JP2001274140A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧａＮ系半導体上に形成された絶縁膜の密着
性向上、ショットキーダイオード特性の向上、オーミッ
ク電極のコンタクト抵抗の低減を目的とする。 【解決手段】 アンモニアを含むガスを用いてＧａＮ系
半導体層２の表面をプラズマエッチングすることによ
り、ＧａＮ系半導体層２表面の改質あるいは清浄化を行
う。
性向上、ショットキーダイオード特性の向上、オーミッ
ク電極のコンタクト抵抗の低減を目的とする。 【解決手段】 アンモニアを含むガスを用いてＧａＮ系
半導体層２の表面をプラズマエッチングすることによ
り、ＧａＮ系半導体層２表面の改質あるいは清浄化を行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に（ＩｎX
Ａｌ1-X）YＧa1―YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）で表
される窒化ガリウム系（以下、「ＧａＮ系」という）半
導体層を用いた半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
Ａｌ1-X）YＧa1―YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）で表
される窒化ガリウム系（以下、「ＧａＮ系」という）半
導体層を用いた半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａｌ
ＩｎＮ、およびＩｎＡｌＧａＮ等のＧａＮ系半導体は、
青色の光を発光する半導体レーザのような短波長の光デ
バイスの分野において重要な材料であるばかりでなく、
最近では、その高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率、
高い電子飽和速度について注目が集まっており、高周波
のパワー電子デバイスに用いる材料としても有望視され
ている。特に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造で
は、ＡｌＧａＮとＧａＮのヘテロ接合界面付近に高濃度
の電子が蓄積し、いわゆる二次元電子ガスが形成され
る。この二次元電子ガスはＡｌＧａＮに添加されるドナ
ー不純物と空間的に分離されて存在するため高い移動度
を示し、電界効果型トランジスタにこのヘテロ構造を用
いる場合、ソース抵抗成分を低減することに寄与する。
また、ゲート電極から二次元電子ガスまでの距離ｄは通
常数十ｎｍと短いため、アスペクト比と呼ばれるゲート
長Ｌｇとの比Ｌｇ／ｄを、Ｌｇが１００ｎｍ程度と短く
なっても５から１０と大きくできるため短チャネル効果
の小さい良好な飽和特性を有する電界効果トランジスタ
を作製しやすいという優れた特徴を有する。さらにＡｌ
ＧａＮ／ＧａＮ系へテロ構造における二次元電子は１×
１０5Ｖ／ｃｍ程度の高電界領域で、現在高周波トラン
ジスタとして普及しているＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
系の場合に比べて２倍以上の電子速度を有するばかりで
なく、ヘテロ界面に蓄積される電子の濃度はＡｌＧａＮ
のＡｌ組成が０．２から０．３の場合に１×１０13／ｃ
ｍ2程度とＧａＡｓ系デバイスの約３倍に達する。この
ような事実から、ＧａＮ系へテロ構造ＦＥＴはパワー電
子デバイスとして非常に有望視されている。
ＩｎＮ、およびＩｎＡｌＧａＮ等のＧａＮ系半導体は、
青色の光を発光する半導体レーザのような短波長の光デ
バイスの分野において重要な材料であるばかりでなく、
最近では、その高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率、
高い電子飽和速度について注目が集まっており、高周波
のパワー電子デバイスに用いる材料としても有望視され
ている。特に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造で
は、ＡｌＧａＮとＧａＮのヘテロ接合界面付近に高濃度
の電子が蓄積し、いわゆる二次元電子ガスが形成され
る。この二次元電子ガスはＡｌＧａＮに添加されるドナ
ー不純物と空間的に分離されて存在するため高い移動度
を示し、電界効果型トランジスタにこのヘテロ構造を用
いる場合、ソース抵抗成分を低減することに寄与する。
また、ゲート電極から二次元電子ガスまでの距離ｄは通
常数十ｎｍと短いため、アスペクト比と呼ばれるゲート
長Ｌｇとの比Ｌｇ／ｄを、Ｌｇが１００ｎｍ程度と短く
なっても５から１０と大きくできるため短チャネル効果
の小さい良好な飽和特性を有する電界効果トランジスタ
を作製しやすいという優れた特徴を有する。さらにＡｌ
ＧａＮ／ＧａＮ系へテロ構造における二次元電子は１×
１０5Ｖ／ｃｍ程度の高電界領域で、現在高周波トラン
ジスタとして普及しているＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
系の場合に比べて２倍以上の電子速度を有するばかりで
なく、ヘテロ界面に蓄積される電子の濃度はＡｌＧａＮ
のＡｌ組成が０．２から０．３の場合に１×１０13／ｃ
ｍ2程度とＧａＡｓ系デバイスの約３倍に達する。この
ような事実から、ＧａＮ系へテロ構造ＦＥＴはパワー電
子デバイスとして非常に有望視されている。
【０００３】しかしながら、ＧａＮ系へテロ構造ＦＥＴ
には、改善すべき問題点も多くある。ＧａＮ系半導体装
置における問題点の一つに、ＧａＮ系半導体の加工また
は表面処理が非常に困難であるということが挙げられ
る。ＧａＮは化学的に極めて安定な材料であり、ウェッ
トエッチングが困難である。特に表面が３属原子のｃ面
である場合この問題は大きく、熱燐酸によってもエッチ
ング速度は極めて小さい。たとえエッチングが出来たと
しても、１７０℃以上の温度の熱燐酸を用いて表面の一
部を選択的にエッチングすることは、それに耐えうる適
当なマスク材料が見出せないため、半導体装置製造プロ
セスとして用いることは不可能に近い。
には、改善すべき問題点も多くある。ＧａＮ系半導体装
置における問題点の一つに、ＧａＮ系半導体の加工また
は表面処理が非常に困難であるということが挙げられ
る。ＧａＮは化学的に極めて安定な材料であり、ウェッ
トエッチングが困難である。特に表面が３属原子のｃ面
である場合この問題は大きく、熱燐酸によってもエッチ
ング速度は極めて小さい。たとえエッチングが出来たと
しても、１７０℃以上の温度の熱燐酸を用いて表面の一
部を選択的にエッチングすることは、それに耐えうる適
当なマスク材料が見出せないため、半導体装置製造プロ
セスとして用いることは不可能に近い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようなＧａＮ系半
導体の性質のため、ＧａＮ系半導体の表面の汚染物質を
取り除き、清浄な表面を得るための適当なプロセスが見
出せていないという技術的な問題点が存在する。このよ
うな問題が、具体的に半導体装置の特性や製造工程にど
のような問題を発生させるかについて列挙する。
導体の性質のため、ＧａＮ系半導体の表面の汚染物質を
取り除き、清浄な表面を得るための適当なプロセスが見
出せていないという技術的な問題点が存在する。このよ
うな問題が、具体的に半導体装置の特性や製造工程にど
のような問題を発生させるかについて列挙する。
【０００５】１）ＧａＮ系半導体層上に堆積した絶縁膜
のＧａＮ系半導体層との密着強度が弱く、この上に形成
したパッド電極にワイヤーボンディングを行うと、ボン
ディング時にＧａＮ系半導体層と絶縁膜との間に剥離が
生じ、半導体装置のパッケージへの組み立て時に不良が
生じてしまう。
のＧａＮ系半導体層との密着強度が弱く、この上に形成
したパッド電極にワイヤーボンディングを行うと、ボン
ディング時にＧａＮ系半導体層と絶縁膜との間に剥離が
生じ、半導体装置のパッケージへの組み立て時に不良が
生じてしまう。
【０００６】２）ＧａＮ系半導体層上に形成したショッ
トキーダイオードの電流−電圧特性が一般的に悪く（理
想因子ｎが１．５よりも大きくなってしまう）、従って
０Ｖ近傍における電圧における漏れ電流が大きい。
トキーダイオードの電流−電圧特性が一般的に悪く（理
想因子ｎが１．５よりも大きくなってしまう）、従って
０Ｖ近傍における電圧における漏れ電流が大きい。
【０００７】３）化学的反応を主としたプラズマエッチ
ングを行う場合、初期段階でエッチングがほとんど進ま
ないため、初期段階で物理的なエッチングを必要とす
る。従って、微量のエッチングを必要とする場合にエッ
チング量の制御が困難である。また、物理的なエッチン
グによる半導体表面への損傷により発生する装置のリー
ク電流増大も、工程によっては問題となる。
ングを行う場合、初期段階でエッチングがほとんど進ま
ないため、初期段階で物理的なエッチングを必要とす
る。従って、微量のエッチングを必要とする場合にエッ
チング量の制御が困難である。また、物理的なエッチン
グによる半導体表面への損傷により発生する装置のリー
ク電流増大も、工程によっては問題となる。
【０００８】以上の問題点は、すべてＧａＮ系半導体の
表面状態に関連するものである。これは、ＧａＮ系半導
体層の表面に形成された酸化物が要因であると思われる
が、その詳細は分かっていない。いずれにせよ、清浄な
ＧａＮ系半導体層の表面を得るためのプロセス技術の開
発が必要とされている。
表面状態に関連するものである。これは、ＧａＮ系半導
体層の表面に形成された酸化物が要因であると思われる
が、その詳細は分かっていない。いずれにせよ、清浄な
ＧａＮ系半導体層の表面を得るためのプロセス技術の開
発が必要とされている。
【０００９】本発明は、以上のように述べたＧａＮ系半
導体装置の製造方法に関する問題点に鑑みなされたもの
であり、その第一の目的は、ＧａＮ系半導体層上に形成
された絶縁膜の密着強度を高め、ボンディング時におけ
る絶縁膜の剥離を防止し、半導体装置のパッケージへの
組み立て不良を発生させないことである。
導体装置の製造方法に関する問題点に鑑みなされたもの
であり、その第一の目的は、ＧａＮ系半導体層上に形成
された絶縁膜の密着強度を高め、ボンディング時におけ
る絶縁膜の剥離を防止し、半導体装置のパッケージへの
組み立て不良を発生させないことである。
【００１０】本発明の第二の目的は、ＧａＮ系半導体層
に適切な表面処理を施すことにより、ＧａＮ系半導体に
形成されるショットキーダイオードの特性を改善し、同
時にリーク電流を低減することである。
に適切な表面処理を施すことにより、ＧａＮ系半導体に
形成されるショットキーダイオードの特性を改善し、同
時にリーク電流を低減することである。
【００１１】本発明の第三の目的は、ＧａＮ系半導体表
面が酸化等で汚染された場合に、適切な表面処理を行う
ことによりオーミック電極のコンタクト抵抗の低減を図
る手段を提供するものである。
面が酸化等で汚染された場合に、適切な表面処理を行う
ことによりオーミック電極のコンタクト抵抗の低減を図
る手段を提供するものである。
【００１２】本発明の第四の目的は、化学的反応を主と
したプラズマエッチングをＧａＮ系半導体に対し行う場
合に生じる初期段階でのエッチング不良を半導体表面へ
の損傷をほとんど与えること無く表面処理を行うことで
改善し、エッチングの制御性を向上する手段を提供する
ことである。
したプラズマエッチングをＧａＮ系半導体に対し行う場
合に生じる初期段階でのエッチング不良を半導体表面へ
の損傷をほとんど与えること無く表面処理を行うことで
改善し、エッチングの制御性を向上する手段を提供する
ことである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明ではＧａＮ系半導
体の表面を清浄化する方法として、アンモニアを含むガ
スを用いたプラズマエッチング処理を用いる。プラズマ
エッチング処理といっても、ＧａＮ系半導体表面そのも
のはこの処理によってほとんどエッチングはされない。
しかしながら、ＧａＮ系半導体表面に付着あるいは化合
した汚染物質は効果的に除去されるものと考えられる。
体の表面を清浄化する方法として、アンモニアを含むガ
スを用いたプラズマエッチング処理を用いる。プラズマ
エッチング処理といっても、ＧａＮ系半導体表面そのも
のはこの処理によってほとんどエッチングはされない。
しかしながら、ＧａＮ系半導体表面に付着あるいは化合
した汚染物質は効果的に除去されるものと考えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１は、ＧａＮ系半導体層とその上に形成される絶縁
膜の密着性の改善にかかわり、これによる半導体装置の
製造方法を図１に基づいて説明する。
形態１は、ＧａＮ系半導体層とその上に形成される絶縁
膜の密着性の改善にかかわり、これによる半導体装置の
製造方法を図１に基づいて説明する。
【００１５】図１は、実施の形態１における半導体装置
の製造方法を示すための工程断面図である。まず、図１
（ａ）に示すように、主表面がｃ面であるサファイア基
板１１上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）で膜厚
が約３ｍｍのＧａＮ層２１を形成し、これを試料とし
た。
の製造方法を示すための工程断面図である。まず、図１
（ａ）に示すように、主表面がｃ面であるサファイア基
板１１上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）で膜厚
が約３ｍｍのＧａＮ層２１を形成し、これを試料とし
た。
【００１６】次に、図１（ｂ）に示すように、ＧａＮ層
２１の表面３に、アンモニアプラズマ処理を施す。
２１の表面３に、アンモニアプラズマ処理を施す。
【００１７】さらに、図１（ｃ）に示すように、ＧａＮ
層２１上にプラズマＣＶＤ法により絶縁膜であるＳｉＯ
2膜４を１００ｎｍの膜厚で堆積する。ここで、絶縁膜
をＳｉＯ2膜４としたが、これ以外にも、ＳｉＮ膜等を
用いてもよい。
層２１上にプラズマＣＶＤ法により絶縁膜であるＳｉＯ
2膜４を１００ｎｍの膜厚で堆積する。ここで、絶縁膜
をＳｉＯ2膜４としたが、これ以外にも、ＳｉＮ膜等を
用いてもよい。
【００１８】ここで、上記のアンモニアプラズマ処理に
は、市販のプラズマエッチング装置（図示せず）を用
い、同装置内に試料を配置し、同装置内にアンモニアガ
スを１００ｓｃｃｍの流量で導入した。プラズマエッチ
ングにおけるその他の条件は、真空度を１torr、電力を
３０Ｗ、プラズマエッチング装置が電極間間隔を２０ｍ
ｍ、エッチング時間を５分とした。このアンモニアプラ
ズマ処理の条件は、本発明の全ての実施の形態における
アンモニアプラズマ処理の条件と同一であり、アンモニ
アプラズマ処理が試料に与える損傷を低減するため、通
常のプラズマエッチングの条件と比べて１／３〜１／１
０の低電力で行っている。
は、市販のプラズマエッチング装置（図示せず）を用
い、同装置内に試料を配置し、同装置内にアンモニアガ
スを１００ｓｃｃｍの流量で導入した。プラズマエッチ
ングにおけるその他の条件は、真空度を１torr、電力を
３０Ｗ、プラズマエッチング装置が電極間間隔を２０ｍ
ｍ、エッチング時間を５分とした。このアンモニアプラ
ズマ処理の条件は、本発明の全ての実施の形態における
アンモニアプラズマ処理の条件と同一であり、アンモニ
アプラズマ処理が試料に与える損傷を低減するため、通
常のプラズマエッチングの条件と比べて１／３〜１／１
０の低電力で行っている。
【００１９】ＳｉＯ2膜４のＧａＮ層２１に対する密着
強度を評価するため、引張り強度試験を行った。その結
果、アンモニアプラズマ処理を行った場合には、引張り
強度は７６４ｋｇ重／ｃｍ2以上の値を示し、引張り強
度試験においてＳｉＯ2膜４の剥がれは見られなかっ
た。一方、アンモニアプラズマ処理を行わず、試料を通
常の方法で洗浄した後に、ＳｉＯ2膜を形成した場合に
は、引張り強度として１００〜３５０ｋｇ重／ｃｍ2の
値しか得られず、ＳｉＯ2膜４の剥がれが生じた。
強度を評価するため、引張り強度試験を行った。その結
果、アンモニアプラズマ処理を行った場合には、引張り
強度は７６４ｋｇ重／ｃｍ2以上の値を示し、引張り強
度試験においてＳｉＯ2膜４の剥がれは見られなかっ
た。一方、アンモニアプラズマ処理を行わず、試料を通
常の方法で洗浄した後に、ＳｉＯ2膜を形成した場合に
は、引張り強度として１００〜３５０ｋｇ重／ｃｍ2の
値しか得られず、ＳｉＯ2膜４の剥がれが生じた。
【００２０】この結果から、アンモニアプラズマ処理を
行うことにより、ＳｉＯ2膜４とＧａＮ層２１との密着
強度が少なくとも２〜３倍と飛躍的に改善されることが
明らかとなった。これは、アンモニアプラズマ処理によ
り、ＧａＮ層２１の表面が清浄にされているためであ
る。
行うことにより、ＳｉＯ2膜４とＧａＮ層２１との密着
強度が少なくとも２〜３倍と飛躍的に改善されることが
明らかとなった。これは、アンモニアプラズマ処理によ
り、ＧａＮ層２１の表面が清浄にされているためであ
る。
【００２１】なお、本発明のアンモニアプラズマ処理を
ＧａＮ層２１の表面３に対して行い、その後、図示はし
ないが、表面３に絶縁膜を堆積形成あるいは酸化形成
し、さらにその上に金属層を形成することによって、ア
ンモニアプラズマ処理を行わない場合よりも界面準位密
度の小さいＭＯＳ（金属―酸化物−半導体）構造を実現
できるものと考えられる。
ＧａＮ層２１の表面３に対して行い、その後、図示はし
ないが、表面３に絶縁膜を堆積形成あるいは酸化形成
し、さらにその上に金属層を形成することによって、ア
ンモニアプラズマ処理を行わない場合よりも界面準位密
度の小さいＭＯＳ（金属―酸化物−半導体）構造を実現
できるものと考えられる。
【００２２】本実施の形態では、ＧａＮ系半導体として
ＧａＮ層２１を例に説明したが、これ以外のＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、およびＡｌＩｎＧａＮ等
でも同様の効果があることは確認している。
ＧａＮ層２１を例に説明したが、これ以外のＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、およびＡｌＩｎＧａＮ等
でも同様の効果があることは確認している。
【００２３】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２における半導体装置の製造方法について説明する。
態２における半導体装置の製造方法について説明する。
【００２４】実施の形態２は、ＧａＮ系半導体層上への
ショットキー電極の形成に関するものである。
ショットキー電極の形成に関するものである。
【００２５】実施の形態１での実験結果からは、ＧａＮ
系半導体層（ＧａＮ層２１）の表面にアンモニアプラズ
マ処理を行うと表面に何らかの変化が起こっていると考
えられる。この表面状態はＧａＮ系半導体の表面を汚染
していた物質が除去され、清浄な状態になったものと考
えられる。もしそうであるなら、従来、ＧａＮ系半導体
層上に形成されたショットキーダイオードにおいて1.５
程度あるいはそれ以上の高い理想因子であったものが、
より１に近い値の理想因子となるはずである。これを立
証するために実験を試みた。この実験を行うために、次
に示す方法で半導体装置を製造した。
系半導体層（ＧａＮ層２１）の表面にアンモニアプラズ
マ処理を行うと表面に何らかの変化が起こっていると考
えられる。この表面状態はＧａＮ系半導体の表面を汚染
していた物質が除去され、清浄な状態になったものと考
えられる。もしそうであるなら、従来、ＧａＮ系半導体
層上に形成されたショットキーダイオードにおいて1.５
程度あるいはそれ以上の高い理想因子であったものが、
より１に近い値の理想因子となるはずである。これを立
証するために実験を試みた。この実験を行うために、次
に示す方法で半導体装置を製造した。
【００２６】図２は、実施の形態２における半導体装置
の製造方法を示すための工程断面図である。まず、図２
（ａ）に示すように、主表面がｃ面であるＳｉＣ基板１
上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）でＧａＮ系半
導体層２を形成し、これを試料とした。なお、ＧａＮ系
半導体層２は、ＳｉＣ基板１上にＡｌＮ層、膜厚が３ｍ
ｍのＧａＮ層、膜厚２ｎｍのアンドープＡｌ0.25Ｇａ
0.75Ｎ層、ｎ型不純物であるＳｉを２×１０18ｃｍ-3の
濃度に添加した膜厚が２０ｎｍのｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75
Ｎ層、膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を
順次エピタキシャル成長してなるヘテロ構造である。
の製造方法を示すための工程断面図である。まず、図２
（ａ）に示すように、主表面がｃ面であるＳｉＣ基板１
上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）でＧａＮ系半
導体層２を形成し、これを試料とした。なお、ＧａＮ系
半導体層２は、ＳｉＣ基板１上にＡｌＮ層、膜厚が３ｍ
ｍのＧａＮ層、膜厚２ｎｍのアンドープＡｌ0.25Ｇａ
0.75Ｎ層、ｎ型不純物であるＳｉを２×１０18ｃｍ-3の
濃度に添加した膜厚が２０ｎｍのｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75
Ｎ層、膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を
順次エピタキシャル成長してなるヘテロ構造である。
【００２７】次に、図２（ｂ）に示すように、ＧａＮ系
半導体層２の表面３に、アンモニアプラズマ処理を施
す。アンモニアプラズマ処理の条件は実施の形態１で述
べたものと同じである。
半導体層２の表面３に、アンモニアプラズマ処理を施
す。アンモニアプラズマ処理の条件は実施の形態１で述
べたものと同じである。
【００２８】次に、図２（ｃ）に示すように、ＧａＮ系
半導体層２上にＴｉ／Ａｌで構成されるオーミック電極
５を形成後、リフトオフ法を用いて所定の位置にＳｉが
１０ｗｔ％のＰｄＳｉショットキー電極６を形成する。
ちなみにＴｉ／Ａｌのオーミック電極形成には２５ｎｍ
の膜厚のＴｉと２００ｎｍの膜厚のＡｌを順次真空蒸着
し、５５０℃の水素雰囲気で１分間熱処理を行ってい
る。このようにして作製した半導体装置であるショット
キーダイオードと、アンモニアプラズマ処理を施さずに
作成したショットキーダイオードの電流−電圧特性を測
定したところ、アンモニアプラズマ処理を施さなかった
試料では、理想因子が１．５９、ショットキーバリア高
さが０．７０ｅＶであった。一方、アンモニアプラズマ
処理を施した試料では、理想因子が１．２７、ショット
キーバリア高さが０．７４ｅＶとなり、アンモニアプラ
ズマ処理によってショットキーバリア高さが向上すると
ともに、理想因子がより１に近づくことが明らかとなっ
た。
半導体層２上にＴｉ／Ａｌで構成されるオーミック電極
５を形成後、リフトオフ法を用いて所定の位置にＳｉが
１０ｗｔ％のＰｄＳｉショットキー電極６を形成する。
ちなみにＴｉ／Ａｌのオーミック電極形成には２５ｎｍ
の膜厚のＴｉと２００ｎｍの膜厚のＡｌを順次真空蒸着
し、５５０℃の水素雰囲気で１分間熱処理を行ってい
る。このようにして作製した半導体装置であるショット
キーダイオードと、アンモニアプラズマ処理を施さずに
作成したショットキーダイオードの電流−電圧特性を測
定したところ、アンモニアプラズマ処理を施さなかった
試料では、理想因子が１．５９、ショットキーバリア高
さが０．７０ｅＶであった。一方、アンモニアプラズマ
処理を施した試料では、理想因子が１．２７、ショット
キーバリア高さが０．７４ｅＶとなり、アンモニアプラ
ズマ処理によってショットキーバリア高さが向上すると
ともに、理想因子がより１に近づくことが明らかとなっ
た。
【００２９】（実施の形態３）アンモニアプラズマ処理
のＧａＮ系半導体に対する表面清浄の効果は、実施の形
態１及び２でかなり大きいことが実験結果として示され
た。本発明の実施の形態３はオーミック電極のコンタク
ト抵抗の改善に関するものである。
のＧａＮ系半導体に対する表面清浄の効果は、実施の形
態１及び２でかなり大きいことが実験結果として示され
た。本発明の実施の形態３はオーミック電極のコンタク
ト抵抗の改善に関するものである。
【００３０】図３は、実施の形態３における半導体装置
の製造方法を示すための工程断面図である。まず、図３
（ａ）に示すように、主表面がｃ面であるＳｉＣ基板１
上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）でＧａＮ系半
導体層２を形成し、実施の形態２と同様にこれを試料と
した。後に形成するオーミック電極のコンタクト抵抗を
評価するため、ＧａＮ系半導体層２の表面を選択的にエ
ッチング除去することにより、長方形状の島領域７を形
成する。
の製造方法を示すための工程断面図である。まず、図３
（ａ）に示すように、主表面がｃ面であるＳｉＣ基板１
上にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）でＧａＮ系半
導体層２を形成し、実施の形態２と同様にこれを試料と
した。後に形成するオーミック電極のコンタクト抵抗を
評価するため、ＧａＮ系半導体層２の表面を選択的にエ
ッチング除去することにより、長方形状の島領域７を形
成する。
【００３１】次に、図３（ｂ）に示すように、ＧａＮ系
半導体層２の表面３にアンモニアプラズマ処理を実施の
形態２と同一の条件で施した。
半導体層２の表面３にアンモニアプラズマ処理を実施の
形態２と同一の条件で施した。
【００３２】次に、図３（ｃ）に示すようにＴｉ／Ａｌ
で構成されるオーミック電極５をリフトオフ法を用いて
ＴＬＭパターンとして形成し、シート抵抗とコンタクト
抵抗の評価を行った。同時に、ＧａＮ系半導体層２の表
面３にアンモニアプラズマ処理を行わなかった試料も作
成し、同様にシート抵抗とコンタクト抵抗の評価を行っ
た。
で構成されるオーミック電極５をリフトオフ法を用いて
ＴＬＭパターンとして形成し、シート抵抗とコンタクト
抵抗の評価を行った。同時に、ＧａＮ系半導体層２の表
面３にアンモニアプラズマ処理を行わなかった試料も作
成し、同様にシート抵抗とコンタクト抵抗の評価を行っ
た。
【００３３】評価の結果、アンモニアプラズマ処理を行
わなかった試料のシート抵抗とコンタクト抵抗率の値は
それぞれ６２０Ω／□、１．２〜０．７×１０-3Ωｃｍ
2であった。一方、アンモニアプラズマ処理を施した試
料では、シート抵抗は６２５Ω／□とほとんど変化なく
アンモニアプラズマ処理で試料表面に損傷を与えていな
いことが示された。さらに重要なことは、このアンモニ
アプラズマ処理を施した試料ではコンタクト抵抗率の値
が、３×１０-4Ωｃｍ2とアンモニアプラズマ処理を行
わなかった試料に比較して約１／２〜１／４小さい値が
得られたことである。以上の実験結果は、アンモニアプ
ラズマ処理によって試料に与えられる損傷はあったとし
ても極めて小さく、かつ本発明のアンモニアプラズマに
よる表面処理は低いオーミック抵抗を得るために効果的
であることを示している。この低いオーミック抵抗が得
られる要因は、アンモニアプラズマ処理によってＧａＮ
系半導体層２の表面３に形成されていた酸化物などが除
去され、表面が清浄化されたことによると考えられる。
わなかった試料のシート抵抗とコンタクト抵抗率の値は
それぞれ６２０Ω／□、１．２〜０．７×１０-3Ωｃｍ
2であった。一方、アンモニアプラズマ処理を施した試
料では、シート抵抗は６２５Ω／□とほとんど変化なく
アンモニアプラズマ処理で試料表面に損傷を与えていな
いことが示された。さらに重要なことは、このアンモニ
アプラズマ処理を施した試料ではコンタクト抵抗率の値
が、３×１０-4Ωｃｍ2とアンモニアプラズマ処理を行
わなかった試料に比較して約１／２〜１／４小さい値が
得られたことである。以上の実験結果は、アンモニアプ
ラズマ処理によって試料に与えられる損傷はあったとし
ても極めて小さく、かつ本発明のアンモニアプラズマに
よる表面処理は低いオーミック抵抗を得るために効果的
であることを示している。この低いオーミック抵抗が得
られる要因は、アンモニアプラズマ処理によってＧａＮ
系半導体層２の表面３に形成されていた酸化物などが除
去され、表面が清浄化されたことによると考えられる。
【００３４】（実施の形態４）本発明の実施の形態４
は、ドライエッチングの制御性の向上に関するものであ
る。形成されたＧａＮ系半導体層２に加工を施すことを
目的としたエッチングには通常、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）が用いられる。エッチングに使用されるガ
スは塩素を主体とするものである。ＲＩＥによりＧａＮ
系半導体層２をエッチングする場合によく見られる現象
として、エッチング初期にエッチングがほとんど進行せ
ず、数分遅れて正常なエッチングが始まるということが
ある。この、エッチングがほとんどされない時間は、試
料毎にばらつくためエッチング深さを精密に時間で制御
することが困難となる。例えば、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎＣｙｃｒｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズ
マ源を用いたＲＩＥで塩素ガス圧を３Ｐａ、電力７５Ｗ
でＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎをエッチングする場合、このエッチ
ングされない時間は２分前後あり、エッチング速度が３
０ｎｍ／ｍｉｎであるので、エッチングされない時間が
３０秒ずれると１５ｎｍ程度のエッチング深さのバラツ
キが生じることとなる。このエッチングされない時間の
バラツキはＧａＮ系半導体層２の表面状態に関係してい
るものと考えられ、本発明のアンモニアプラズマ処理に
より表面清浄化を行うことで改善されるものと期待でき
る。
は、ドライエッチングの制御性の向上に関するものであ
る。形成されたＧａＮ系半導体層２に加工を施すことを
目的としたエッチングには通常、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）が用いられる。エッチングに使用されるガ
スは塩素を主体とするものである。ＲＩＥによりＧａＮ
系半導体層２をエッチングする場合によく見られる現象
として、エッチング初期にエッチングがほとんど進行せ
ず、数分遅れて正常なエッチングが始まるということが
ある。この、エッチングがほとんどされない時間は、試
料毎にばらつくためエッチング深さを精密に時間で制御
することが困難となる。例えば、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎＣｙｃｒｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズ
マ源を用いたＲＩＥで塩素ガス圧を３Ｐａ、電力７５Ｗ
でＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎをエッチングする場合、このエッチ
ングされない時間は２分前後あり、エッチング速度が３
０ｎｍ／ｍｉｎであるので、エッチングされない時間が
３０秒ずれると１５ｎｍ程度のエッチング深さのバラツ
キが生じることとなる。このエッチングされない時間の
バラツキはＧａＮ系半導体層２の表面状態に関係してい
るものと考えられ、本発明のアンモニアプラズマ処理に
より表面清浄化を行うことで改善されるものと期待でき
る。
【００３５】これを検証するための実験として実施の形
態２及び３で用いたＧａＮ系半導体層２にアンモニアプ
ラズマ処理をこれまでと同じ条件（処理時間５分）で施
した後、塩素ガスによるＥＣＲプラズマエッチングを行
った。すると、ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチ
ングされない時間が大幅に減少し３０秒以内となった。
さらに、アンモニアプラズマ処理の処理時間を５分間か
ら１５分間に増加させ、同様のエッチング実験を行った
ところ、ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチングさ
れない時間はほとんど０となり、ＥＣＲプラズマエッチ
ングの開始と同時にエッチングが進行するようになっ
た。このように、アンモニアプラズマ処理を行うこと
で、ドライエッチングのエッチング深さの制御性が大幅
に改善することが明らかとなった。
態２及び３で用いたＧａＮ系半導体層２にアンモニアプ
ラズマ処理をこれまでと同じ条件（処理時間５分）で施
した後、塩素ガスによるＥＣＲプラズマエッチングを行
った。すると、ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチ
ングされない時間が大幅に減少し３０秒以内となった。
さらに、アンモニアプラズマ処理の処理時間を５分間か
ら１５分間に増加させ、同様のエッチング実験を行った
ところ、ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチングさ
れない時間はほとんど０となり、ＥＣＲプラズマエッチ
ングの開始と同時にエッチングが進行するようになっ
た。このように、アンモニアプラズマ処理を行うこと
で、ドライエッチングのエッチング深さの制御性が大幅
に改善することが明らかとなった。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、ＧａＮ
系半導体の表面が改質され、その上に形成される絶縁膜
のＧａＮ系半導体との密着性が向上し、ＧａＮ系半導体
装置をパッケージ実装する際の実装不良を著しく低下さ
せることが可能となる。また、アンモニアプラズマ処理
によってＧａＮ系半導体上に形成されるショットキー電
極の理想因子が１に近づく、オーミック電極のコンタク
ト抵抗が改善される、ドライエッチングのエッチング深
さの制御性が向上するなどのＧａＮ系半導体装置の製造
歩留まりの向上と、半導体装置の性能向上が図られる。
系半導体の表面が改質され、その上に形成される絶縁膜
のＧａＮ系半導体との密着性が向上し、ＧａＮ系半導体
装置をパッケージ実装する際の実装不良を著しく低下さ
せることが可能となる。また、アンモニアプラズマ処理
によってＧａＮ系半導体上に形成されるショットキー電
極の理想因子が１に近づく、オーミック電極のコンタク
ト抵抗が改善される、ドライエッチングのエッチング深
さの制御性が向上するなどのＧａＮ系半導体装置の製造
歩留まりの向上と、半導体装置の性能向上が図られる。
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の製
造方法を説明する工程断面図
造方法を説明する工程断面図
【図２】本発明の実施の形態２における半導体装置の製
造方法を説明する工程断面図
造方法を説明する工程断面図
【図３】本発明の実施の形態３における半導体装置の製
造方法を説明する工程断面図
造方法を説明する工程断面図
１ ＳｉＣ基板 ２ ＧａＮ系半導体層 ３ 表面 ４ ＳｉＯ2膜 ５ オーミック電極 ６ ショットキー電極 ７ 島領域 １１ サファイア基板 ２１ ＧａＮ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 29/48 Ｐ Ｈ０１Ｓ 5/323 29/80 Ｆ (72)発明者 池田 義人 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 正戸 宏幸 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 4M104 AA04 BB14 CC01 CC03 DD22 DD79 GG03 GG04 GG09 HH09 HH15 HH17 5F004 AA14 BA14 DA00 DB19 5F073 CA02 CA07 CB04 CB05 DA05 DA24 DA35 5F102 GB01 GC01 GD01 GD10 GJ02 GJ10 GL04 GM04 GT01 GT05 HC01 HC15
Claims (10)
- 【請求項１】 アンモニアを含むガスを用いて（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
表面をプラズマエッチングすることを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項２】 アンモニアを含むガスをプラズマエッチ
ング装置に導入することにより、前記プラズマエッチン
グ装置内の（ＩｎxＡｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）の表面を清浄化することを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 アンモニアを含むガスを用いて（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
表面をプラズマエッチングした後、前記（ＩｎxＡ
ｌ1-x）yＧａ1-yＮ層上に絶縁膜を堆積することを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 アンモニアを含むガスをプラズマエッチ
ング装置に導入することにより、前記プラズマエッチン
グ装置内の（ＩｎxＡｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）の表面を清浄化した後、前記（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1-yＮ層上に絶縁膜を堆積することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 アンモニアを含むガスを用いて（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
表面をプラズマエッチングした後、前記（ＩｎxＡ
ｌ1-x）yＧａ1-yＮ層をエッチングすることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 アンモニアを含むガスをプラズマエッチ
ング装置に導入することにより、前記プラズマエッチン
グ装置内の（ＩｎxＡｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）の表面を清浄化した後、前記（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1-yＮ層をエッチングすることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 アンモニアを含むガスを用いて（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
表面をプラズマエッチングした後、前記（ＩｎxＡ
ｌ1-x）yＧａ1-yＮ層上にオーミック電極を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 アンモニアを含むガスをプラズマエッチ
ング装置に導入することにより、前記プラズマエッチン
グ装置内の（ＩｎxＡｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）の表面を清浄化した後、前記（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1-yＮ層上にオーミック電極を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 アンモニアを含むガスを用いて（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
表面をプラズマエッチングした後、前記（ＩｎxＡ
ｌ1-x）yＧａ1-yＮ層上にショットキー電極を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 アンモニアを含むガスをプラズマエッ
チング装置に導入することにより、前記プラズマエッチ
ング装置内の（ＩｎxＡｌ1-x）yＧａ1-yＮ層（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）の表面を清浄化した後、前記（Ｉｎx
Ａｌ1-x）yＧａ1 -yＮ層上にショットキー電極を形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084336A JP3630068B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084336A JP3630068B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001274140A true JP2001274140A (ja) | 2001-10-05 |
| JP3630068B2 JP3630068B2 (ja) | 2005-03-16 |
Family
ID=18600827
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000084336A Expired - Lifetime JP3630068B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 半導体装置の製造方法 |
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| JP (1) | JP3630068B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003309105A (ja) * | 2002-04-15 | 2003-10-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プラズマ処理方法 |
| JP2004335828A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 表面安定化方法、及び半導体装置の製造方法 |
| WO2005002012A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | 窒化物系半導体発光装置およびその製造方法 |
| US7122451B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-10-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor device including exposing a group III-V semiconductor to an ammonia plasma |
| JP2008227536A (ja) * | 2002-04-30 | 2008-09-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ＧａＮ系半導体装置 |
| JP2009032796A (ja) * | 2007-07-25 | 2009-02-12 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法 |
| JP2010182960A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Mitsubishi Chemicals Corp | ショットキーダイオード |
| JP2011097102A (ja) * | 2011-01-31 | 2011-05-12 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置 |
| US8089093B2 (en) | 2004-02-20 | 2012-01-03 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device including different concentrations of impurities |
| JP2013251552A (ja) * | 2006-11-09 | 2013-12-12 | Momentive Performance Materials Inc | 結晶性組成物及びウェハに関連する方法 |
| JP2015216408A (ja) * | 2015-09-01 | 2015-12-03 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置 |
-
2000
- 2000-03-24 JP JP2000084336A patent/JP3630068B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7122451B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-10-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor device including exposing a group III-V semiconductor to an ammonia plasma |
| US7449399B2 (en) | 2002-02-28 | 2008-11-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor device for reducing a surface potential |
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| US10975492B2 (en) | 2002-12-27 | 2021-04-13 | Slt Technologies, Inc. | Method of forming a GaN single crystal comprising disposing a nucleation center in a first region, a GaN source material in a second region, and establishing a temperature distribution |
| JP2004335828A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 表面安定化方法、及び半導体装置の製造方法 |
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| WO2005002012A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | 窒化物系半導体発光装置およびその製造方法 |
| US8089093B2 (en) | 2004-02-20 | 2012-01-03 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device including different concentrations of impurities |
| JP2013251552A (ja) * | 2006-11-09 | 2013-12-12 | Momentive Performance Materials Inc | 結晶性組成物及びウェハに関連する方法 |
| JP2009032796A (ja) * | 2007-07-25 | 2009-02-12 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法 |
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| JP2011097102A (ja) * | 2011-01-31 | 2011-05-12 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置 |
| JP2015216408A (ja) * | 2015-09-01 | 2015-12-03 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置 |
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