JP2004095640A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物半導体からなる結晶層を有し、高抵抗の分離素子領域を具備する半導体装置を再現性良く得る。
【解決手段】半導体装置を、窒化物半導体からなる結晶層２，３に原子番号２０以上でかつＩＩ族原子のイオン注入によって形成された高抵抗領域７を具備するよう構成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に窒化物半導体からなる結晶層を具備する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の窒化物半導体を結晶層として用いた半導体装置は、後述の非特許文献１に開示された素子構造のものがあった。以下、従来の半導体装置の製造方法および素子構造について図５〜９に基づき説明する。なお、各図中の（ａ）は従来の半導体装置の断面図、（ｂ）は従来の半導体装置の上面図をそれぞれ表す。図中、１はサファイアまたはシリコンカーバイト（ＳｉＣ）基板、２は窒化ガリウム（ＧａＮ）チャネル層、３は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）バリア層、４はソース電極、５はゲート電極、６はドレイン電極、７は素子分離領域、８は電子の流れ、９はゲート電極下のポテンシャル、をそれぞれ示す。
【０００３】
まず、サファイアまたはＳｉＣ基板１上に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のチャネルとなるＧａＮチャネル層２およびバリアとなるＡｌＧａＮバリア層３の各結晶層をエピタキシャル結晶成長する（図５）。ちなみに、ＧａＮおよびＡｌＧａＮは窒化物半導体の一種である。
【０００４】
エピタキシャル結晶成長後のウエハ上の所定領域に、予めレジストパターンを形成し、さらに金属を蒸着する。次に、上部に蒸着された金属とともにレジストを除去するリフトオフ法で金属電極パターンを形成した後、熱処理でＡｌＧａＮバリア層３の表面領域と金属を反応させてオーミック性の電極であるソース電極４とドレイン電極６をそれぞれ形成する（図６）。
【０００５】
ソース／ドレイン電極４，６を構成する金属材料の組合わせとしては、非特許文献１に開示されているチタン／金（Ｔｉ／Ａｕ）の他にチタン／アルミニウム／チタン／金（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）、チタン／アルミニウム／ニッケル／金（Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）が一般的に使用されている。熱処理は非特許文献１に開示されている熱処理温度２５０℃、熱処理時間１分間の処理条件の他に、５００〜１０００℃の温度範囲で３０〜９０秒程度の処理時間が典型的な処理条件として適用されている。
【０００６】
続いて、活性領域以外にプロトン（Ｈ^＋）をイオン注入して、素子分離領域７を形成する（図７）。プロトンの他に用いられるイオン種としてヘリウム（Ｈｅ^＋）、窒素（Ｎ^＋）が代表的である。
【０００７】
続いて、上述のソース／ドレイン電極形成と同様なリフトオフ法によりゲート電極５を形成する（図８）。ゲート電極５はショットキー性の電極であるため、通常は熱処理しない。つまり、ソース／ドレイン電極の場合と処理条件が異なる。ゲート電極５を構成する金属材料の組合わせとしては、非特許文献１に開示されたチタン／タングステン（Ｔｉ／Ｗ）の他にニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）、白金／金（Ｐｔ／Ａｕ）、パラジウム／金（Ｐｄ／Ａｕ）等の金属が典型的である。
【０００８】
上述のゲート電極５の形成後、さらに保護膜の形成、保護膜中のコンタクトの形成、配線金属の形成（電極間の接続）、めっき等の形成（いずれも図示せず）を経て、窒化物半導体からなる結晶層を具備した半導体装置が完成する。
【０００９】
次に従来の電界効果トランジスタの動作について、図９に基づき説明する。ここで、図９は従来の半導体装置の断面図（ａ）、および上面（ｂ）を表す。図９に示す従来の電界効果トランジスタでは、ＧａＮチャネル層２とＡｌＧａＮバリア層３との境界のＧａＮチャネル層２側に沿って、電子がソース電極４からドレイン電極６へ走行する（図９（ａ）中の８）。つまり、ドレイン電極６からソース電極４へ電流が流れる。
【００１０】
ゲート電極５に電圧を印加することで電子が走行する層、つまりＧａＮチャネル層２のポテンシャル９を変調し、電子の流れ方を調整する。従って、ソース電極４とドレイン電極６の間の領域以外は動作に寄与しないため、素子分離領域７を設ける。しかしながら、ソース／ドレイン電極４，６と素子分離領域７それぞれの形成用のマスクの重ねのマージンの観点から、ソース／ドレイン電極４，６の周囲にも若干の活性領域を残す場合があった。ただし、かかる領域は必ずしも必要ではない。素子分離領域７を流れる電流は半導体装置の動作には何ら寄与しないため、なるべく電流が流れないことが望ましいので、素子分離領域７の抵抗を高くすることが要求される。
【００１１】
従来の窒化物半導体からなる結晶層を具備した半導体装置の素子分離領域７の形成では、上述のようにプロトンのイオン注入による結晶層の高抵抗化を適用していた。つまり、イオン注入時にプロトンが構成原子であるガリウム（Ｇａ）、窒素（Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）と衝突することで本来の原子配列からずれることにより欠陥が発生し、かかる欠陥は電子を捕獲するよう機能するため、電子が走行することを妨げ、結果的に高抵抗領域となって素子分離領域７として機能する。
【００１２】
【非特許文献１】
Ｍ．Ａｓｉｆ　Ｋｈａｎ他著「Ｈｉｇｈ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ＧａＮ−ＡｌｘＧａ１ｘＮ　Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ」アプライド・フィジックス・レーター（Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．）６３巻９号１２１４〜１２１５ページ。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
窒化物半導体からなる結晶層を具備した電界効果トランジスタにおける従来の素子分離領域形成技術では、欠陥を発生させるためにプロトン（Ｈ^＋）、ヘリウム（Ｈｅ^＋）、窒素等（Ｎ^＋）の比較的軽い原子がイオン種として多用されていた。しかしながら、原子の重さが軽いとＧａ，Ｎ，Ａｌを本来の原子配列からずらす度合いが小さく、素子分離領域７として機能するほど多数の欠陥を発生させるには、イオン種を多く注入する、つまり、ドーズ量を高くする必要があった。
【００１４】
ところが、ドーズ量を高くすると、処理時間が極めて長時間になる、あるいはイオン注入マスクであるレジストが硬化し、レジスト除去が困難になるか、またはレジスト除去方法が煩雑になる、といった問題が発生した。
【００１５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高抵抗の分離素子領域を具備する半導体装置を再現性良く得ることを目的とし、さらに、かかる半導体装置を容易に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、窒化物半導体からなる結晶層に原子番号２０以上でかつＩＩ族原子のイオン注入によって形成された高抵抗領域を具備した。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置は、窒化物半導体からなる結晶層にＩＩ族原子および原子番号２０以上の原子の２種以上の異なるイオン種のイオン注入によって形成された高抵抗領域を具備した。
【００１８】
また、本発明に係る半導体装置は、上記高抵抗領域が素子分離領域であることとした。
【００１９】
また、本発明に係る半導体装置は、上記ＩＩ族原子をＣａ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｂａ、Ｈｇ、Ｒａのいずれかとした。
【００２０】
また、本発明に係る半導体装置は、上記窒化物半導体を窒化ガリウム（ＧａＮ）および／あるいは窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）とした。
【００２１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、窒化物半導体からなる結晶層を具備する半導体装置の製造方法であって、素子分離領域に原子番号２０以上でかつＩＩ族原子をイオン注入する工程を含んでなる。
【００２２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、窒化物半導体からなる結晶層を具備する半導体装置の製造方法であって、素子分離領域にＩＩ族原子および原子番号２０以上の原子の２種以上の異なるイオン種をイオン注入する工程を含んでなる。
【００２３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記イオン注入後のウエハを不活性ガス雰囲気下で４００度以上１５００度以下の温度で熱処理する工程を含むこととした。
【００２４】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記ＩＩ族原子をＣａ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｂａ、Ｈｇ、Ｒａのいずれかとした。
【００２５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記イオン注入がチャネリング方向から行われることとした。
【００２６】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記イオン注入時のイオン種の入射角度がウエハの主面に対する垂直方向から−３°ないし３°の範囲内とした。
【００２７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記イオン注入がそれぞれ異なる加速電圧で複数回行われることとした。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る半導体装置およびその製造方法について図１，２に基づき説明する。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の各工程は、基本的に従来の半導体装置の製造方法とほぼ同一である。つまり、実施の形態１に係る半導体装置の各製造工程も図５〜８に示された断面あるいは上面で表された従来の半導体装置の一連の製造工程とほぼ同一である。しかし、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、素子分離領域形成工程での形態、つまり、図７に示されるイオン注入による素子分離領域形成工程が大きく相違する。以下、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法で特徴的な素子分離領域形成について説明する。
【００２９】
図１は、素子分離領域形成工程で行われるイオン注入の不純物濃度と欠陥濃度の深さ方向の分布を示す。図１（ｂ）の素子構造断面図中のＡ−Ａ’の断面における不純物の深さ方向の分布を図１（ａ）に示す。図１中、１０はイオン注入された不純物の分布、１１はイオン注入により発生する欠陥の分布（軽い原子の場合）、１２はイオン注入により発生する欠陥の分布（重い原子の場合）、をそれぞれ示す。
【００３０】
従来の半導体装置における素子分離領域７の形成に用いられたプロトン等より重い原子を図１（ａ）中の１０のような分布でイオン注入する。なお、ここで重い原子とは、原子番号２０以上の原子を意味する。イオン注入された重い原子は、半導体装置の結晶層を構成するＧａ、Ａｌ、Ｎ原子に衝突する力が強く、Ｇａ、Ａｌ、Ｎ原子がそれぞれの格子点からずれて、欠陥となる確率が高くなる。つまり、図１（ａ）中の１１に示されるような従来の軽い原子に起因する欠陥の分布が、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、１２に示されるような重い原子に起因する欠陥の分布となる。この場合、従来と同程度の不純物濃度であっても、重い原子に起因する欠陥濃度は高くなる。上述したように、欠陥を発生させる確率が増大するからである。
【００３１】
また、ＧａあるいはＡｌ原子とＩＩ族原子が置換されれば、ＩＩ族原子はアクセプタとなって電子と再結合する。この現象によっても高抵抗化が促進される。よって、従来と同程度の抵抗の素子分離領域７を形成する場合、つまり、欠陥濃度を等しくする場合は、重い原子とＩＩ族原子をイオン種として組み合わせて使用すると、効率的に高抵抗の素子分離領域７を形成することが可能である。かかる製造方法によると、注入するイオンの量、つまりドーズ量を少なくすることができ、イオン注入時間すなわち、処理時間を短縮できる効果も併せて生じる。さらに、イオン注入マスクであるレジストへのダメージも小さくなり、レジスト除去が容易になる。以上を考慮するとＩＩ族原子のイオン種としては原子番号２０以上であるカルシウム（Ｃａ）、亜鉛（Ｚｎ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カドミウム（Ｃｄ）、バリウム（Ｂａ）、水銀（Ｈｇ）、ラジウム（Ｒａ）が好適である。
【００３２】
次に、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法において得られる他の利点、つまり素子分離領域７の熱的安定性を説明する。図２（ａ）に素子分離領域形成（図１２）後に熱処理を行った場合の欠陥濃度１４、抵抗１３、アクセプタ濃度１５と熱処理温度の関係を示す。熱処理は素子分離領域７が形成された後であればいつでも良い。図２（ａ）に示すように、熱処理温度が増加すると欠陥濃度１４は減少する。欠陥濃度１４が非常に高い場合、電子は欠陥から欠陥へとホッピングできる、つまり電流が流れ得るが、ある程度、欠陥濃度１４が減少すると欠陥同士の間隔が広がり、逆に電子のホッピングが困難になって、結果的に抵抗１３は増加する。さらに、熱処理温度が増加すると欠陥濃度が減少し、イオン注入前の状態に近づくため、抵抗１３は減少に転じる。
【００３３】
一方、熱処理温度を高くするとアクセプタの活性化率が増加する。アクセプタの活性化率増加に伴い、アクセプタ濃度１５も増加し、この結果、抵抗１３は高くなる。よって、アクセプタの活性化率が関与する機構では、抵抗１３が熱処理温度とともに増加する。このため、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では熱処理温度を増加させた場合、欠陥濃度１４の減少による抵抗１３の減少とアクセプタ濃度１５の増加による抵抗１３の増大が補完しあい、広い温度範囲で高い抵抗が実現される。
【００３４】
図２（ｂ）に、従来のいわゆる軽い原子をイオン注入した場合の熱処理温度に対する欠陥濃度１４と抵抗１６の振る舞いを示す。従来の半導体装置の製造方法では、熱処理温度を高くすると欠陥濃度１４が減少するだけで、ある熱処理温度から抵抗１６は単調に減少する。よって、実施の形態１の半導体装置の製造方法では、素子分離領域形成工程以降に熱処理が必要な場合でも対応可能となる。すなわち、いわゆるプロセスウインドウの拡大が実現できる。また、高温環境で使用できる電界効果トランジスタが得られる効果も生じる。
【００３５】
図２（ａ）では欠陥濃度１４の減少からアクセプタの活性化率が増大に転じる途中で抵抗１３が一時的に減少する場合を示したが、イオン注入時のドーズ量を調整することで欠陥濃度１４やアクセプタ濃度１５を調整し、図２（ａ）の抵抗１３の熱処理温度依存性をより平坦にすることも可能である。よって、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法によると、例えば、図２（ｃ）で表されるような従来の抵抗の熱処理依存性１７に比べて一層平坦な熱処理温度依存性１８が実現できる。
【００３６】
上記では注入イオン種として、原子番号２０以上のいわゆる重い原子でかつＩＩ族原子を用いた例で説明した。しかしながら、ＩＩ族以外で原子番号２０以上の重い原子とＩＩ族原子という異なるイオン種を２種あるいはそれ以上の組合わせでイオン注入しても同様の効果が得られる。例えば原子番号２０以上の重い原子として例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）等、ＩＩ族原子としてベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）等が該当する。
【００３７】
なお、イオン注入時のドーズ量はＧａＮチャネル層２、ＡｌＧａＮバリア層３中の不純物濃度より高濃度であれば良い。つまり、１０^１１ｃｍ^−２から１０^１５ｃｍ^−２の範囲の濃度であれば良い。一方、イオン注入時の加速エネルギーはＧａＮチャネル層２より深い部分まで不純物が到達するように選択すれば良い。例えばＡｌＧａＮバリア層３の層厚が３０ｎｍ程度の場合、Ｚｎ注入であれば３５０ｋｅＶ程度である。
【００３８】
また、より効果を高めるために、ｎ型となるイオン（Ｓ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｇｅ等のＶＩまたはＩＩＩ族原子）をＩＩ族イオンより少ないドーズ量でイオン注入しても良い。結晶層中のｎ型原子の存在によりアクセプタの活性化が促進されること（Ｃｏ−ｄｏｐｉｎｇ）が知られており、本実施の形態の半導体装置の製造方法では、かかるＣｏ−ｄｏｐｉｎｇの技術を適用することができる。
【００３９】
上述のイオン注入後の熱処理としては、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で、４００〜１５００度の温度範囲で行うと好適である。かかる熱処理によって、欠陥の間隔が適度に広がり、また、アクセプタの活性化を促進することができるからである。
【００４０】
以上、実施の形態１に係る半導体装置およびその製造方法では、半導体装置の素子分離領域形成時のイオン種として、原子番号２０以上の重い原子を用いることで欠陥の発生する確率を高め、抵抗の高い素子分離領域を再現性よく形成できる。さらに、イオン注入されたＩＩ族原子は窒化物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族化合物）中でアクセプタを形成し、このアクセプタが電子と再結合するため、電流が流れにくくなり、素子分離領域として有効に機能する。また、安定に高抵抗化された素子分離領域を具備する半導体装置が得られる。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法について、図３に基づき説明する。図３は、半導体装置のＡｌＧａＮバリア層とＧａＮチャネル層中の深さ方向における不純物分布を表したものである。図中、１９は結晶層中のｎ型不純物濃度の分布、２０はイオン注入された原子の不純物分布、２１はイオン注入された原子のうちのチャネリング成分、をそれぞれ示す。実施の形態２に係る半導体装置の製造方法では、イオン注入方法としてチャネリングおよび多段イオン注入を適用する。
【００４２】
通常、ＡｌＧａＮバリア層３とＧａＮチャネル層２の不純物濃度（ｎ型）はトランジスタ特性を最適化するように設計される。例えば、ＡｌＧａＮバリア層３中にｎ型不純物の濃度の高い層がある一方、ＧａＮチャネル層２中の不純物濃度はＡｌＧａＮバリア層３中と比較して低く設定されている。このため、素子分離領域７におけるウエハ表面から深い領域では比較的イオン注入の不純物を低くしても、充分な高抵抗領域を形成することが可能である。
【００４３】
そこで、イオン注入時のチャネリング現象を利用し、イオン注入された原子中のチャネリング成分の分布（図３中の２１）に示されるように、ウエハ表面から深い領域まで原子番号２０以上の重い原子を到達させる。ここで、チャネリングとは、結晶軸にほぼ沿ってイオンを入射させることを指す。この場合、イオンが原子に衝突する確率は減少するが、少ない加速エネルギーで深くまでイオンを到達させることが可能となる。なお、原子番号２０以上の重い原子のイオンではチャネリングした原子でも欠陥を効率的に発生させることが可能である。
【００４４】
また、ＡｌＧａＮバリア層３中のｎ型不純物が平坦に分布する領域では、イオン注入の加速エネルギー、ドーズ量を変えて複数回繰り返す方法、つまり多段イオン注入（図３中の２０の分布）で、いわゆるボックス型の欠陥分布を実現できる。
【００４５】
上述の２方法を単独で、あるいは組み合わせて適用することにより、図３中で示されるイオン注入されたトータルの分布２２が得られる。かかる製造方法の適用により、素子分離領域７の深さ方向おけるすべての部分で欠陥濃度を結晶層中のｎ型不純物濃度１９より高濃度化することができ、この結果、深さ方向に均一な高抵抗領域を安定に形成することが可能となって、何らトランジスタ動作に寄与しない無効な電流を大幅に低減する効果がもたらされる。
【００４６】
チャネリングは表面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の非晶質の膜が形成されていない状態で、基板面、つまり、ウエハ主面の垂直方向からイオン注入するのが好適である。イオン注入角度はウエハ主面の垂直方向から、おおよそ±３度以内であれば有効である。なお、上述の半導体装置では、ＡｌＧａＮバリア層３、ＧａＮチャネル層２等の結晶層のｃ面が基板面、つまり、ウエハ主面となるよう構成されている。
【００４７】
しかしながら、ＡｌＧａＮバリア層３、ＧａＮチャネル層２等の結晶層が他の結晶方位である場合でも、原子間隔の広い部分があればチャネリングは可能である。また、チャネリングではイオンが構成原子間をなるべく深い領域まで通り抜けることが不可欠であるが、構成原子が熱振動するとイオンのチャネリングが困難となる。そこで、イオン注入処理時は、ウエハを４Ｋから３００Ｋ程度に冷却しておくと、一層安定にチャネリングさせることが可能となる。
【００４８】
イオン注入条件の一例として、ＡｌＧａＮバリア層３が３０ｎｍの場合、Ｚｎを加速電圧３５０ｋｅＶでドーズ量１．２８×１０^１４ｃｍ^−２、加速電圧１７５ｋｅＶでドーズ量３．５×１０^１３ｃｍ^−２、加速電圧８０ｋｅＶでドーズ量３．８２×１０^１３ｃｍ^−２、加速電圧３０ｋｅＶでドーズ量１．９×１０^１３ｃｍ^−２の多段注入が挙げられる。
【００４９】
以上、実施の形態２に係る半導体装置および半導体装置の製造方法によると、素子分離領域の深さ方向おけるすべての部分で欠陥濃度を結晶層中のｎ型不純物濃度より高濃度化することができ、この結果、深さ方向に均一な高抵抗領域を安定に形成することが可能となって、何らトランジスタ動作に寄与しない無効な電流を大幅に低減する効果がもたらされ、高抵抗の素子分離領域を具備する窒化物半導体からなる結晶層を具備した半導体装置を再現性良く製造することができる。また、再現性良く製造できる半導体装置の素子構造が得られる。
【００５０】
実施の形態３．
実施の形態３に係る半導体装置および半導体装置の製造方法について、図４に基づき説明する。図４（ａ）は、実施の形態３に係る半導体装置の断面図であり、（ｂ）は結晶層の深さ方向におけるｎ型不純物濃度の分布およびイオン注入不純物の分布をそれぞれ表す。図４中、図９と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
【００５１】
上述の実施の形態２ではＡｌＧａＮバリア層３中にｎ型不純物が含まれている場合について説明した。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系材料からなる電界効果トランジスタではピエゾ効果が強く、ＡｌＧａＮバリア層３に意図的に不純物を混入させなくても、チャネル内に電子ガスが誘起される。ただし、現状ではエピタキシャル結晶成長でバックグランドの不純物濃度はＡｌＧａＮバリア層３の方がＧａＮチャネル層２中より高濃度となっている。
【００５２】
従って、このような場合には、チャネル部分の電子を捕獲するように素子分離領域７を作製すれば良い。すなわち、図４に示すようにイオン注入された原子濃度がチャネル付近でピークを呈するような分布２３にすべく、イオン注入時の加速エネルギーを設定することで、１回のイオン注入で素子分離が形成できる。例えばＡｌＧａＮバリア層３が３０ｎｍ程度の場合、Ｚｎ注入であれば３０ｋｅＶ程度である。
【００５３】
以上、実施の形態３に係る半導体装置および半導体装置の製造方法によると、簡便な方法で、高抵抗の素子分離領域を具備する窒化物半導体からなる結晶層を具備した半導体装置を再現性良く製造することができる。また、再現性良く製造できる半導体装置の素子構造が得られる。
【００５４】
なお、上述の説明では、窒化物半導体からなる結晶層を具備した電界効果トランジスタの素子分離領域形成について説明したが、他の窒化物半導体からなる結晶層を具備した半導体装置、例えば、窒化物半導体からなる結晶層を具備した半導体レーザや発光ダイオードにおける電流狭窄構造等の高抵抗領域形成にも適用可能であり、同様の効果を奏する。
【００５５】
また、上述の説明では、窒化物半導体の一例として、ＧａＮとＡｌＧａＮについてのみ説明したが、他の窒化物半導体、例えば、ＩｎＮ，ＡｌＮ、ＩｎＡｌＮ，ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等でも同様の効果を発揮することは言うまでもない。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置では、窒化物半導体からなる結晶層に原子番号２０以上でかつＩＩ族原子のイオン注入によって形成された高抵抗領域を具備するので、安定に高抵抗化された素子分離領域を具備する半導体装置が得られる。
【００５７】
また、本発明に係る半導体装置では、窒化物半導体からなる結晶層にＩＩ族原子および原子番号２０以上の原子の２種以上の異なるイオン種のイオン注入によって形成された高抵抗領域を具備するので、安定に高抵抗化された素子分離領域を具備し、簡便な製造工程で作製できる半導体装置が得られる。
【００５８】
また、本発明に係る半導体装置では、上記高抵抗領域が素子分離領域であることとしたので、素子分離領域における無効電流の少ない半導体装置が得られる。
【００５９】
また、本発明に係る半導体装置では、上記ＩＩ族原子を、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｂａ、Ｈｇ、Ｒａのいずれかとしたので、安定に高抵抗化された素子分離領域を具備する半導体装置が得られる。
【００６０】
また、本発明に係る半導体装置では、上記窒化物半導体を、窒化ガリウム（ＧａＮ）および／あるいは窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）としたので、安定に高抵抗化された素子分離領域を具備した、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結晶層を有する半導体装置が得られる。
【００６１】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、窒化物半導体からなる結晶層を具備する半導体装置の製造方法であって、素子分離領域に原子番号２０以上でかつＩＩ族原子をイオン注入する工程を含んでなるので、高抵抗の素子分離領域を具備する窒化物半導体からなる結晶層を具備した半導体装置を再現性良く製造することができる。
【００６２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、窒化物半導体からなる結晶層を具備する半導体装置の製造方法であって、素子分離領域にＩＩ族原子および原子番号２０以上の原子の２種以上の異なるイオン種をイオン注入する工程を含んでなるので、高抵抗の素子分離領域を具備する窒化物半導体からなる結晶層を具備した半導体装置を再現性良く製造することができる。
【００６３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、上記イオン注入後のウエハを、不活性ガス雰囲気下で４００度以上１５００度以下の温度で熱処理する工程を含むこととしたので、欠陥の間隔が適度に広がり、また、アクセプタの活性化を促進することができる。
【００６４】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、上記ＩＩ族原子がＣａ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｂａ、Ｈｇ、Ｒａのいずれかであることとしたので、低ドーズ量で、高抵抗領域を形成することができる。
【００６５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、上記イオン注入がチャネリング方向から行われることとしたので、重い原子をイオン種として用いても実用上充分深い領域まで高抵抗領域を形成することができる。
【００６６】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、上記イオン注入時のイオン種の入射角度がウエハの主面に対する垂直方向から−３°ないし３°の範囲内としたので、重い原子をイオン種として用いても実用上充分深い領域まで高抵抗領域を形成することができる。
【００６７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、上記イオン注入がそれぞれ異なる加速電圧で複数回行われることとしたので、深さ方向に均一な高抵抗領域を安定に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】素子分離領域形成で行われるイオン注入の不純物濃度と欠陥濃度の深さ方向の分布を示した図である。
【図２】（ａ）は素子分離領域形成後に熱処理を行った場合の欠陥濃度、抵抗、アクセプタ濃度と熱処理温度の関係、（ｂ）は従来のいわゆる軽い原子をイオン注入した場合の熱処理温度に対する欠陥濃度と抵抗の振る舞い、（ｃ）は、従来の半導体装置の製造方法による素子分離領域における抵抗と実施の形態１に係る半導体装置の製造方法による素子分離領域における抵抗の熱処理依存性、をそれぞれ表す図である。
【図３】実施の形態２に係る半導体装置のＡｌＧａＮバリア層とＧａＮチャネル層中の深さ方向における不純物分布を表した図である。
【図４】（ａ）は実施の形態３に係る半導体装置の断面図、（ｂ）は結晶層の深さ方向のｎ型不純物濃度の分布およびイオン注入不純物の分布である。
【図５】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図６】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図７】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図８】従来の半導体装置の製造方法における製造工程の一部を示す図である。
【図９】従来の半導体装置の断面図（ａ），および上面（ｂ）を表す。
【符号の説明】
１　サファイアまたはシリコンカーバイト（ＳｉＣ）基板、　２　窒化ガリウム（ＧａＮ）チャネル層、　３　窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）バリア層、　４　ソース電極、　５　ゲート電極、　６　ドレイン電極、　７　素子分離領域、　８　電子の流れ、　９　ゲート電極下のポテンシャル、　１０　イオン注入された不純物の分布、　１１　イオン注入により発生する欠陥の分布（軽い原子）、　１２　イオン注入により発生する欠陥の分布（重い原子）、　１３抵抗（本発明）、　１４　欠陥濃度、　１５　活性化したアクセプタ濃度、　１６　抵抗（従来）、　１７　抵抗の熱処理温度依存性（従来）、　１８　抵抗の熱処理温度依存性（本発明）、　１９　ＧａＮチャネル層およびＡｌＧａＮバリア層中のｎ型不純物濃度分布、　２０　イオン注入された原子の不純物分布、　２１　イオン注入された原子のうちチャネリング成分、　２２　イオン注入された原子のトータル分布、　２３　イオン注入された不純物の分布。

Claims (12)

1. 窒化物半導体からなる結晶層に原子番号２０以上でかつＩＩ族原子のイオン注入によって形成された高抵抗領域を具備する半導体装置。
2. 窒化物半導体からなる結晶層にＩＩ族原子および原子番号２０以上の原子の２種以上の異なるイオン種のイオン注入によって形成された高抵抗領域を具備する半導体装置。
3. 前記高抵抗領域が、素子分離領域であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
4. 前記ＩＩ族原子が、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｂａ、Ｈｇ、Ｒａのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 前記窒化物半導体が、窒化ガリウム（ＧａＮ）および／あるいは窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）であることを特徴とする請求項１ないし４記載の半導体装置。
6. 窒化物半導体からなる結晶層を具備する半導体装置の製造方法であって、素子分離領域に原子番号２０以上でかつＩＩ族原子をイオン注入する工程を含んでなる半導体装置の製造方法。
7. 窒化物半導体からなる結晶層を具備する半導体装置の製造方法であって、素子分離領域にＩＩ族原子および原子番号２０以上の原子の２種以上の異なるイオン種をイオン注入する工程を含んでなる半導体装置の製造方法。
8. 前記イオン注入後のウエハを、不活性ガス雰囲気下で４００度以上１５００度以下の温度で熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記ＩＩ族原子が、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｂａ、Ｈｇ、Ｒａのいずれかであることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記イオン注入が、チャネリング方向から行われることを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記イオン注入時のイオン種の入射角度がウエハの主面に対する垂直方向から−３°ないし３°の範囲内であることを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記イオン注入が、それぞれ異なる加速電圧で複数回行われることを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置の製造方法。

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