JP2000049136A

JP2000049136A - エッチングマスクおよびその形成方法

Info

Publication number: JP2000049136A
Application number: JP21582098A
Authority: JP
Inventors: Masateru Hara; 昌輝原; Toshiharu Imanaga; 俊治今永; Hiroharu Kawai; 弘治河合
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】少なくともＡｌとＮを含む化合物層や該層と
下地層との界面などに損傷を発生することなく、この化
合物層を所望の形状にエッチングできるエッチングマス
ク及びその形成方法を提供する。【解決手段】サファイア基板１上にＭＯＣＶＤ法によ
りＧａＮバッファ層２を低温成長させた後、ＧａＮ層３
とＡｌＮ層４を順次成長させる。次に遠隔プラズマＣＶ
Ｄ法でＡｌＮ層４の全面に厚さ０．２μｍのＳｉＯ₂膜
５を形成後、その上にレジストパターンを形成し、それ
をマスクとしてＳｉＯ₂膜５をドライエッチング法によ
りパターニングしてエッチングマスク６を形成する。そ
の後レジストパターンを除去し、エッチングマスク６を
用いレジスト現像液の６０℃加熱原液に基板を入れてＡ
ｌＮ層４をウェットエッチングした後、フッ酸系液を用
いてエッチングマスクをエッチング除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エッチングマス
クおよびその形成方法に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物を用いた半導体装置、例えば電界効果トラン
ジスタ（ＦＥＴ）の製造に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人は、特願平９−１０４６０９
号において、ＧａＮ系半導体を用いた高性能のヘテロ接
合ＦＥＴを提案した。このヘテロ接合ＦＥＴにおいて
は、ＡｌＮ系材料からなるゲート絶縁膜上にゲート電極
が設けられることが一つの特徴である。これは、ＡｌＮ
は、熱伝導度が２Ｗ／ｃｍ・Ｋと高く、バンドギャップ
も６．２ｅＶと大きく、絶縁材料として優れた性質を有
しているためである。

【０００３】このようなヘテロ接合ＦＥＴの製造におい
ては、ＡｌＮ系材料からなるゲート絶縁膜を基板全面に
成膜した後、このゲート絶縁膜のうちソース電極および
ドレイン電極形成部をエッチングにより除去してソース
電極およびドレイン電極をオーミックコンタクトさせる
べき下地層を露出させる必要がある。このような選択エ
ッチングを行う場合には、これまでは、全面に形成され
たＡｌＮ系材料からなるゲート絶縁膜上にＲＦプラズマ
化学気相成長（ＣＶＤ）法により酸化シリコン（ＳｉＯ
₂）膜を成膜した後、このＳｉＯ₂膜をエッチングによ
り所定形状にパターニングしてエッチングマスクを形成
し、このエッチングマスクを用いてゲート絶縁膜をエッ
チングしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者が独自に得た知見によれば、上述のようにＡｌＮ系材
料からなるゲート絶縁膜上にＲＦプラズマＣＶＤ法によ
りＳｉＯ₂膜を成膜すると、プラズマの作用により、ゲ
ート絶縁膜自身に損傷が発生したり、ゲート絶縁膜とそ
の下地のＧａＮ系半導体層との界面に損傷が発生したり
するという問題があった。これらの損傷はＦＥＴの特性
の劣化をもたらすため、その改善が望まれていた。特
に、このゲート絶縁膜は通常厚さが数ｎｍと極めて薄い
ため、この問題は深刻である。

【０００５】さらに、本発明者の知見によれば、同様な
問題は、少なくともＡｌとＮとを含む化合物層上に上述
のようなＲＦプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を成膜
する場合全般に生じ得るものであり、解決が望まれるも
のである。

【０００６】したがって、この発明の目的は、少なくと
もＡｌとＮとを含む化合物層やこの化合物層と下地の層
との界面などに損傷を発生することなく、この化合物層
を所望の形状にエッチングすることができるエッチング
マスクおよびその形成方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、少なくともＡｌとＮとを
含む化合物層をエッチングする際に用いられるエッチン
グマスクにおいて、熱化学気相成長法またはリモートプ
ラズマ化学気相成長法により化合物層上に形成された絶
縁膜からなることを特徴とするものである。

【０００８】この発明の第２の発明は、少なくともＡｌ
とＮとを含む化合物層をエッチングする際に用いられる
エッチングマスクの形成方法において、化合物層上に熱
化学気相成長法またはリモートプラズマ化学気相成長法
により絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜をエッチングに
より所定形状にパターニングする工程とを有することを
特徴とするものである。

【０００９】この発明の第３の発明は、少なくともＡｌ
とＮとを含む化合物層をエッチングする際に用いられる
エッチングマスクの形成方法において、化合物層上に導
電膜を形成する工程と、導電膜上にプラズマ化学気相成
長法により絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜をエッチン
グにより所定形状にパターニングする工程とを有するこ
とを特徴とするものである。

【００１０】この発明の第４の発明は、少なくともＡｌ
とＮとを含む化合物層をエッチングする際に用いられる
エッチングマスクの形成方法において、化合物層を必要
な厚さよりも厚く形成する工程と、化合物層上にプラズ
マ化学気相成長法により絶縁膜を形成する工程と、絶縁
膜をエッチングにより所定形状にパターニングする工程
とを有することを特徴とするものである。

【００１１】この発明において、エッチングマスクを構
成する絶縁膜は、典型的には、酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ_x）膜または窒化シリコン（ＳｉＮ_x）膜である。

【００１２】この発明において、ＡｌとＮとを含む化合
物層は、典型的には、Ａｌを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物層、例えば、Ａｌ_vＧａ_1-vＮ層（ただし、０＜
ｖ≦１）、特に、ＡｌＮを主成分とするもの、例えばＡ
ｌＮ層などである。Ａｌを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物層は、一般には、ＩＩＩ族元素としてＡｌ以外にＧ
ａ、ＩｎまたはＢのいずれかを含み、Ｖ族元素として場
合によりＡｓまたはＰを含むものであってよい。

【００１３】この発明の第３の発明において、導電膜は
典型的には金属膜であり、この金属膜は例えばＡｌ膜あ
るいはＡｌ−Ｓｉ膜やＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜などのＡｌ合
金膜である。この導電膜は、支障がなければそのまま残
しておいてもよいが、そのまま残しておくと支障がある
場合には、エッチングマスクを用いてこの金属膜ととも
に化合物層をエッチングし、さらにこのエッチングマス
クをエッチング除去した後、この導電膜をエッチング除
去したり、あるいは、酸化または窒化することにより絶
縁膜化したりすればよい。

【００１４】この発明の第４の発明においては、化合物
層上にプラズマ化学気相成長法により絶縁膜を形成する
際に、この化合物層の表面にプラズマによる損傷が発生
するため、エッチングマスクを用いて化合物層をエッチ
ングした後、この化合物層の表面層をエッチング除去し
てこの表面層の損傷を除去するとともに、その厚さを必
要な厚さにする。

【００１５】上述のように構成されたこの発明の第１お
よび第２の発明においては、熱化学気相成長法またはリ
モートプラズマ化学気相成長法により絶縁膜を形成する
際には、プラズマによる損傷の発生がないか、あるい
は、ＲＦプラズマ化学気相成長法により絶縁膜を形成す
る場合に比べて損傷の発生を極めて少なく抑えることが
できる。

【００１６】上述のように構成されたこの発明の第３の
発明においては、ＡｌとＮとを含む化合物層上に導電膜
を形成してからこの導電膜上にプラズマ化学気相成長法
により絶縁膜を形成しているので、このプラズマ化学気
相成長法による絶縁膜の形成の際には、導電膜により化
合物層の表面が同電位に保たれ、プラズマからの荷電粒
子に起因する損傷を受けにくい。

【００１７】上述のように構成されたこの発明の第４の
発明においては、化合物層上にプラズマ化学気相成長法
により絶縁膜を形成する際にプラズマによる損傷がこの
化合物層に発生しても、その損傷はこの化合物層の表面
層に止めることができることにより、その後にこの化合
物層の表面層を除去することにより、必要な厚さにされ
た状態の化合物層は損傷のないものとすることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１９】まず、この発明の第１の実施形態によるエ
ッチング方法について説明する。

【００２０】この第１の実施形態においては、図１Ａに
示すように、まず、ｃ面サファイア基板１上に有機金属
化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により例えば５６０℃程
度の基板温度でＧａＮバッファ層２を低温成長させた
後、引き続いてＭＯＣＶＤ法により、このＧａＮバッフ
ァ層２上にＧａＮ層３およびＡｌＮ層４を順次成長させ
る。これらの層の厚さの一例を挙げると、ＧａＮバッフ
ァ層２は３０ｎｍ、ＧａＮ層３は１μｍ、ＡｌＮ層４は
６ｎｍである。ＧａＮ層３の成長条件の一例を挙げる
と、成長原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およ
びアンモニア（ＮＨ₃）を用い、それらの流量をそれぞ
れ５０ＳＣＣＭおよび２０ＳＬＭとし、反応圧力を５０
０Ｔｏｒｒ、基板温度を１０００℃とする。また、Ａｌ
Ｎ層４の成長条件の一例を挙げると、成長原料としてト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびアンモニア（Ｎ
Ｈ₃）を用い、それらの流量をそれぞれ１０ＳＣＣＭお
よび２０ＳＬＭとし、反応圧力を５００Ｔｏｒｒ、基板
温度を１０００℃とする。

【００２１】次に、図１Ｂに示すように、リモートプラ
ズマＣＶＤ法により、ＡｌＮ層４の全面にエッチングマ
スク形成用のＳｉＯ₂膜５を成膜する。このＳｉＯ₂膜
５の厚さは例えば０．２μｍである。このＳｉＯ₂膜５
の成膜条件の一例を挙げると、プロセスガスとしてモノ
シラン（ＳｉＨ₄）、酸素（Ｏ₂）およびヘリウム（Ｈ
ｅ）を用い、それらの流量をそれぞれ５０ＳＣＣＭ、２
００ＳＣＣＭおよび２００ＳＣＣＭとし、反応圧力を２
００ｍＴｏｒｒ、基板温度を３００℃、ＲＦパワー（１
３．５６ＭＨｚ）を１５０Ｗとする。このリモートプラ
ズマＣＶＤ法によるＳｉＯ₂膜５の成膜時には、ＡｌＮ
層４中における捕獲電荷の発生や、ＡｌＮ層４とＧａＮ
層３との界面での界面準位の発生などの損傷を防止する
ことができる。これは、別の試料を用いた容量−電圧
（Ｃ−Ｖ）測定法により確認されている。

【００２２】次に、ＳｉＯ₂膜５上に所定形状のレジス
トパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成し
た後、このレジストパターンをマスクとしてドライエッ
チング法、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法
によりＳｉＯ₂膜５をエッチングし、パターニングす
る。これによって、図１Ｃに示すように、ＳｉＯ₂膜５
からなる無機のエッチングマスク６が形成される。この
後、レジストパターンを除去する。

【００２３】次に、図１Ｄに示すように、エッチングマ
スク６を用いてＡｌＮ層４をウエットエッチングする。
このウエットエッチングは、例えば、通常のフォトレジ
スト用現像液の原液を６０℃に加熱し、この原液の中に
基板を入れることにより行うことができる。ここで、こ
のＡｌＮ層４のウエットエッチングは、現像液中のＫＯ
Ｈの働きによるもので、エッチング速度は約１ｎｍ／ｍ
ｉｎであった。これにより、目的とするＡｌＮ層４のパ
ターニングが終了する。なお、このＡｌＮ層４のウエッ
トエッチングは等方的に進行するが、このＡｌＮ層４は
極めて薄いことにより、横方向のパターン寸法の減少は
ほとんど無視することができる。

【００２４】この後、図１Ｅに示すように、エッチング
マスク６をエッチング除去する。このエッチングには、
例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチ
ングを用いる。

【００２５】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、ＡｌＮ層４のエッチングに用いられるエッチングマ
スク６をリモートプラズマＣＶＤ法により成膜されたＳ
ｉＯ₂膜５により形成しているので、このＳｉＯ₂膜５
の成膜時にＡｌＮ層４に損傷が発生したり、ＡｌＮ層４
とＧａＮ層５との界面に損傷が発生したりするのを防止
することができる。

【００２６】次に、この発明の第２の実施形態によるエ
ッチング方法について説明する。

【００２７】この第２の実施形態においては、図２Ａに
示すように、まず、ｃ面サファイア基板１１上にＭＯＣ
ＶＤ法により例えば５６０℃程度の基板温度でＧａＮバ
ッファ層１２を低温成長させた後、引き続いてＭＯＣＶ
Ｄ法により、このＧａＮバッファ層１２上にＧａＮ層１
３およびＡｌＮ層１４を順次成長させる。これらの層の
厚さの一例を挙げると、ＧａＮバッファ層１２は３０ｎ
ｍ、ＧａＮ層１３は１μｍ、ＡｌＮ層１４は６ｎｍであ
る。ＧａＮ層１３の成長条件の一例を挙げると、成長原
料としてＴＭＧおよびＮＨ₃を用い、それらの流量をそ
れぞれ５０ＳＣＣＭおよび２０ＳＬＭとし、反応圧力を
５００Ｔｏｒｒ、基板温度を１０００℃とする。また、
ＡｌＮ層１４の成長条件の一例を挙げると、成長原料と
してＴＭＡおよびＮＨ₃を用い、それらの流量をそれぞ
れ１０ＳＣＣＭおよび２０ＳＬＭとし、反応圧力を５０
０Ｔｏｒｒ、基板温度を１０００℃とする。

【００２８】次に、図２Ｂに示すように、例えば真空蒸
着法により、ＡｌＮ層１４の全面にＡｌ膜１５を成膜す
る。この蒸着時の蒸着室内の圧力は例えば１×１０^-7Ｔ
ｏｒｒである。このＡｌ膜１５の厚さは例えば５ｎｍと
する。

【００２９】次に、図２Ｃに示すように、通常の平行平
板型ＲＦプラズマＣＶＤ法により、Ａｌ膜１５上にエッ
チングマスク形成用のＳｉＯ₂膜１６を成膜する。この
ＳｉＯ₂膜１６の厚さは例えば０．２μｍである。この
ＳｉＯ₂膜１６の成膜条件の一例を挙げると、成膜原料
としてモノシラン（ＳｉＨ₄）および一酸化二窒素（Ｎ
₂Ｏ）を用い、それらの流量をそれぞれ１００ＳＣＣＭ
および２００ＳＣＣＭとし、反応圧力を５００ｍＴｏｒ
ｒ、基板温度を３００℃、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨ
ｚ）を３００Ｗとする。ここで、Ａｌ膜１５を成膜しな
いで、この平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ法により直接
ＡｌＮ層１４上にＳｉＯ₂膜１６を成膜した場合には、
ＡｌＮ層１４中やＡｌＮ層１４とＧａＮ層１３との界面
などに損傷が発生することがＣ−Ｖ測定から分かってい
るが、この第２の実施形態においては、上述のように、
ＡｌＮ層１４上にＡｌ膜１５を成膜した後、このＡｌ膜
１５上にＳｉＯ₂膜１６を成膜していることにより、こ
のＡｌ膜１５で等電位に保たれたＡｌＮ層１４の表面に
は荷電粒子の影響がなく、したがってＡｌＮ層１４中や
ＡｌＮ層１４とＧａＮ層１３との界面などに損傷が発生
するのを防止することができる。なお、ＳｉＯ₂膜１６
の成膜終了時には、Ａｌ膜１５はその一部または全部が
酸化されていることもあり得る。

【００３０】次に、ＳｉＯ₂膜１６上に所定形状のレジ
ストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成
した後、このレジストパターンをマスクとしてドライエ
ッチング法、例えばＲＩＥ法によりＳｉＯ₂膜１６をエ
ッチングし、パターニングする。これによって、図２Ｄ
に示すように、ＳｉＯ₂膜１６からなる無機のエッチン
グマスク１７が形成される。このドライエッチング時に
おいても、Ａｌ膜１５で等電位に保たれたＡｌＮ層１４
の表面には荷電粒子の影響がなく、したがってＡｌＮ層
１４中やＡｌＮ層１４とＧａＮ層１３との界面などに損
傷が発生するのを防止することができる。この後、レジ
ストパターンを除去する。

【００３１】次に、図２Ｅに示すように、エッチングマ
スク１７を用いてＡｌ膜１５およびＡｌＮ層１４を順次
ウエットエッチングする。このウエットエッチングは、
第１の実施形態におけると同様に、例えば、通常のフォ
トレジスト用現像液の原液を６０℃に加熱し、この原液
の中に基板を入れることにより行うことができる。これ
により、目的とするＡｌＮ層１４のパターニングが終了
する。

【００３２】この後、図２Ｆに示すように、エッチング
マスク１７およびＡｌ膜１５をエッチング除去する。こ
こで、エッチングマスク１７のエッチングには、第１の
実施形態におけると同様に、例えばフッ酸系のエッチン
グ液を用いたウエットエッチングを用いる。また、Ａｌ
膜１５のエッチングは、第１の実施形態におけると同様
に、例えば、通常のフォトレジスト用現像液の原液を６
０℃に加熱し、この原液の中に基板を入れることにより
行うことができる。

【００３３】以上のように、この第２の実施形態によれ
ば、ＡｌＮ層１４上にＡｌ膜１５を成膜した後、その上
にＡｌＮ層１４のエッチングに用いられるエッチングマ
スク１７を形成するためのＳｉＯ₂膜１６をプラズマＣ
ＶＤ法により成膜するようにしているので、ＳｉＯ₂膜
１６の成膜にプラズマＣＶＤ法を用いているにもかかわ
らず、このＳｉＯ₂膜１６の成膜時にＡｌＮ層１４に損
傷が発生したり、ＡｌＮ層１４とＧａＮ層１５との界面
に損傷が発生したりするのを防止することができる。

【００３４】次に、この発明の第３の実施形態によるエ
ッチング方法について説明する。

【００３５】この第３の実施形態においては、図３Ａに
示すように、まず、ｃ面サファイア基板２１上にＭＯＣ
ＶＤ法により例えば５６０℃程度の基板温度でＧａＮバ
ッファ層２２を低温成長させた後、引き続いてＭＯＣＶ
Ｄ法により、このＧａＮバッファ層２２上にＧａＮ層２
３およびＡｌＮ層２４を順次成長させる。このとき、こ
のＡｌＮ層２４の厚さは、最終的に必要な厚さより厚く
しておく。これらの層の厚さの一例を挙げると、ＧａＮ
バッファ層２２は３０ｎｍ、ＧａＮ層２３は１μｍ、Ａ
ｌＮ層２４は最終的に必要な厚さが６ｎｍであるときに
２０ｎｍとする。ＧａＮ層２３の成長条件の一例を挙げ
ると、成長原料としてＴＭＧおよびＮＨ₃を用い、それ
らの流量をそれぞれ５０ＳＣＣＭおよび２０ＳＬＭと
し、反応圧力を５００Ｔｏｒｒ、基板温度を１０００℃
とする。また、ＡｌＮ層２４の成長条件の一例を挙げる
と、成長原料としてＴＭＡおよびＮＨ₃を用い、それら
の流量をそれぞれ１０ＳＣＣＭおよび２０ＳＬＭとし、
反応圧力を５００Ｔｏｒｒ、基板温度を１０００℃とす
る。

【００３６】次に、図３Ｂに示すように、通常の平行平
板型ＲＦプラズマＣＶＤ法により、ＡｌＮ層２４上にエ
ッチングマスク形成用のＳｉＯ₂膜２５を成膜する。こ
のＳｉＯ₂膜２５の厚さは例えば０．２μｍである。こ
のＳｉＯ₂膜２５の成膜条件の一例を挙げると、プロセ
スガスとしてＳｉＨ₄およびＮ₂Ｏを用い、それらの流
量をそれぞれ１００ＳＣＣＭおよび２００ＳＣＣＭと
し、反応圧力を５００ｍＴｏｒｒ、基板温度を３００
℃、ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）を３００Ｗとす
る。このとき、ＡｌＮ層２４は最終的に必要な厚さより
も厚く形成してあるため、この平行平板型ＲＦプラズマ
ＣＶＤ法によるＳｉＯ₂膜２５の成膜時に発生する損傷
（図３Ｂにおいて点線で示す（以下同様））はＡｌＮ層
２４とＧａＮ層２３との界面にまで到達せずにこのＡｌ
Ｎ層２４の表面に局在する。

【００３７】次に、ＳｉＯ₂膜２５上に所定形状のレジ
ストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成
した後、このレジストパターンをマスクとしてドライエ
ッチング法、例えばＲＩＥ法によりＳｉＯ₂膜２５をエ
ッチングし、パターニングする。これによって、図３Ｃ
に示すように、ＳｉＯ₂膜２５からなる無機のエッチン
グマスク２６が形成される。この後、レジストパターン
を除去する。

【００３８】次に、図３Ｄに示すように、エッチングマ
スク２６を用いてＡｌＮ層２４をウエットエッチングす
る。このウエットエッチングは、第１の実施形態におけ
ると同様に、例えば、通常のフォトレジスト用現像液の
原液を６０℃に加熱し、この原液の中に基板を入れるこ
とにより行うことができる。これにより、目的とするＡ
ｌＮ層２４のパターニングが終了する。

【００３９】次に、エッチングマスク２６をエッチング
除去する。このエッチングには、第１の実施形態におけ
ると同様に、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウ
エットエッチングを用いる。

【００４０】次に、図３Ｅに示すように、ＡｌＮ層２４
の表面層をウエットエッチングにより除去し、必要な厚
さにする。これによって、損傷のない、必要な厚さのＡ
ｌＮ層２４が得られる。このウエットエッチングは、第
１の実施形態におけると同様に、例えば、通常のフォト
レジスト用現像液の原液を６０℃に加熱し、この原液の
中に基板を入れることにより行うことができる。

【００４１】以上のように、この第３の実施形態によれ
ば、ＡｌＮ層２４を最終的に必要な厚さより厚く形成
し、その上にＡｌＮ層１４のエッチングに用いられるエ
ッチングマスク２６を形成するためのＳｉＯ₂膜２５を
プラズマＣＶＤ法により成膜しているので、このＳｉＯ
₂膜２５の成膜時に発生する損傷をこのＡｌＮ層２４の
表面に止めることができる。このため、その後に表面層
をエッチングして必要な厚さにしたＡｌＮ層２４は損傷
のないものとすることができる。

【００４２】次に、この発明の第４の実施形態によるＧ
ａＮ系ＦＥＴの製造方法について説明する。この第４の
実施形態においては、ゲート絶縁膜のパターニングに第
１の実施形態と同様な方法を適用する。

【００４３】この第４の実施形態においては、まず、図
４に示すように、ｃ面サファイア基板３１上にＭＯＣＶ
Ｄ法により例えば５６０℃程度の温度でＧａＮバッファ
層３２を低温成長させた後、引き続いてＭＯＣＶＤ法に
より例えば１０００℃程度の温度でこのＧａＮバッファ
層３２上にＡｌ_xＧａ_1-xＮ層３３（ただし、０≦ｘ≦
１）、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ層３４（ただし、０＜ｙ≦
１）、ｎ型Ａｌ_zＧａ_1-zＮ層３５（ただし、０≦ｚ≦
１）、アンドープＡｌ_zＧａ_1-zＮ層３６（ただし、０
≦ｚ≦１）、アンドープＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３７（ただ
し、０≦ｕ≦１）およびＡｌ_vＧａ_1-vＮ層３８（ただ
し、０＜ｖ≦１）を順次成長させる。ここで、Ａｌ_yＧ
ａ_1-yＮ層３４はバリア層、ｎ型Ａｌ_zＧａ_1-zＮ層３
５は電子供給層、アンドープＡｌ_zＧａ_1-zＮ層３６は
スペーサ層、アンドープＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３７は電子
走行層、Ａｌ_vＧａ_1-vＮ層３８はゲート絶縁膜を構成
する。ここで、アンドープＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３７の厚
さは例えば１ｎｍ以上１５ｎｍ以下、好適には２ｎｍ以
上１０ｎｍ以下とする。電子供給層としてのｎ型Ａｌ_z
Ｇａ_1-zＮ層３５のドーピング濃度は例えば１．０×１
０¹⁹ｃｍ^-3とする。また、このｎ型Ａｌ_zＧａ_1-zＮ層
３５の不純物濃度×厚さ積は５×１０¹⁸［ｃｍ^−３］
［ｎｍ］以上１×１０^２１［ｃｍ^-3］［ｎｍ］以下、好
適には、５×１０¹⁹［ｃｍ^-3］［ｎｍ］以上５×１０²⁰
［ｃｍ^-3］［ｎｍ］以下とする。

【００４４】次に、図５に示すように、第１の実施形態
と同様に、リモートプラズマＣＶＤ法により、Ａｌ_vＧ
ａ_1-vＮ層３８の全面にエッチングマスク形成用のＳｉ
Ｏ₂膜３９を成膜する。このＳｉＯ₂膜３９の厚さおよ
び成膜条件は第１の実施形態と同様である。

【００４５】次に、図６に示すように、第１の実施形態
と同様にして、ＳｉＯ₂膜３９を所定形状にパターニン
グしてエッチングマスク４０を形成する。

【００４６】次に、図７に示すように、エッチングマス
ク４０を用いてＡｌ_vＧａ_1-vＮ層３８をウエットエッ
チングし、パターニングする。このウエットエッチング
は、第１の実施形態と同様にして行う。

【００４７】次に、エッチングマスク４０をエッチング
除去する。このエッチングには、例えばフッ酸系のエッ
チング液を用いたウエットエッチングを用いる。

【００４８】次に、図８に示すように、例えばリフトオ
フ法により、Ａｌ_vＧａ_1-vＮ層３８上にゲート電極４
１を形成する。このゲート電極４１形成用の金属膜とし
ては例えばＴｉ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜、Ｔｉ／
Ｗ膜などを用いる。

【００４９】次に、上述のようにしてゲート電極４１が
形成された表面上にソース電極およびドレイン電極形成
部に対応する部分が開口したレジストパターン（図示せ
ず）をリソグラフィーにより形成した後、このレジスト
パターンをマスクとしてＡｌ_vＧａ_1-vＮ層３８をエッ
チングすることによりアンドープＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３
７を部分的に露出させる。

【００５０】次に、例えば真空蒸着法により全面にソー
ス電極およびドレイン電極形成用の金属膜を形成した
後、レジストパターンをその上に形成された金属膜とと
もに除去する。これによって、図８に示すように、アン
ドープＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３７上にソース電極４２およ
びドレイン電極４３が形成される。これらのソース電極
４２およびドレイン電極４３形成用の金属膜としては、
例えばＴｉ／Ａｌ膜やＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ膜などを
用いる。以上により、ＭＩＳ（Ｍetal-Insulator-Semic
onductor）構造およびＨＥＭＴ（High Electron Mobili
ty Transistor)構造を併有するＧａＮ系ＦＥＴが製造さ
れる。

【００５１】図９に、このＧａＮ系ＦＥＴのフラットバ
ンド条件におけるエネルギーバンド図、特に伝導帯を示
す。各ヘテロ接合界面に存在するエネルギー不連続は、
例えば、ΔＥ_c1＝０．６３９ｅＶ、ΔＥ_c2＝０．４１３
ｅＶ、ΔＥ_c3＝０．６２５ｅＶ、ΔＥ_c5＝２．１８ｅＶ
である。また、ゲート電極４１の直下におけるアンドー
プＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３７内の電子の面密度は例えば
２．０×１０¹³ｃｍ^-2である。

【００５２】図８において、電子走行層としてのアンド
ープＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３７における電子の経路を矢印
で示す。また、アンドープＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３７中の
電子の存在する領域に点描を付す。

【００５３】この第４の実施形態によれば、特願平９−
１０４６０９号において提案された高Ｇ_m（相互コンダ
クタンス）、高ｆ_T（遮断周波数）の高周波高出力の高
性能ＧａＮ系ＦＥＴの製造において、第１の実施形態と
同様の理由により、ゲート絶縁膜を構成するＡｌ_vＧａ
_1-vＮ層３８のエッチングに用いられるエッチングマス
ク４０の形成用のＳｉＯ₂膜３９の成膜時に、このＡｌ
_vＧａ_1-vＮ層３８に損傷が発生したり、このＡｌ_vＧ
ａ_1-vＮ層３８とアンドープＧａ_1-uＩｎ_uＮ層３７と
の界面に損傷が発生したりするのを防止することができ
る。

【００５４】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。

【００５５】例えば、上述の第１〜第４の実施形態にお
いて挙げた数値、構造、原料、プロセスなどはあくまで
も例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構
造、原料、プロセスなどを用いてもよい。

【００５６】また、上述の第２の実施形態においては、
ＡｌＮ層１４をエッチングによりパターニングした後に
その上のＡｌ膜１５をエッチング除去しているが、場合
によっては、Ａｌ膜１５をエッチング除去する代わり
に、このＡｌ膜１５を絶縁膜化するようにしてもよい。
具体的には、例えば、ランプ加熱を行いながら、基板を
Ｏ₂雰囲気に保つことにより、Ａｌ膜１５をＡｌ₂Ｏ₃
膜化することができる。また、ランプ加熱を行いなが
ら、基板をＮＨ₃雰囲気に保つことにより、Ａｌ膜１５
をＡｌＮ膜化することができる。

【００５７】また、上述の第４の実施形態においては、
ゲート絶縁膜のパターニングに第１の実施形態と同様な
方法を適用したが、第２または第３の実施形態と同様な
方法をゲート絶縁膜のパターニングに適用してもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によるエ
ッチングマスクおよびその形成方法によれば、少なくと
もＡｌとＮとを含む化合物層やこの化合物層と下地の層
との界面などに損傷を発生することなく、この化合物層
を所望の形状にエッチングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態によるエッチング方
法を説明するための断面図である。

【図２】この発明の第２の実施形態によるエッチング方
法を説明するための断面図である。

【図３】この発明の第３の実施形態によるエッチング方
法を説明するための断面図である。

【図４】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系ＦＥ
Ｔの製造方法を説明するための断面図である。

【図５】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系ＦＥ
Ｔの製造方法を説明するための断面図である。

【図６】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系ＦＥ
Ｔの製造方法を説明するための断面図である。

【図７】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系ＦＥ
Ｔの製造方法を説明するための断面図である。

【図８】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系ＦＥ
Ｔの製造方法を説明するための断面図である。

【図９】この発明の第４の実施形態により製造されたＧ
ａＮ系ＦＥＴのエネルギーバンド図である。

【符号の説明】

１、１１、２１、３１・・・ｃ面サファイア基板、４、
１４、２４・・・ＡｌＮ層、５、１６、２５・・・Ｓｉ
Ｏ₂膜、６、１７、２６・・・エッチングマスク、１５
・・・Ａｌ膜、３８・・・Ａｌ_vＧａ_1-vＮ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/812 Ｈ０１Ｌ 29/80 Ｂ // Ｈ０１Ｌ 21/31 (72)発明者河合弘治東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA02 BA08 BA38 BA40 BA44 DA05 DA08 FA01 LA02 LA14 5F004 AA04 AA06 DB12 DB19 EA06 EA07 EA10 5F043 AA16 AA33 BB10 BB22 DD07 5F045 AA04 AA08 AA20 AB09 AB14 AB32 AC01 AC08 AC11 AC12 AD07 AD09 AD14 AE19 AE25 BB16 HA14 5F102 GB01 GC01 GD10 GJ10 GK04 GQ02 GT03 HC01 HC11 HC15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともＡｌとＮとを含む化合物層を
エッチングする際に用いられるエッチングマスクにおい
て、熱化学気相成長法またはリモートプラズマ化学気相成長
法により上記化合物層上に形成された絶縁膜からなるこ
とを特徴とするエッチングマスク。
【請求項２】上記絶縁膜は酸化シリコン膜または窒化
シリコン膜であることを特徴とする請求項１記載のエッ
チングマスク。
【請求項３】上記化合物層はＡｌを含む窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物層であることを特徴とする請求項１記載
のエッチングマスク。
【請求項４】上記化合物層はＡｌ_vＧａ_1-vＮ層（た
だし、０＜ｖ≦１）であることを特徴とする請求項１記
載のエッチングマスク。
【請求項５】上記化合物層はＡｌＮ層であることを特
徴とする請求項１記載のエッチングマスク。
【請求項６】少なくともＡｌとＮとを含む化合物層を
エッチングする際に用いられるエッチングマスクの形成
方法において、上記化合物層上に熱化学気相成長法またはリモートプラ
ズマ化学気相成長法により絶縁膜を形成する工程と、上記絶縁膜をエッチングにより所定形状にパターニング
する工程とを有することを特徴とするエッチングマスク
の形成方法。
【請求項７】上記絶縁膜は酸化シリコン膜または窒化
シリコン膜であることを特徴とする請求項６記載のエッ
チングマスクの形成方法。
【請求項８】上記化合物層はＡｌを含む窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物層であることを特徴とする請求項６記載
のエッチングマスクの形成方法。
【請求項９】上記化合物層はＡｌ_vＧａ_1-vＮ層（た
だし、０＜ｖ≦１）であることを特徴とする請求項６記
載のエッチングマスクの形成方法。
【請求項１０】上記化合物層はＡｌＮ層であることを
特徴とする請求項６記載のエッチングマスクの形成方
法。
【請求項１１】少なくともＡｌとＮとを含む化合物層
をエッチングする際に用いられるエッチングマスクの形
成方法において、上記化合物層上に導電膜を形成する工程と、上記導電膜上にプラズマ化学気相成長法により絶縁膜を
形成する工程と、上記絶縁膜をエッチングにより所定形状にパターニング
する工程とを有することを特徴とするエッチングマスク
の形成方法。
【請求項１２】上記絶縁膜は酸化シリコン膜または窒
化シリコン膜であることを特徴とする請求項１１記載の
エッチングマスクの形成方法。
【請求項１３】上記導電膜は金属膜であることを特徴
とする請求項１１記載のエッチングマスクの形成方法。
【請求項１４】上記化合物層はＡｌを含む窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物層であることを特徴とする請求項１１
記載のエッチングマスクの形成方法。
【請求項１５】上記化合物層はＡｌ_vＧａ_1-vＮ層
（ただし、０＜ｖ≦１）であることを特徴とする請求項
１１記載のエッチングマスクの形成方法。
【請求項１６】上記化合物層はＡｌＮ層であることを
特徴とする請求項１１記載のエッチングマスクの形成方
法。
【請求項１７】少なくともＡｌとＮとを含む化合物層
をエッチングする際に用いられるエッチングマスクの形
成方法において、上記化合物層を必要な厚さよりも厚く形成する工程と、上記化合物層上にプラズマ化学気相成長法により絶縁膜
を形成する工程と、上記絶縁膜をエッチングにより所定形状にパターニング
する工程とを有することを特徴とするエッチングマスク
の形成方法。
【請求項１８】上記絶縁膜は酸化シリコン膜または窒
化シリコン膜であることを特徴とする請求項１７記載の
エッチングマスクの形成方法。
【請求項１９】上記化合物層はＡｌを含む窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物層であることを特徴とする請求項１７
記載のエッチングマスクの形成方法。
【請求項２０】上記化合物層はＡｌ_vＧａ_1-vＮ層
（ただし、０＜ｖ≦１）であることを特徴とする請求項
１７記載のエッチングマスクの形成方法。
【請求項２１】上記化合物層はＡｌＮ層であることを
特徴とする請求項１７記載のエッチングマスクの形成方
法。