(57)【要約】      （修正有）【課題】電流コラプスに係る電流低下を低減できるＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタを提供する。【解決手段】ＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタ１１は、チャネル層２３とバリア層２５とを備える半導体積層を有し、チャネル層２３におけるバリア層２５との界面付近には、二次元電子ガスを有し、半導体積層上に酸化アルミニウム層１７を備える。酸化アルミニウム層１７は、酸化アルミニウム層１７のＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）スペクトルにおける、スペクトル強度の比Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）（但し、Ｉ（吸収波長）は、メチル基に対応したスペクトル、Ｉ（６５０ｃｍ−１）は、酸化アルミニウムに対応したスペクトル）が、０．０５以上である。あるいは、Ｉ（吸収波長）が、カルボニル基に対応したスペクトルであって、スペクトル強度の比Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）が、０．１以上である。【選択図】図１
2016162891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層と、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層とを備え、前記チャネル層と前記バリア層との界面の付近に二次元電子ガスを有する半導体積層と、
前記半導体積層上に設けられた、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられた電極と、
前記半導体積層上に設けられた酸化アルミニウム層とを備え、
前記酸化アルミニウム層は、
前記酸化アルミニウム層のＦＴ−ＩＲスペクトルにおける、スペクトル強度の比
Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）、
但し、
Ｉ（吸収波長）は、メチル基に対応したスペクトル、
Ｉ（６５０ｃｍ−１）は、酸化アルミニウムに対応したスペクトル、
が、０．０５以上である、半導体装置。
【請求項２】
前記Ｉ（吸収波長）は、波長２９００ｃｍ−１におけるスペクトルである、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
ＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層と、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層とを備え、前記チャネル層と前記バリア層との界面の付近に二次元電子ガスを有する半導体積層と、
前記半導体積層上に設けられた、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられた電極と、
前記半導体積層上に設けられた酸化アルミニウム層とを備え、
前記酸化アルミニウム層は、
前記酸化アルミニウム層のＦＴ−ＩＲスペクトルにおける、スペクトル強度の比
Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）、
但し、
Ｉ（吸収波長）は、カルボニル基に対応したスペクトル、
Ｉ（６５０ｃｍ−１）は、酸化アルミニウムに対応したスペクトル、
が、０．１以上である、半導体装置。
【請求項４】
前記Ｉ（吸収波長）は、波長１５５０ｃｍ−１におけるスペクトルである、請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
ＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層と、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層とを備え、前記チャネル層と前記バリア層との界面の付近に二次元電子ガスを有する半導体積層を準備する工程と、
前記半導体積層上に、原子層堆積法により、ステージ温度を１５０度以下とし、酸化源およびアルミニウム源として有機アルミニウム原料を用いて、酸化アルミニウム層を形成する工程と、
前記半導体積層上に、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置するゲート電極を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記有機アルミニウム原料は、トリメチルアルミニウムであり、前記酸化源はＨ２Ｏあるいは酸素プラズマである、請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ステージ温度は１００度以下である、請求項５または請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電界効果トランジスタを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−９８１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電界効果トランジスタは、酸化アルミニウムからなるゲート絶縁膜を有する。このゲート絶縁膜はＡＬＤ法により成長される。この電界効果トランジスタは、膜厚１０００ｎｍのＧａＮ電子走行層と、膜厚３０ｎｍのＡｌＧａＮ電子供給層と、膜厚３ｎｍのＧａＮキャップ層１６とを備える。ＧａＮ電子走行層、ＡｌＧａＮ電子供給層、ＧａＮキャップ層は、基板１０上に形成される。
【０００５】
ＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタにおいては、電流コラプスと呼ばれる現象が知られている。この電流コラプスは、電圧ストレス（高電圧やパルス）の印加に関連してオン抵抗又はドレイン電流が変化する現象である。この現象は、トランジスタ特性を低下させる。
【０００６】
本発明の一側面は、このような背景に基づき為されたものであり、電流コラプスに係る電流低下を低減できる半導体装置を提供することを目的とする。本発明の別の側面は、上記の背景に基づき為されたものであり、電流コラプスに係る電流低下を低減できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る半導体装置は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層と、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層とを備え、前記チャネル層と前記バリア層との界面の付近に二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を有する半導体積層と、前記半導体積層上に設けられた、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられた電極と、前記半導体積層上に設けられた酸化アルミニウム層とを備え、前記酸化アルミニウム層は、前記酸化アルミニウム層のＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）スペクトルにおける、スペクトル強度の比Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）（但し、Ｉ（吸収波長）は、メチル基に対応したスペクトル、Ｉ（６５０ｃｍ−１）は、酸化アルミニウムに対応したスペクトル）が、０．０５以上である、半導体装置により規定される。
あるいは、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層と、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層とを備え、前記チャネル層の前記バリア層との界面の付近に二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を有する半導体積層と、前記半導体積層上に設けられた、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極とドレイン電極との間に設けられた電極と、前記半導体積層上に設けられた酸化アルミニウム層とを備え、前記酸化アルミニウム層は、前記酸化アルミニウム層のＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）スペクトルにおける、スペクトル強度の比Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）（但し、Ｉ（吸収波長）は、カルボニル基に対応したスペクトル、Ｉ（６５０ｃｍ−１）は、酸化アルミニウムに対応したスペクトル）が、０．１以上である、半導体装置により規定される。
本発明の別の側面に係る半導体装置の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層と、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層とを備え、前記チャネル層の前記バリア層との界面の付近に二次元電子ガスを有する半導体積層を準備する工程と、前記半導体積層上に、原子層堆積法により、ステージ温度を１５０度以下とし、酸化源およびアルミニウム源として有機アルミニウム原料を用いて、酸化アルミニウム層を形成する工程と、前記半導体積層上に、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極とドレイン電極との間に位置するゲート電極を形成する工程と、を含む。
【０００８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、電流コラプスに係る電流低下を低減できる半導体装置が提供される。本発明の別の側面によれば、電流コラプスに係る電流低下を低減できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタの構造を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、有機金属原料を用いた原子層堆積（ＡＬＤ）法により成長された２種類の酸化アルミニウム膜のＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＨ３）及びＳＰＣ１を示す図面である。
【図３】図３は、図１の構造のトランジスタのための保護膜としていくつかの成膜条件で作製された酸化アルミニウム層を含むトランジスタのコラプス電流比と、そのドーピング比との関係を示す図面である。
【図４】図４は、有機金属原料を用いた原子層堆積（ＡＬＤ）法により成長された２種類の酸化アルミニウム膜のＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＯＯＨ）及びＳＰＣ２を示す図面である。
【図５】図５は、図１に示されたＧａＮ−ＨＥＭＴを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
引き続き、いくつの具体例を説明する。
【００１２】
一形態に係る半導体装置は、（ａ）ＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層と、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層とを備え、前記チャネル層の前記バリア層との界面の付近に二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を有する半導体積層と、（ｂ）前記半導体積層上に設けられた、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極とドレイン電極との間に設けられた電極と、（ｃ）前記半導体積層上に設けられた酸化アルミニウム層とを備え、前記酸化アルミニウム層は、前記酸化アルミニウム層のＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）スペクトルにおける、スペクトル強度の比Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）（但し、Ｉ（吸収波長）は、メチル基に対応したスペクトル、Ｉ（６５０ｃｍ−１）は、酸化アルミニウムに対応したスペクトル）が、０．０５以上である、半導体装置により規定される。あるいは、前記Ｉ（吸収波長）が、カルボニル基に対応したスペクトルであって、前記スペクトル強度の比Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）が、０．１以上である、半導体装置により規定される。
一形態に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）ＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層と、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層とを備え、前記チャネル層の前記バリア層との界面の付近に二次元電子ガスを有する半導体積層を準備する工程と、（ｂ）前記半導体積層上に、原子層堆積法により、ステージ温度を１５０度以下とし、酸化源およびアルミニウム源として有機アルミニウム原料を用いて、酸化アルミニウム層を形成する工程と、（ｃ）前記半導体積層上に、ソース電極、ドレイン電極および前記ソース電極とドレイン電極との間に位置するゲート電極を形成する工程と、を含む。
一形態に係る半導体装置の製造方法では、前記有機アルミニウム原料は、トリメチルアルミニウムであり、前記酸化源はＨ２Ｏあるいは酸素プラズマである。
一形態に係る半導体装置の製造方法では、前記ステージ温度は１００度以下である。
【００１３】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、ＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタ、及びＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタの構造を模式的に示す図面である。ＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタ１１は、例えばＩＩＩ族窒化物半導体の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の構造を有する。ＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタ１１は、基板２９上に設けられた、半導体積層１３と、ゲート電極１５と、保護膜１７と、第１電極１９と、第２電極２１とを備える。半導体積層１３は、第１のＩＩＩ族窒化物半導体からなるチャネル層２３、及び第２のＩＩＩ族窒化物半導体からなるバリア層２５を含む。なお、基板２９と半導体積層１３との間には、結晶性を改善するなどの目的で、バッファ層を設けることもできる。ゲート電極１５は、半導体積層１３の表面１３ａにショットキ接合ＳＪを成す。第１電極１９及び第２電極２１は半導体積層１３の表面に設けられる。例えば、第１電極１９及び第２電極２１は、それぞれ、ソース電極及びドレイン電極である。保護膜１７は、半導体積層１３の表面１３ａ及びゲート電極１５の側面に接する。保護膜１７は酸化アルミニウム層を含み、この酸化アルミニウム層は、半導体積層１３の表面１３ａ及びゲート電極１５の側面に接する位置関係を有している。酸化アルミニウム層は、メチル基（ＣＨ３−）及びカルボニル基（ＣＯＯＨ−）の少なくともいずれかを不純物として含む。
【００１５】
このＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタ１１によれば、ゲート電極１５が半導体積層１３にショットキ接合ＳＪを成すと共に、保護膜１７内の酸化アルミニウム層が半導体積層１３の表面１３ａ及びゲート電極１５の側面に接する関係で設けられ、また酸化アルミニウム層が、構成元素の酸素及びアルミニウムに加えて、メチル基及びカルボニル基の少なくともいずれかを不純物として含む。
【００１６】
Ｉ（吸収波長）は、メチル基あるいはカルボニル基に係る吸収波長におけるスペクトル強度の値を示し、Ｉ（６５０ｃｍ−１）は波長６５０ｃｍ−１におけるスペクトル強度の値を示す。Ｉ（吸収波長）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）の比は、以下、「ドーピング比」として参照する。
【００１７】
チャネル層２３はバリア層２５にヘテロ接合ＨＪを成しており、ＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタ１１は、ＩＩＩ族窒化物半導体高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を含み、より具体的にはＧａＮ−ＨＥＭＴであることができる。半導体積層１３は、基板２９の主面２９ａ上に設けられる。基板２９の材料は例えばＳｉＣ、Ｓｉ、サファイア、ＧａＮ等であることができる。チャネル層２３は、例えばＧａＮ等であることができ、バリア層２５は、例えばＡｌＧａＮ系、ＩｎＡｌＮ系あるいはそれらの混晶となるＡｌＩｎＧａＮ化合物等であることができる。なお、半導体積層１３には、チャネル層２３、バリア層２５以外にも、さらに、バリア層２５上にキャップ層を設けることもできる。典型的なキャップ層は、ｎ型ＧａＮからなる。第１電極１９及び第２電極２１は半導体積層１３の表面にオーミック接合ＯＭＪを成す。
本実施例の構成は以下のものである。
基板２９：ＳｉＣ。
チャネル層２３：ＧａＮ。
バリア層２５：ＡｌＧａＮ。
酸化アルミニウム：Ａｌ２Ｏ３、厚さ４０ｎｍ。
【００１８】
（実施例１）
図２は、有機金属原料を用いた原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成長された２種類の酸化アルミニウム膜のＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＨ３）及びＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰＣ１を示す。横軸は、赤外線の波長を示し、縦軸は吸収強度を示す。
図２に示されたＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＨ３）及びＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰＣ１は、波長６５０ｃｍ−１付近に大きな吸収ピークを有しており、この吸収ピークを「メインピーク」として参照する。メインピーク（波長６５０ｃｍ−１）は、酸化アルミニウムによる吸収に起因して表れる。ＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰＣ１を測定した酸化アルミニウムは、以下の成膜条件で作製された。
成膜装置のステージ温度（基板温度）：摂氏３００度。
酸化源：Ｈ２Ｏ。
アルミニウム源：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）。
ＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＨ３）を測定したメチル基添加の酸化アルミニウムは、以下の成膜条件（以下「レシピＡ」として参照する）で作製された。
成膜装置のステージ温度（基板温度）：摂氏１００度。
酸化源：Ｈ２Ｏ。
アルミニウム源：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）。
レシピＡの成膜条件によれば、酸化アルミニウムにメチル基（ＣＨ３）のドーピングが有意な量で可能である。発明者の検討によれば、酸化アルミニウム中のメチル基は、２９００ｃｍ−１付近に吸収を示し、この吸収波長におけるスペクトル強度をＩ（２９００ｃｍ−１）として参照する。吸収強度は、ベースラインＢＬを基準にして求められた、メチル基の吸収波長における信号値に対応する。ベースラインＢＬは、メインピークが消失したときの吸収度を基準に決定することが典型的である。
【００１９】
図２に示されたＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＨ３）をＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１ＳＰＣ１と比較すると、成膜条件の違いに起因して、酸化アルミニウム中のメチル基に起因する２９００ｃｍ−１付近の吸収に違いが現れている。メチル基のドーピング量は、ＦＴ−ＩＲスペクトルにおける吸収強度として定量できる。しかし、メチル基に起因する吸収強度それ自体は、メチル基のドーピング量だけでなく、他の要因、例えば膜厚にも影響される。これを避けるために、メチル基に起因する吸収強度は、酸化アルミニウムのＦＴ−ＩＲスペクトルに含まれるメインピークの信号強度によって規格化されることが好ましい。これが、前記ドーピング比である。なお、ＦＴ−ＩＲスペクトルの測定において波長範囲は４００〜４０００ｃｍ−１であり、波数分解能は４ｃｍ−１である。
【００２０】
図３は、図１の構造のトランジスタのための保護膜として酸化アルミニウム層をいくつかの成膜条件で作製すると共に、そのトランジスタの電流コラプス耐性を測定した結果を示す。酸化アルミニウム層の成膜条件では、摂氏１００度〜摂氏３００度の成膜温度と、該成膜温度以外の条件に、メチル基ドーピングのためのレシピＡとを適用する。
図３の横軸はドーピング比を示し、縦軸は、製膜温度を３００度とした場合のコラプス電流を１とした、コラプス電流比を示す。ここで、コラプス電流は、以下のように測定される：チャネル電子が空乏となる電圧条件をゲート電極に印加した状態で、ドレイン電極に強ストレス電圧を印加し、その直後、ドレイン電流を測定する。また、コラプス電流は通常電流が飽和となるゲート電圧、ドレイン電圧条件下で観測されるドレイン電流として規定される。図３においては、大きなコラプス電流比が得られるほど、そのトランジスタが高い電流コラプス耐性を有することを示す。
【００２１】
図３に示すように、ドーピング比が０．０５であるとき、図３を参照すると、コラプス電流は基板温度が３００度の場合に比較して、１．２倍程度に改善する。この程度の電流コラプスは、実用的には許容可能であると考えられる。したがって、電流コラプスを有効に低減できるドーピング比（Ｉ（２９００ｃｍ−１）／Ｉ（６５０ｃｍ−１））は０．０５以上であり、ここで、Ｉ（２９００ｃｍ−１）は波長２９００ｃｍ−１におけるスペクトル強度の値を示す。
【００２２】
ドーピング比（Ｉ（２９００ｃｍ−１）／Ｉ（６５０ｃｍ−１））が０．０５以上の酸化アルミニウムの成膜のためには、摂氏１５０度以下の成膜温度を適用できる。さらに好ましくは摂氏１００度以下の温度を適用できる。また、メチル基のドーピング比の制御のためには、成膜時に、有機アルミニウム原料（例えば、トリメチルアルミニウム：ＴＭＡ）が成長炉のチャンバ内に実質的に滞在する期間を酸化源（例えば、酸素原子を供給するＨ２Ｏ）の供給期間（例えば、酸化源の供給ピーク）に重ねるように、有機アルミニウム原料のパージ時間（タイミング）を調整することができる。
【００２３】
（実施例２）
図４は、実施例１とは異なる条件で、有機金属原料を用いた原子層堆積（ＡＬＤ）法により成長された２種類の酸化アルミニウム膜のＦＴ−ＩＲスペクトルを示す。図４において、横軸は赤外線の波長を示し、縦軸は吸収強度を示す。図４では、ＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＯＯＨ）及びＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰＣ２が示される。
図４に示されたＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＯＯＨ）及びＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰＣ２は、波長６５０ｃｍ−１付近に大きな吸収ピークを有している。このピークは、酸化アルミニウムによるものである。
ＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰＣ２を測定した酸化アルミニウムは、以下の成膜条件で作製された。
成膜装置のステージ温度（基板温度）：摂氏３００度。
酸化源：酸素プラズマ。
アルミニウム源：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）。
ＦＴ−ＩＲスペクトルＳＰ１（ＣＯＯＨ）を得たカルボニル基添加の酸化アルミニウムは、以下の成膜条件（以下「レシピＢ」として参照する）で作製された。
成膜装置のステージ温度（基板温度）：摂氏１００度。
酸化源：酸素プラズマ。
アルミニウム源：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）。
この成膜条件によれば、酸化アルミニウムにカルボニル基（ＣＯＯＨ）のドーピングが有意な量で可能である。発明者の検討によれば、酸化アルミニウム中のカルボニル基は、１５５０ｃｍ−１付近に吸収を示しており、この吸収波長におけるスペクトル強度をＩ（１５５０ｃｍ−１）として参照する。
【００２４】
実施例１と同様に、図１の構造のトランジスタのための保護膜として酸化アルミニウム層をいくつかの成膜条件で作製すると共に、それらのトランジスタの電流コラプス耐性を測定した。酸化アルミニウム層の成膜条件では、摂氏１００度〜摂氏３００度の成膜温度と、該成膜温度以外の条件に、カルボニル基ドーピングのためのレシピＢとを適用する。実施例１と同様に、これらのトランジスタの電流コラプス耐性の測定を行った。発明者の見積もりによって、メチル基添加の酸化アルミニウム層（メチル基に係るドーピング比０．０５）を適用したトランジスタにおけるコラプス電流の基準値に従って、カルボニル基添加の酸化アルミニウム層を適用したトランジスタにおけるコラプス電流の基準値として、カルボニル基のドーピング比０．１０を得た。
したがって、電流コラプスを有効に低減できるドーピング比Ｉ（１５５０ｃｍ−１）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）は０．１以上であり、Ｉ（１５５０ｃｍ−１）は波長１５５０ｃｍ−１におけるスペクトル強度の値を示す。
【００２５】
ドーピング比Ｉ（１５５０ｃｍ−１）／Ｉ（６５０ｃｍ−１）が０．１以上の酸化アルミニウムの製膜のためには、摂氏１５０度以下の製膜温度を適用できる。さらに好ましくは摂氏１００度以下の温度を適用できる。また、カルボニル基のドーピングのためには、有機アルミニウム原料（例えば、トリメチルアルミニウム：ＴＭＡ）が成膜時に成長炉のチャンバ内に実質的に滞在する期間を酸化源（例えば、酸素原子を供給する酸素プラズマ）の供給期間（例えば、酸化源の供給ピーク）に重ねるように、有機アルミニウム原料のパージ時間（タイミング）を調整することができる。
【００２６】
ＩＩＩ族窒化物電子デバイスでは、その電子デバイスを構成する薄膜中に、その成膜の原料に係る反応副生成物が含まれると予期しないトラップを形成することがある。このため、電子デバイスを構成する材料を成膜する際には、薄膜中に副生成物を残さないようにプロセスが設計される。このような考えに基づき、通常の原子層堆積法では、反応副生成物の残留を避けるために摂氏３００度程度の高温下で成膜して、原料、例えば有機金属物質の分解を促すと共に反応副生成物の脱離を促進する。むしろ、１５０度あるいはそれ以下のステージ温度での成長は忌避される。いっぽう、発明者の検討によれば、酸化アルミニウムでは、メチル基やカルボニル基の有意な量のドーピングにより、ＩＩＩ族窒化物電子デバイスの電流コラプスに有意な改善が見られた。有意な添加量のメチル基やカルボニル基を含む酸化アルミニウムは、有意な導電性を持つことで、コラプスの原因となっている電界集中を分散できるものと考えられる。一般に膜質の分析に使用される質量分析法と比べ、本発明において採用される、ＦＴ−ＩＲ分光測定を用いる評価は、本発明において重要な指標、すなわち有機不純物のドーピング比を提供できる。酸化アルミニウム中の有意な量のメチル基及びカルボニル基の評価にＦＴ−ＩＲを用いることにより、酸化アルミニウム膜の構成元素であるアルミニウム及び酸素とメチル基及び／又はカルボニル基との結合状態と、メチル基及び／又はカルボニル基のドーピング量とを評価することができる。
【００２７】
図５は、図１に示されたＧａＮ−ＨＥＭＴを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図５の（ａ）部に示されるように、基板３１上にチャネル層３５及びバリア層３７をエピタキシャル成長して、エピタキシャル基板Ｅを作製する。このエピタキシャル成長は、例えば有機金属気相成長法あるいは、分子線エピタキシー法で行われる。
基板３１：ＳｉＣ基板。
キャリア走行層（チャネル層３５）：ＧａＮ層。
キャリア供給層（バリア層３７）：ＡｌＧａＮ層。
【００２８】
図５の（ｂ）部に示されるように、エピタキシャル成長用の成長炉から、原子層堆積（ＡＬＤ）法を適用可能な反応炉に、エピタキシャル基板Ｅを移動する。
エピタキシャル基板Ｅ上に保護膜を形成する。本実施例では、上記のドーピング不純物添加の酸化アルミニウムをエピタキシャル基板Ｅ上に堆積して、酸化アルミニウム膜３９でエピタキシャル基板Ｅの表面を覆う。酸化アルミニウム膜３９の厚さは、例えば４０ｎｍであることができる。
【００２９】
酸化アルミニウム膜３９の成膜は、摂氏１００度程度の低温の基板温度で、有機金属アルミニウム原料及び酸化源（例えば酸素プラズマ）をエピタキシャル基板Ｅ上に交互に供給して行われる。実施例１または２において示した、ＦＴ−ＩＲ分光測定ドーピング比を実現するためには、酸化剤の選択とともに、ステージ温度の制御、酸化アルミニウム膜３９の成長制御が主な役割を担う。本発明が規定するドーピング濃度が実現されるよう、酸化剤あるいは、ステージ温度を制御する。さらには、本発明が規定するドーピング濃度が実現されるよう、有機アルミニウム原料のパージ時間を制御する。あるいは、これらを複合して制御する。なお、ステージ温度が高いと、ドーピング比が低下する傾向にあるため、ステージ温度においては、１５０度以下、好ましくは１００度以下が好ましい。
【００３０】
保護膜は、単独の酸化アルミニウム膜３９に限定されることなく、異なる材料からなる複数の薄膜を含む積層構造を備えることができる。ただし、この積層構造は、前述した本発明によるドーピング比を備えた、酸化アルミニウム膜３９を含む。例示的な第１の積層構造は、前述した本発明によるドーピング比を備えた酸化アルミニウム膜３９と、前記酸化アルミニウム３９よりもドーピング比の小さい酸化アルミニウムとで構成することができる。または、前述したドーピング比を備えた、酸化アルミニウム膜３９と積層して設けられた、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、あるいはこれらの化合物を採用した積層構造とすることもできる。このような積層構造を採用する場合、前述した本発明によるドーピング比を備えた酸化アルミニウム膜３９の側が、直接にエピタキシャル基板Ｅの表面に接していることが好ましい。しかしながら、別の酸化アルミニウム膜が直接にエピタキシャル基板Ｅの表面に接し、その上に本発明によるドーピング比を備えた酸化アルミニウム膜を積層することも可能である。この場合には、本発明によるドーピング比を備えた酸化アルミニウム膜は、エピタキシャル基板Ｅの表面から１μｍ以内の距離に設けられることが好ましい。
【００３１】
酸化アルミニウム膜３９を形成した後に、図５の（ｃ）部に示されるように、ソース電極４１ａ及びドレイン電極４１ｂ、並びにゲート電極４１ｃを形成する。電極の形成は、例えば以下のように行われる。ゲート電極４１ｃのための開口を酸化アルミニウム膜３９に形成した後に、ゲート電極４１ｃのための金属膜を形成する。リフトオフ法によりゲート電極４１ｃのためのパターン形成を行う。ソース電極４１ａ及びドレイン電極４１ｂのための開口を酸化アルミニウム膜３９に形成した後に、ソース電極４１ａ及びドレイン電極４１ｂのための金属膜を形成する。リフトオフ法によりソース電極４１ａ及びドレイン電極４１ｂのためのパターン形成を行う。電極の形成方法は、上記のものに限定されるものではない。ゲート電極４１ｃの側面は保護膜に接しており、具体的には酸化アルミニウム膜３９に接している。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、メチル基のドーピング、或いはカルボニル基のドーピングを酸化アルミニウム膜中に行うことにより、ドーピングの効果により界面電位を低いエネルギーで固定させることができる。本実施の形態によれば、界面電位低下の効果により、電流コラプスの原因となる界面或いは膜中の電荷捕獲準位を電気的に中和でき、電流コラプスを軽減できる。本実施の形態によれば、メチル基及び／又はカルボニル基の添加の酸化アルミニウム膜を保護膜に適用することにより、ゲートリークによるゲート端の電界緩和が起こり、電流コラプスが改善できる。
【００３３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、電流コラプスに係る影響を低減できる半導体装置及び半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００３５】
１１…ＩＩＩ族窒化物半導体トランジスタ、１３…半導体積層、１５…ゲート電極、１７…保護膜、１９…第１電極、２３…チャネル層、２５…バリア層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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