウムエピタキシャル層と、
該窒化ガリウム層上のＡｌｘＧａ１−ｘＮ、但し０＜ｘ≦１のエピタキシャル層と
からなるヘテロ構造を成長させることを含んでいる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、およびアンモニアをソースガスとして用いることによって、前記へテロ構造を成長させることを含んでいる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記へテロ構造における窒化アルミニウムガリウムのエピタキシャル層にドーピングするシリコンソースガスとしてシランを用いることを含んでいる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
半絶縁性炭化シリコン基板上にヘテロ構造を成長させることを含んでいる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記窒化ガリウムエピタキシャル層を成長させるステップの前に、前記基板上に核形成層を成長させるステップをさらに含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【国際調査報告】
2008544486.tif 000035
2008544486.tif 000036