JP2006351955A - 窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法、窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法、およびレジストを除去する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レジストの除去の際における窒素空孔の発生が低減される、窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法、窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法、およびを提供する。
【解決手段】パターンを有するレジストマスク２９が、窒化ガリウム系トランジスタのための第１および第２の窒化ガリウム系半導体層１３ａ、１５ａを含む基板１９ａ上に設けられている。このレジストマスク２９を用いて基板１９ａの窒化ガリウム系半導体のエッチングを行って、部分的に除去された第１および第２の窒化ガリウム系半導体層１３ａ、１５ａを形成する。エッチングを行った後に、レジストマスク２９を除去するために基板１９ａをフッ素系ガスのプラズマ３９に曝して基板１９ａの表面に窒素終端を施す。基板表面からの窒素の脱離の発生が低減される。
【選択図】図３

Description

本発明は、窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法、窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法、およびレジストを除去する方法に関する。

非特許文献１には、イオン注入されたレジストの剥離について記載されている。レジストの剥離には、O_２プラズマ処理が用いられている。O_２プラズマ処理の後に、ウエハ表面に残さが形成される。
Shuzo Fujimura et al., Japanese Journal Of AppliedPhysics, VOL. 28, No. 10, Oct. 1989, pp.2130-2136

窒化ガリウム系半導体領域上に形成されたレジストは、アセトン、リムーバーといったウェット処理またはO_２プラズマ処理といったドライ処理により除去される。窒化ガリウム系半導体領域の表面がレジストを除去するための酸素プラズマに曝されると、窒素空孔が生じる可能性がある。窒素空孔は電流コラプスの発生の原因になる。これは、酸素プラズマと窒化ガリウム系半導体との反応により、窒化ガリウム系半導体の表面の構成元素の酸化物が生成される。窒素と酸素との反応により、ＮＯｘ成分が発生する。ＮＯｘ成分の蒸気圧は高いので、窒化ガリウム系半導体の表面から窒素の選択的な脱離が起こる。この脱離により、窒化ガリウム系半導体の表面近傍には、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属が残存して、結果的に窒素空孔が生じる。例えば、窒化ガリウム系半導体デバイスでは、この窒素空孔によって電流コラプスが引き起こされる。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、レジストの除去の際における窒素空孔の発生が低減される、窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法、窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法、およびレジストをを除去する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法に係る。この方法は、（ａ）窒化ガリウム系トランジスタのための第１および第２の窒化ガリウム系半導体層を含む基板上に、パターンを有するレジストマスクを作成する工程と、（ｂ）前記レジストマスクを用いて前記基板の窒化ガリウム系半導体のエッチングを行って、前記第１および第２の窒化ガリウム系半導体層を部分的に除去する工程と、（ｃ）前記エッチングを行った後に、前記レジストマスクを除去するために前記基板をフッ素系ガスのプラズマに曝す工程とを備える。

この方法によれば、基板の窒化ガリウム系半導体のエッチングをレジストマスクを用いて行った後に、レジストマスクを除去するために基板をフッ素系ガスのプラズマに曝している。基板の窒化ガリウム系半導体表面が酸素プラズマに曝されることがないので、窒化ガリウム系トランジスタを作製するプロセスにおけるレジストマスク除去の際に、基板表面からの窒素の脱離の発生が低減される。

本発明に係る方法では、プラズマに曝す前記工程（ｃ）は、（ｃ１）前記レジストマスクのアッシングを行う工程と、（ｃ２）前記アッシングによって露出された第１の窒化ガリウム系半導体表面および前記エッチングによって形成された第２の窒化ガリウム系半導体表面を前記プラズマに曝して前記第１および第２の窒化ガリウム系半導体表面にフッ素終端を施す工程とを含むことが好ましい。この方法によれば、レジストマスクが除去された後に、窒化ガリウム系半導体表面がフッ素終端によって保護される。

本発明の別の側面は、窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法に係る。この方法は、（ａ）一又は複数の窒化ガリウム系半導体層を含み窒化ガリウム系半導体からなる表面を有する基板上に、パターンを有するレジストマスクを作成する工程と、（ｂ）前記レジストマスクを用いて、前記基板の窒化ガリウム系半導体のエッチングを行う工程と、（ｃ）前記エッチングを行った後に、前記レジストマスクを除去するために前記基板をフッ素系ガスのプラズマに曝す工程とを備える。

この方法によれば、基板の窒化ガリウム系半導体のエッチングをレジストマスクを用いて行った後に、レジストマスクを除去するために基板をフッ素系ガスのプラズマに曝している。基板の窒化ガリウム系半導体表面が酸素プラズマに曝されることがないので、窒化ガリウム系半導体のエッチングプロセスにおけるレジストマスク除去の際に、基板表面からの窒素の脱離の発生が低減される。

本発明に係る方法では、プラズマに曝す前記工程（ｃ）は、（ｃ１）前記レジストマスクのアッシングを行う工程と、（ｃ２）前記アッシングによって露出された第１の窒化ガリウム系半導体表面および前記エッチングによって形成された第２の窒化ガリウム系半導体表面を前記プラズマに曝して前記第１および第２の窒化ガリウム系半導体表面にフッ素終端を施す工程とを含むことができる。この方法によれば、レジストマスクが除去された後に、窒化ガリウム系半導体表面がフッ素終端によって保護される。

本発明の更なる別の側面は、レジストを除去する方法に係る。この方法は（ａ）一又は複数のIII族窒化物層を含みIII族窒化物からなる表面を有する基板上にレジストマスクを作成する工程と、（ｂ）前記レジストマスクを除去するために、前記基板をフッ素系ガスのプラズマに曝す工程とを備える。

この方法によれば、III族窒化物領域上に形成されたレジストを除去する方法において、レジストマスクを除去するために基板をフッ素系ガスのプラズマに曝している。基板のIII族窒化物表面が酸素プラズマに曝されることがないので、III族窒化物からのレジストマスクの除去の際に、基板表面からの窒素の脱離の発生が低減される。

本発明に係る方法では、プラズマに曝す前記工程（ｂ）は、（ｂ１）前記レジストマスクのアッシングを行う工程と、（ｂ２）前記アッシングによって露出されたIII族窒化物の表面をフッ素系ガスのプラズマに曝して前記表面にフッ素終端を施した基板を作製する工程とを含む。この方法によれば、レジストマスクが除去された後に、III族窒化物表面がフッ素終端によって保護される。

本発明に係る方法では、前記フッ素系ガスはＳＦ_６ガスを含むことができる。フッ素系ガスとしてＳＦ_６ 、ＮＦ_３ 、ＣＦ_４ 、Ｃ_２Ｆ_６ 、Ｃ_３Ｆ_８ 、Ｃ_４ Ｆ_８ 、Ｃ_５Ｆ_８ 、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを用いることが好ましい。

本発明の上記の各側面に係る発明では、プラズマに曝す前記工程は、前記レジストマスクのアッシングに先だって、レジスト剥離液を用いて基板上のレジストを処理する工程をさらに含むことが好ましい。

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。

以上説明したように、本発明によれば、レジストの除去の際における窒素空孔の発生が低減される、窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法、窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法、および窒化ガリウム系半導体領域を処理する方法が提供される。

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、本発明の窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法、窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法、およびレジストを除去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。

（実施の形態）
図１〜図４は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法および窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法を説明するための図面である。図１（Ａ）に示されるように、ウエハといった支持基体１１上に複数の窒化ガリウム系半導体層１３、１５を成長する。支持基体１１としては、サファイア基板、ＧａＮウエハおよびＡｌＮウエハといったIII族窒化物ウエハ、ＳｉＣウエハおよびシリコンウエハを用いることができる。これらの種類のウエハは、インチサイズの大きさのものが利用可能である。必要な場合には、まず下地のためのIII族窒化物膜１７を成長する。この膜１７は、サファイア基板およびＡｌＮウエハでは、例えばＡｌＮ膜を用いることができ、またＧａＮウエハでは、例えばＧａＮ膜またはＡｌＧａＮ膜を用いることができる。次いで、III族窒化物膜１７上に、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層を形成する。窒化ガリウム系トランジスタを作製するためには、本実施例では、第１および第２の窒化ガリウム系半導体層１３、１５を成長する。第１の窒化ガリウム系半導体層１３は、第２の窒化ガリウム系半導体層１５と支持基体１１との間に設けられている。基板１９は、窒化ガリウム系トランジスタのための第１および第２の窒化ガリウム系半導体層１３、１５とウエハ１１とを含んでおり、必要な場合には、さらにIII族窒化物膜１７を含むことができる。第１の窒化ガリウム系半導体層１５および第２の窒化ガリウム系半導体層１３はヘテロ接合３５を構成する。第１の窒化ガリウム系半導体層１３は、例えばＧａＮ半導体から成ることができる。また、第２の窒化ガリウム系半導体層１５は、ＡｌＧａＮ半導体から成ることができる。図１（Ａ）に示されるように、第２の窒化ガリウム系半導体層１５上に、レジスト膜２１を形成する。

必要な場合には、図１（Ｂ）に示されるように、フォトマスク２３を用いてレジスト膜２１の露光２５を行う。図２（Ａ）に示されるように、露光されたレジスト膜の現像２７を行うと、所望のパターンを有するレジストマスク２９が得られる。

所望のパターンを有するレジストマスク２９を基板１９上に形成した後に、図２（Ｂ）に示されるように、この基板１９をエッチング装置３１に配置する。レジストマスク２９を用いて基板１９の窒化ガリウム系半導体のエッチング３３を行う。このエッチング３３によれば、第１および第２の窒化ガリウム系半導体層１５、１３が部分的に除去される。エッチングガスＧ_Ｅとして、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３等を用いることができる。図２（Ｂ）では、第１の窒化ガリウム系半導体層１５が除去されて、第１の窒化ガリウム系半導体層１５ａが形成されている。必要な場合（例えば、窒化ガリウム系トランジスタのアイソレーションのため）には、図３（Ａ）に示されるように、第２の窒化ガリウム系半導体層１３の一部が除去されて、第２の窒化ガリウム系半導体層１３ａが形成されている。このエッチングにより、レジストマスク２９で覆われていない基板１９の表面領域がエッチングによって除去されて、第１の窒化ガリウム系半導体層１５と第２の窒化ガリウム系半導体層１３とにより構成されるヘテロ接合３５が部分的に除去されている。基板１９ａは、第１および第２の窒化ガリウム系半導体層１３ａ、１５ａと支持基体１１とを含んでおり、必要な場合には、さらにIII族窒化物膜１７を含むことができる。

エッチング３３を行った後に、基板１９ａをレジスト剥離装置３７は設置する。基板１９ａをフッ素系ガスＧ_Ｆのプラズマ３９に曝す。プラズマ３９には、フッ素ラジカル３９ａ、フッ素イオン３９ｂ、電子３９ｃ等が含まれる。プラズマ３９によって、レジストマスク２９が徐々に除去される。フッ素系ガスＧ_Ｆには、例えばＳＦ_６ガスが含むことが好ましい。フッ素系ガスとして、ＳＦ_６ガスだけでなく、例えばＮＦ_３ 、ＣＦ_４ 、Ｃ_２ Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８ 、Ｃ_４ Ｆ_８ 、Ｃ_５ Ｆ_８、Ｆ_２ガス等も用いることができる。

レジストマスク２９の除去の一条件は、例えば
ガス流量：２０〜５０ｓｃｃｍ
圧力：５〜２０Ｐａ
プラズマパワー：０．００２以上０．０１Ｗ／ｍｍ^２以下
である。なお、必要に応じて、レジストを除去するためにレジストマスク２９のアッシングに先だって、リムーバーやアセトンといったレジスト剥離液を用いて基板１９ａ上のレジストを処理することが好ましい。例えば、ウェット処理にて大まかなレジストを除去を行った後、残留したレジストの除去をフッ素系ガスのプラズマ処理によって除去することもできる。

以上説明したように、窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法によれば、レジストマスク２９を用いて基板１９の窒化ガリウム系半導体のエッチングを行った後に、レジストマスク２９を除去するために基板１９ａをフッ素系ガスのプラズマ３９に曝している。基板１９ａの窒化ガリウム系半導体表面が酸素プラズマに曝されることがないので、窒化ガリウム系半導体のエッチングプロセスにおけるレジストマスク除去の際に、基板表面からの窒素の脱離の発生が低減される。

図３（Ｂ）に示されたプラズマに曝す工程を詳述する。この工程では、まず、プラズマ３９によって、レジストマスク２９のアッシングが進む。アッシングによりレジストマスク２９が実質的に除去されると、基板１９ａの第１の窒化ガリウム系半導体表面１２ａが露出する。一方、エッチングによっては、第２の窒化ガリウム系半導体表面１２ｂ、１４ａ、１４ｂが既に形成されている。レジストマスク２９が実質的に除去された後も、少なくとも５分程度、第１の窒化ガリウム系半導体表面１２ａおよび第２の窒化ガリウム系半導体表面１２ｂ、１４ａ、１４ｂをプラズマ３９に曝す。この結果、フッ素系ガスのプラズマ３９によって、図４（Ａ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体表面１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂに保護４１が施される。この保護４１は、模式的に説明すれば、窒化ガリウム系半導体表面１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂにフッ素が存在することによって生じていると考えられる。例えば、窒化ガリウム系半導体表面１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂにフッ素終端が施される。この方法によれば、レジストマスク２９が除去された後に、窒化ガリウム系半導体表面１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂがフッ素終端によって保護される。

次いで、図４（Ｂ）に示されるように、レジストマスク２９を除去した後に、第２の窒化ガリウム系半導体層１５ａ上に、窒化ガリウム系トランジスタのための電極構造物４３を形成する。例えば高電子移動度トランジスタおよび電界効果トランジスタ（ＭＥＳ型トランジスタまたはＭＩＳ型トランジスタ）では、電極構造物４３は、ソース電極４３ａ、ゲート電極４３ｂおよびドレイン電極４３ｃを含む。これらの工程によって、アイソレートされたトランジスタ４５が作製された。

以上説明したように、窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法によれば、窒化ガリウム系トランジスタの電気的分離のためにレジストマスク２９を用いて基板１９の窒化ガリウム系半導体のエッチングを行った後に基板１９をフッ素系ガスのプラズマ３９に曝している。基板の窒化ガリウム系半導体表面が酸素プラズマに曝されることがないので、窒化ガリウム系トランジスタを作製するプロセスにおけるレジストマスク除去の際に、基板表面からの窒素の脱離の発生が低減される。この窒化ガリウム系トランジスタでは、電流コラプスといった問題の発生が抑制される。

（実施例１）
例えば、サファイアＣ面基板上にＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル層を成長した後、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストをパターン形成する。パターン通りにエッチングした後、Ｆ系ガスを用いてレジストを除去する。窒化ガリウム（ＧａＮ）基板およびＧａＮ系エピタキシャル層は、Ｆ系ガスのプラズマによるエッチングレートが非常に小さいので、レジストのみが実質的にエッチングされる。同時にＦ系ガスのプラズマに晒されることによって表面がフッ素終端化処理され、ＧａＮ基板およびＧａＮ系エピタキシャル層の表面が保護される。この保護によって、酸素や水分の影響を受けにくくなり、窒素空孔の発生も抑制される。

（変形例）
本実施の形態の変形例を説明する。変形例は、レジストを除去する方法に係る。この方法では、一又は複数のIII族窒化物層を含みIII族窒化物からなる表面を有する基板を準備する。第１の実施の形態に説明されたように、この基板上に表面の保護のためにレジストマスクを作成する。レジストマスクは、パターン形成されていてもよい。この工程に次いで、必要な場合には所望の工程を行う。この後に、このレジストマスクを除去するために、基板をフッ素系ガスのプラズマに曝す。III族窒化物領域上に形成されたレジストを除去する方法という変形例によっても、レジストマスクを除去するために基板をフッ素系ガスのプラズマに曝している。基板のIII族窒化物表面が酸素プラズマに曝されることがないので、III族窒化物のエッチングプロセスにおけるレジストマスク除去の際に、基板表面からの窒素の脱離の発生が低減される。III族窒化物としては、上記実施の形態において示されたＧａＮ、ＡｌＧａＮに限定されることなく、例えば、ＩｎＮ等も用いることができる。

また、この変形例では、プラズマに曝す工程においては、レジストマスクのアッシングを行って除去した後に、アッシングによって露出されたIII族窒化物の表面をフッ素系ガスのプラズマに曝して表面にフッ素終端を施した基板を作製する。この方法によれば、レジストマスクが除去された後に、III族窒化物表面がフッ素終端によって保護される。

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。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。

図１（Ａ）は、レジストの塗布を示す図面である。図１（Ｂ）は、レジスト膜の露光を示す図面である。 図２（Ａ）は、レジストマスクの作製を示す図面である。図２（Ｂ）は、レジストマスクを用いたエッチングを示す図面である。 図３（Ａ）は、分離された窒化ガリウム系半導体メサの作製を示す図面である。図３（Ｂ）は、レジストマスクの剥離を示す図面である。 図４（Ａ）は、フッ素終端された窒化ガリウム系半導体メサを示す図面である。図４（Ｂ）は、窒化ガリウム系半導体トランジスタを示す図面である。

符号の説明

１１…支持基体、１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ…窒化ガリウム系半導体表面、１３、１５、１３ａ、１５ａ…窒化ガリウム系半導体層、１７…III族窒化物膜、１９、１９ａ…基板、２１…レジスト膜、２３…フォトマスク、２５…露光、２７…現像、２９…レジストマスク、３１…エッチング装置、３３…エッチング、３５…ヘテロ接合、３７…レジスト剥離装置、３９…プラズマ、４３…電極構造物、４３ａ…ソース電極、４３ｂ…ゲート電極、４３ｃ…ドレイン電極、４５…トランジスタ、Ｇ_Ｅ…エッチングガス、Ｇ_Ｆ…フッ素系ガス

Claims (12)

1. 窒化ガリウム系トランジスタを作製する方法であって、
   窒化ガリウム系トランジスタのための第１および第２の窒化ガリウム系半導体層を含む基板上に、パターンを有するレジストマスクを作成する工程と、
   前記レジストマスクを用いて前記基板の窒化ガリウム系半導体のエッチングを行って、前記第１および第２の窒化ガリウム系半導体層を部分的に除去する工程と、
   前記エッチングを行った後に、前記レジストマスクを除去するために前記基板をフッ素系ガスのプラズマに曝す工程と
   を備えることを特徴とする方法。
2. プラズマに曝す前記工程は、前記レジストマスクのアッシングを行う工程と、前記アッシングによって露出された第１の窒化ガリウム系半導体表面および前記エッチングによって形成された第２の窒化ガリウム系半導体表面を前記プラズマに曝して前記第１および第２の窒化ガリウム系半導体表面にフッ素終端を施す工程とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. プラズマに曝す前記工程は、前記レジストマスクのアッシングに先だって、レジスト剥離液を用いて基板上のレジストを処理する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載された方法。
4. 前記フッ素系ガスはＳＦ_６、ＮＦ_３ 、ＣＦ_４ 、Ｃ_２ Ｆ_６ 、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４ Ｆ_８ 、Ｃ_５ Ｆ_８ 、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
5. 窒化ガリウム系半導体領域を加工する方法であって、
   一又は複数の窒化ガリウム系半導体層を含み窒化ガリウム系半導体からなる表面を有する基板上に、パターンを有するレジストマスクを作成する工程と、
   前記レジストマスクを用いて、前記基板の窒化ガリウム系半導体のエッチングを行う工程と、
   前記エッチングを行った後に、前記レジストマスクを除去するために前記基板をフッ素系ガスのプラズマに曝す工程と
   を備えることを特徴とする方法。
6. プラズマに曝す前記工程は、前記レジストマスクのアッシングを行う工程と、前記アッシングによって露出された第１の窒化ガリウム系半導体表面および前記エッチングによって形成された第２の窒化ガリウム系半導体表面を前記プラズマに曝して前記第１および第２の窒化ガリウム系半導体表面にフッ素終端を施す工程とを含む、ことを特徴とする請求項５に記載された方法。
7. プラズマに曝す前記工程は、前記レジストマスクのアッシングに先だって、レジスト剥離液を用いて基板上のレジストを処理する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項５に記載された方法。
8. 前記フッ素系ガスはＳＦ_６、ＮＦ_３ 、ＣＦ_４ 、Ｃ_２ Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８ 、Ｃ_４ Ｆ_８ 、Ｃ_５ Ｆ_８、Ｆ_２の少なくともいずれかのガスを含む、ことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載された方法。
9. III族窒化物領域上に形成されたレジストを除去する方法であって、
   一又は複数のIII族窒化物層を含みIII族窒化物半導体からなる表面を有する基板上にレジストマスクを作成する工程と、
   前記レジストマスクを除去するために、前記基板をフッ素系ガスのプラズマに曝す工程と
   を備えることを特徴とする方法。
10. プラズマに曝す前記工程は、前記レジストマスクのアッシングを行う工程と、前記アッシングによって露出されたIII族窒化物の表面をフッ素系ガスのプラズマに曝して前記表面にフッ素終端を施した基板を作製する工程とを含む、ことを特徴とする請求項９に記載された方法。
11. プラズマに曝す前記工程は、前記レジストマスクのアッシングに先だって、レジスト剥離液を用いて基板上のレジストを処理する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１０に記載された方法。
12. 前記フッ素系ガスはＳＦ_６、ＮＦ_３ 、ＣＦ_４ 、Ｃ_２ Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８ 、Ｃ_４ Ｆ_８ 、Ｃ_５ Ｆ_８、Ｆ_２ガスの少なくともいずれかのガスを含む、ことを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか一項に記載された方法。

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