JP2012174775A - 化合物半導体装置の製造方法及び洗浄剤 - Google Patents

化合物半導体装置の製造方法及び洗浄剤 Download PDF

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Abstract

【課題】リセス等の形成に伴う処理で生じる残渣を適切に除去することができる化合物半導体装置の製造方法及び洗浄剤を提供する。
【解決手段】化合物半導体積層構造１を形成し、化合物半導体積層構造１の一部を除去して凹部４を形成し、洗浄剤を用いて凹部４内の洗浄を行う。洗浄剤は、凹部４内に存在する残渣と相溶する基材樹脂と溶媒とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、化合物半導体装置の製造方法及び洗浄剤に関する。
近年、基板上方にＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層を順次形成し、ＧａＮ層を電子走行層として用いる電子デバイス（化合物半導体装置）の開発が活発である。このような化合物半導体装置の一つとして、ＧａＮ系の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）が挙げられる。ＧａＮ系ＨＥＭＴでは、ＡｌＧａＮとＧａＮとのヘテロ接合界面に発生する高濃度の２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が利用されている。
ＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも大きい。つまり、ＧａＮは高い破壊電界強度を有する。また、ＧａＮは大きい飽和電子速度も有している。このため、ＧａＮは、高電圧動作、且つ高出力が可能な化合物半導体装置の材料、例えば電源用半導体装置の材料として極めて有望である。このため、ＧａＮ系化合物半導体を用いた化合物半導体装置は、高効率スイッチング素子、電気自動車用等の高耐圧電力デバイスとして期待されている。
ＧａＮ系ＨＥＭＴでは、ゲート電極の材料と、ソース電極及びドレイン電極の材料とが相違している。このため、ゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極とは、互いに異なる工程で形成されている。ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の形成は、例えばリフトオフ法により行われている。つまり、電極の形成時には、レジストパターンの形成、電極材料の形成、及びレジストパターンの除去が行われている。また、ＧａＮ系ＨＥＭＴを製造する際に、化合物半導体層のゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する予定の領域にリセス又は開口部を形成することがある。この場合、レジストパターンを用いて化合物半導体層をエッチングしてリセス又は開口部を形成した後に、レジストパターンの除去を行っている。更に、ソース電極及びドレイン電極の形成後にソース電極及びドレイン電極をパッシベーション膜で覆い、ゲート電極の形成前にレジストパターンを用いてパッシベーション膜をドライエッチングすることもある。この場合、ドライエッチング後にレジストパターンを除去している。
これらの方法では、レジストパターンの除去が行われるが、レジストパターンの残渣が残存することがある。また、パッシベーション膜のドライエッチング後にエッチング残渣が残存することもある。そして、これらの残渣は、有機物を用いた洗浄によっても十分に除去できないことがある。これは、レジストパターンの形成の際に行われる現像後のポストベーク、及びドライエッチング時の変性等の影響による。
また、硫酸及び過酸化水素水の混合物等を用いた酸処理によって残渣を除去しようとすると、その際に露出している電極がダメージを受ける。例えば、ソース電極及びドレイン電極を形成した後にゲート電極用のリセスを形成する場合、リセスの形成時にはソース電極及びドレイン電極が露出している。従って、上記の混合物を用いると、ソース電極及びドレイン電極がダメージを受けてしまう。また、電極がダメージを受けないとしても、露出している化合物半導体層の表面に酸化及び表面荒れ等が生じて、特性が変動することがある。
そして、上述のような残渣が存在する場合には、リーク電流の増大、及び電荷のトラップによる閾値電圧の変動等が生じるため、歩留まりが著しく低下する。
特開２００３−１６７３６０号公報 特開２００７−１２８０３８号公報
本発明の目的は、リセス等の形成に伴う処理で生じる残渣を適切に除去することができる化合物半導体装置の製造方法及び洗浄剤を提供することにある。
化合物半導体装置の製造方法の一態様では、化合物半導体積層構造を形成し、前記化合物半導体積層構造の一部を除去して凹部を形成し、洗浄剤を用いて前記凹部内の洗浄を行う。前記洗浄剤は、前記凹部内に存在する残渣と相溶する基材樹脂と溶媒とを含む。
化合物半導体装置の製造方法の他の一態様では、基板上方に電子走行層を形成し、前記電子走行層上方に電子供給層を形成し、少なくとも前記電子供給層にゲート電極用のリセスを形成し、洗浄剤を用いて前記リセス内の洗浄を行う。前記洗浄剤は、前記リセス内に存在する残渣と相溶する基材樹脂と溶媒とを含む。
洗浄剤の一態様は、化合物半導体層の洗浄に用いられる洗浄剤であって、前記化合物半導体層の加工により生じた残渣と相溶する基材樹脂と、前記化合物半導体層の表面を還元する還元剤と、溶媒と、を含む。
上記の化合物半導体装置の製造方法等によれば、基材樹脂及び溶媒の作用により、残渣を適切に除去することができる。
第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 洗浄方法の例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るＧａＮ系ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 図３Ａに引き続き、ＧａＮ系ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 第３の実施形態に係るＧａＮ系ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 高出力増幅器の外観の例を示す図である。 電源装置を示す図である。
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
第１の実施形態では、先ず、図１（ａ）に示すように、化合物半導体層２及びその上の化合物半導体層３を含む積層体１を形成する。積層体１は、化合物半導体積層構造の一例である。化合物半導体層２及び３は、例えばＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＮ層等の窒化物半導体層である。
次いで、図１（ｂ）に示すように、積層体１の一部を除去してリセス４を形成する。リセス４は、凹部の一例である。リセス４を形成する方法は特に限定されないが、例えばレジストパターンをエッチングマスクとして用いたドライエッチングが挙げられる。リセス４の形成後には、リセス４内に残渣５が存在し得る。残渣５は、例えばレジストパターンの残渣又は化合物半導体層３の残渣である。なお、図１（ｂ）では、リセス４が化合物半導体層２の表面まで到達しているが、リセス４が化合物半導体層２の内部まで入り込んでいてもよく、リセス４が化合物半導体層２の表面まで到達していなくてもよい。つまり、リセス４の深さが化合物半導体層３の厚さよりも大きくても小さくてもよい。
その後、図１（ｃ）に示すように、洗浄剤を用いてリセス４内を洗浄する。本実施形態では、洗浄剤として、残渣５と相溶する基材樹脂と溶媒とを含むものを用いる。この結果、残渣５が除去される。
基材樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド、フェノール性水酸基含有樹脂、カルボキシル基含有樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。また、これらの共重合体又は混合物を用いることもできる。
洗浄剤中の基材樹脂の含有量は特に限定されないが、０．１質量％〜５０質量％であることが好ましい。基材樹脂の含有量が０．１質量％未満であると、残渣５と相溶する成分が不足して残渣５を十分に除去できない可能性がある。一方、基材の含有量が５０質量％を超えていると、洗浄剤の粘性が高くなりすぎて、積層体１の表面に洗浄剤が濡れ広がりにくくなる。従って、基材樹脂の含有量は０．１質量％〜５０質量％であることが好ましい。
溶媒としては、水を用いることが好ましいが、アルコール系有機溶媒、鎖状エステル系有機溶媒、環状エステル系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、鎖状エーテル系有機溶媒、環状エーテル系有機溶媒、アミン系有機溶媒等の有機溶媒を用いてもよい。アルコール系有機溶媒の例としては、イソプロピルアルコールが挙げられる。鎖状エステル系有機溶媒の例としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）が挙げられる。環状エステル系有機溶媒の例としては、ラクトン系有機溶媒が好ましく、特に、γ−ブチロラクトンが好ましい。ケトン系有機溶媒の例としては、アセトン、シクロヘキサノン、及びヘプタノンが挙げられる。鎖状エーテル系有機溶媒の例としては、エチレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。環状エーテル系有機溶媒としては、テトラヒドロフラン及びジオキサンが挙げられる。アミン系有機溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、及びアミノアルコールが挙げられる。
第１の実施形態によれば、酸処理を行わずとも、残渣５を十分に除去することができる。従って、所望の特性の化合物半導体装置を高い歩留まりで製造することができる。
ここで、洗浄剤を用いたリセス４内の洗浄方法の例について説明するが、洗浄方法はこの例に限定されない。図２は、洗浄方法の例を示すフローチャートである。
先ず、リセス４が形成された積層体１の表面に洗浄剤を塗布する（ステップＳ１）。次いで、洗浄剤を加熱して、基材樹脂と残渣５とを相溶させると共に、洗浄剤中の溶媒を気化させる（ステップＳ２）。この結果、表面処理膜が形成される。その後、所定の液体を用いて表面処理膜を溶解させて除去する（ステップＳ３）。
洗浄剤を塗布する処理としては、例えば、ディップ処理、スピン処理、スプレー処理等が挙げられる。加熱する温度は特に限定されないが、５０℃〜２５０℃とすることが好ましい。この温度が５０℃未満であると、基材樹脂と残渣５とを十分に相溶させることが困難になることがある。一方、この温度が２５０℃を超えていると、洗浄剤の成分が分解する可能性がある。従って、加熱する温度は５０℃〜２５０℃とすることが好ましい。また、表面処理膜を除去する液体としては、例えば、洗浄剤に含まれる溶媒と同様のものが挙げられる。
なお、洗浄剤には、基材樹脂及び溶媒の他に、還元剤が含まれていることが好ましい。洗浄する前に積層体１の表面が酸化していることがあり、また、洗浄の際に積層体１の表面が酸化することもあるからである。
還元剤としては、例えば、カルボン酸等の有機酸、アルデヒド等を用いることができる。カルボン酸の例としては、シュウ酸及びギ酸が挙げられる。洗浄剤中の還元剤の含有量は特に限定されないが、０．１質量％〜４０質量％であることが好ましい。還元剤の含有量が０．１質量％未満であると、十分な還元作用が得られない可能性がある。一方、還元剤の含有量が４０質量％を超えていると、溶媒への溶解が困難になることがある。従って、還元剤の含有量は０．１質量％〜４０質量％であることが好ましい。
洗浄剤に、基材樹脂及び溶媒の他に架橋剤が含まれていてもよい。架橋剤により、残渣５と基材樹脂との間に架橋反応が生じ、残渣５がより除去されやすくなる。
架橋剤としては、例えば、メラミン及びその誘導体、ユリア及びその誘導体、ウリル及びその誘導体等を用いることができる。メラミンの例としては、アルコキシメチルメラミンが挙げられる。ユリアの例としては、尿素、アルコキシメチレン尿素、Ｎ−アルコキシメチレン尿素、エチレン尿素、及びエチレン尿素カルボン酸が挙げられる。ウリルの例としては、ベンゾグアナミン及びグリコールウリルが挙げられる。洗浄剤中の架橋剤の含有量は特に限定されず、基材樹脂の種類及び含有量等に応じて適宜決定すればよい。
洗浄剤に、基材樹脂及び溶媒の他に界面活性剤が含まれていてもよい。界面活性剤により、基材樹脂の残渣５との相溶性等が向上する。
界面活性剤としては、例えば、非イオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等を用いることができる。洗浄剤にこれらのうちの一種が含有されていてもよく、二種以上が含有されていてもよい。これらの中では、金属イオンを含有しない点で非イオン性界面活性剤が好ましい。
非イオン性界面活性剤の例としては、アルコキシレート系界面活性剤、脂肪酸エステル系界面活性剤、アミド系界面活性剤、天然アルコール系界面活性剤等のアルコール系界面活性剤、エチレンジアミン系界面活性剤、及び第２級アルコールエトキシレート系界面活性剤が挙げられる。これらの具体例としては、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレン誘導体系界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤、グリセリン脂肪酸エステル系界面活性剤、第１級アルコールエトキシレート系界面活性剤、フェノールエトキシレート系界面活性剤、及びアセチレンジオール系界面活性剤が挙げられる。また、ノニルフェノールエトキシレート系界面活性剤、オクチルフェノールエトキシレート系界面活性剤、ラウリルアルコールエトキシレート系界面活性剤、及びオレイルアルコールエトキシレート系界面活性剤も挙げられる。
カチオン性界面活性剤の例としては、アルキルカチオン系界面活性剤、アミド型４級カチオン系界面活性剤、及びエステル型４級カチオン系界面活性剤が挙げられる。
両面界面活性剤の例としては、アミンオキサイド系界面活性剤、及びベタイン系界面活性剤などが挙げられる。
洗浄剤中の界面活性剤の含有量は特に限定されないが、５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。界面活性剤の含有量が５０ｐｐｍを超えていると、基材樹脂及び架橋剤が界面に浸透し、当該基材樹脂及び架橋剤が半導体装置中に残存することがある。そして、当該基材樹脂及び架橋剤が残存すると、ショート及びリーク等が発生して特性が低下する可能性がある。従って、界面活性剤の含有量は５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
なお、基材樹脂、溶媒、還元剤、及び界面活性剤の種類及び割合を調整することにより、残渣５の除去性及び処理面の還元度合いを任意に制御することが可能である。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図３Ａ乃至図３Ｂは、第２の実施形態に係るＧａＮ系ＨＥＭＴ（化合物半導体装置）の製造方法を工程順に示す断面図である。
第２の実施形態では、先ず、図３Ａ（ａ）に示すように、基板１１上にノンドープのｉ−ＧａＮ層１２、ノンドープのｉ−ＡｌＧａＮ層１３、ｎ型のｎ−ＡｌＧａＮ層１４、及びｎ型のｎ−ＧａＮ層１５を形成する。ｉ−ＧａＮ層１２、ｉ−ＡｌＧａＮ層１３、ｎ−ＡｌＧａＮ層１４及びｎ−ＧａＮ層１５の形成は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：metal organic vapor phase epitaxy）法等の結晶成長法により行う。この場合、原料ガスを選択することにより、これらの層を連続して形成することができる。アルミニウム（Ａｌ）の原料、ガリウム（Ｇａ）の原料としては、例えば、夫々トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を使用することができる。また、窒素（Ｎ）の原料として、例えばアンモニア（ＮＨ3）を使用することができる。また、ｎ−ＡｌＧａＮ層１４及びｎ−ＧａＮ層１５に不純物として含まれるシリコン（Ｓｉ）の原料としては、例えばシラン（ＳｉＨ4）を使用することができる。
ｉ−ＧａＮ層１２の厚さは、例えば３μｍ程度であり、ｉ−ＧａＮ層１２は電子走行層として機能する。ｉ−ＡｌＧａＮ層１３の厚さは、例えば５ｎｍ程度であり、ｉ−ＡｌＧａＮ層１３はスペーサ層として機能する。ｎ−ＡｌＧａＮ層１４の厚さは、例えば３０ｎｍ程度であり、ｎ−ＡｌＧａＮ層１４は電子供給層として機能する。ｎ−ＧａＮ層１５の厚さは、例えば１０ｎｍであり、ｎ−ＧａＮ層１５はキャップ層として機能する。ｉ−ＡｌＧａＮ層１３及びｎ−ＡｌＧａＮ層１４のＡｌ組成は、例えば０．２程度である。ｎ−ＡｌＧａＮ層１４及びｎ−ＧａＮ層１５には、例えば、ｎ型不純物としてＳｉが５×１０18ｃｍ-3程度ドーピングされている。
次いで、図３Ａ（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＮ層１５上に、ソース電極を形成する予定の領域を露出する開口部、及びドレイン電極を形成する予定の領域を露出する開口部を備えたレジストパターン２１を形成する。
その後、図３Ａ（ｃ）に示すように、レジストパターン２１をエッチングマスクとしてｎ−ＧａＮ層１５のドライエッチングを行うことにより、ソース電極用の開口部１５ｓ及びドレイン電極用の開口部１５ｄを形成する。開口部１５ｓ及び１５ｄは、凹部の一例である。このドライエッチングでは、例えばエッチングガスとして塩素系ガスを用いる。続いて、同じく図３Ａ（ｃ）に示すように、アッシング等によりレジストパターン２１を除去する。
なお、開口部１５ｓ及び１５ｄの深さに関し、ｎ−ＧａＮ層１５の一部を残してもよく、また、ｎ−ＡｌＧａＮ層１４の一部を除去してもよい。つまり、開口部１５ｓ及び１５ｄの深さをｎ−ＧａＮ層１５の厚さと一致させる必要はない。
次いで、第１の実施形態と同様の洗浄剤を用いて開口部１５ｓ及び１５ｄ内を洗浄する。この結果、開口部１５ｓ及び１５ｄ内が十分に清浄化される。
その後、図３Ａ（ｄ）に示すように、ｎ−ＧａＮ層１５上に、ソース電極を形成する予定の領域を露出する開口部、及びドレイン電極を形成する予定の領域を露出する開口部を備えたレジストパターン２２を形成する。
続いて、レジストパターン２２を成膜マスクとして導電膜を形成し、レジストパターン２２上に付着した導電膜をレジストパターン２２と共に除去する。この結果、図３Ａ（ｅ）に示すように、ソース電極１６ｓ及びドレイン電極１６ｄが形成される。このように、本実施形態では、ソース電極１６ｓ及びドレイン電極１６ｄをリフトオフ法により形成する。導電膜の形成では、例えば、厚さが２０ｎｍ程度のＴａ膜を形成し、その上に厚さが２００ｎｍ程度のＡｌ膜を形成する。Ｔａ膜及びＡｌ膜は、例えば蒸着法により形成することができる。そして、窒素雰囲気中で４００℃〜１０００℃（例えば５５０℃）で熱処理を行い、オーミック接触を確立する。
次いで、第１の実施形態と同様の洗浄剤を用いてｎ−ＧａＮ層１５の表面を洗浄する。この結果、ｎ−ＧａＮ層１５の表面が十分に清浄化される。なお、この処理を省略してもよい。
その後、図３Ｂ（ｆ）に示すように、ｎ−ＧａＮ層１５、ソース電極１６ｓ、及びドレイン電極１６ｄ上に、ゲート電極を形成する予定の領域を露出する開口部を備えたレジストパターン２３を形成する。
続いて、図３Ｂ（ｇ）に示すように、レジストパターン２３をエッチングマスクとしてｎ−ＧａＮ層１５及びｎ−ＡｌＧａＮ層１４のドライエッチングを行うことにより、ゲート電極用のリセス１７を形成する。リセス１７は、凹部の一例である。このドライエッチングでは、例えばエッチングガスとして塩素系ガスを用いる。次いで、同じく図３Ｂ（ｇ）に示すように、アッシング等によりレジストパターン２３を除去する。
なお、リセス１７の深さに関し、ｎ−ＧａＮ層１５の一部を残してもよく、また、リセス１７の底面がｎ−ＡｌＧａＮ層１４の表面と一致していてもよい。つまり、リセス１７の深さをｎ−ＧａＮ層１５の厚さよりも大きくする必要はない。
その後、第１の実施形態と同様の洗浄剤を用いてリセス１７内を洗浄する。この結果、リセス１７内が十分に清浄化される。
続いて、図３Ｂ（ｈ）に示すように、全面に絶縁膜１８を形成する。絶縁膜１８の材料としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、及びＷの酸化物、窒化物、及び酸窒化物が好ましく、絶縁膜１８は、例えばアルミナ膜である。また、絶縁膜１８の厚さは特に限定されないが、２ｎｍ〜２００ｎｍ（例えば１０ｎｍ）とする。更に、絶縁膜１８の形成方法は特に限定されないが、原子層堆積（ＡＬＤ：atomic layer deposition）法、プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）法、及びスパッタリング法が好ましい。
次いで、第１の実施形態と同様の洗浄剤を用いて絶縁膜１８の表面を洗浄する。この結果、絶縁膜１８の表面が十分に清浄化される。
その後、図３Ｂ（ｉ）に示すように、絶縁膜１８上に、ゲート電極を形成する予定の領域を露出する開口部を備えたレジストパターン２４を形成する。
続いて、レジストパターン２４を成膜マスクとして導電膜を形成し、レジストパターン２４上に付着した導電膜をレジストパターン２４と共に除去する。この結果、図３Ｂ（ｊ）に示すように、ゲート電極１６ｇが形成される。このように、本実施形態では、ゲート電極１６ｇをリフトオフ法により形成する。導電膜の形成では、例えば、厚さが３０ｎｍ程度のＮｉ膜を形成し、その上に厚さが４００ｎｍ程度のＡｕ膜を形成する。Ｎｉ膜及びＡｕ膜は、例えば蒸着法により形成することができる。
このようにしてＧａＮ系ＨＥＭＴを製造することができる。
本願発明者が実際に第２の実施形態の方法でＧａＮ系ＨＥＭＴを製造したところ、９６％の歩留まりが得られた。これに対し、上記の洗浄剤を用いた各洗浄を省略してＧａＮ系ＨＥＭＴを製造した場合の歩留まりは僅かに７２％であった。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態に係るＧａＮ系ＨＥＭＴ（化合物半導体装置）の製造方法を工程順に示す断面図である。
第３の実施形態では、先ず、図４（ａ）に示すように、第２の実施形態と同様にして、レジストパターン２１の形成までの処理を行う。次いで、図４（ｂ）に示すように、第２の実施形態と同様にして、ソース電極用の開口部１５ｓ及びドレイン電極用の開口部１５ｄを形成し、アッシング等によりレジストパターン２１を除去する。
その後、第１の実施形態と同様の洗浄剤を用いて開口部１５ｓ及び１５ｄ内を洗浄する。この結果、開口部１５ｓ及び１５ｄ内が十分に清浄化される。
続いて、図４（ｃ）に示すように、第２の実施形態と同様にして、ｎ−ＧａＮ層１５上にレジストパターン２２を形成する。次いで、図４（ｄ）に示すように、第２の実施形態と同様にして、ソース電極１６ｓ及びドレイン電極１６ｄを形成し、熱処理を行ってオーミック接触を確立する。
その後、第１の実施形態と同様の洗浄剤を用いてｎ−ＧａＮ層１５の表面を洗浄する。この結果、ｎ−ＧａＮ層１５の表面が十分に清浄化される。
続いて、図４（ｅ）に示すように、全面に絶縁膜２８を形成する。絶縁膜２８としては、第２の実施形態における絶縁膜１８と同様のものを形成する。
次いで、第１の実施形態と同様の洗浄剤を用いて絶縁膜２８の表面を洗浄する。この結果、絶縁膜２８の表面が十分に清浄化される。
その後、図４（ｆ）に示すように、第２の実施形態と同様にして、リフトオフ法によりゲート電極１６ｇを絶縁膜２８上に形成する。
このようにしてＧａＮ系ＨＥＭＴを製造することができる。
本願発明者が実際に第３の実施形態の方法でＧａＮ系ＨＥＭＴを製造したところ、９７％の歩留まりが得られた。これに対し、上記の洗浄剤を用いた各洗浄を省略してＧａＮ系ＨＥＭＴを製造した場合の歩留まりは僅かに７５％であった。
なお、第２及び第３の実施形態において、レジストパターン２１の形成前に、素子分離領域を形成してもよい。素子分離領域は、例えば、素子分離領域を形成する予定の領域に開口部が設けられたレジストパターンを用いたドライエッチングにより形成することができる。この場合、エッチングガスとしては、例えば塩素系ガスを用いればよい。そして、レジストパターンの除去後には、上記の洗浄剤を用いた洗浄を行うことが好ましい。また、ドライエッチングに代えてＡｒイオン等のイオン注入によって素子分離領域を形成することもできる。
また、抵抗体及びキャパシタ等をも基板１１上に実装してモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）としてもよい。
これらのＧａＮ系ＨＥＭＴは、例えば高出力増幅器として用いることができる。図５に、高出力増幅器の外観の例を示す。この例では、ソース電極に接続されたソース端子８１ｓがパッケージの表面に設けられている。また、ゲート電極に接続されたゲート端子８１ｇ、及びドレイン電極に接続されたドレイン端子８１ｄがパッケージの側面から延出している。
また、これらの実施形態に係るＧａＮ系ＨＥＭＴは、例えば電源装置に用いることもできる。図６（ａ）は、ＰＦＣ（power factor correction）回路を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＰＦＣ回路を含むサーバ電源（電源装置）を示す図である。
図６（ａ）に示すように、ＰＦＣ回路９０には、交流電源（ＡＣ）が接続されるダイオードブリッジ９１に接続されたコンデンサ９２が設けられている。コンデンサ９２の一端子にはチョークコイル９３の一端子が接続され、チョークコイル９３の他端子には、スイッチ素子９４の一端子及びダイオード９６のアノードが接続されている。スイッチ素子９４は上記の実施形態におけるＨＥＭＴに相当し、当該一端子はＨＥＭＴのドレイン電極に相当する。また、スイッチ素子９４の他端子はＨＥＭＴのソース電極に相当する。ダイオード９６のカソードにはコンデンサ９５の一端子が接続されている。コンデンサ９２の他端子、スイッチ素子９４の当該他端子、及びコンデンサ９５の他端子が接地される。そして、コンデンサ９５の両端子間から直流電源（ＤＣ）が取り出される。
そして、図６（ｂ）に示すように、ＰＦＣ回路９０は、サーバ電源１００等に組み込まれて用いられる。
このようなサーバ電源１００と同様の、より高速動作が可能な電源装置を構築することも可能である。また、スイッチ素子９４と同様のスイッチ素子は、スイッチ電源又は電子機器に用いることができる。更に、これらの半導体装置を、サーバの電源回路等のフルブリッジ電源回路用の部品として用いることも可能である。
いずれの実施形態においても、基板として、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、サファイア基板、シリコン基板、ＧａＮ基板又はＧａＡｓ基板等を用いてもよい。基板が、導電性、半絶縁性又は絶縁性のいずれであってもよい。
また、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の構造は上述の実施形態のものに限定されない。例えば、これらが単層から構成されていてもよい。また、これらの形成方法はリフトオフ法に限定されない。更に、オーミック特性が得られるのであれば、ソース電極及びドレイン電極の形成後の熱処理を省略してもよい。また、ゲート電極に対して熱処理を行ってもよい。
また、各層の厚さ及び材料等も上述の実施形態のものに限定されない。
次に、本願発明者が行った実験について説明する。
この実験では、先ず、下記表１に示す種々の洗浄剤を作製した。
Figure 2012174775
表１中の「ＰＶＡ」はポリビニルアルコールを示し、「ＰＶＰ」はポリビニルピロリドンを示し、「ＰＨＳ」はポリヒドロキシスチレンを示す。また、「ウリル」はテトラメトキシメチルグリコールウリルを示し、「ユリア」はＮ，Ｎ´−ジメトキシメチルジメトキシエチレンユリアを示し、「メラミン」はヘキサメトキシメチルメラミンを示し、「ＥＬ」は乳酸エチルを示し、「ＩＰＡ」はイソプロピルアルコールを示す。また、「ＴＮ−８０」の成分は、アルコールエトキシレート系界面活性剤（非イオン性界面活性剤）であり、「ＰＣ−８」の成分は、多核フェノール系界面活性剤（非イオン性界面活性剤）である。「ＴＮ−８０」及び「ＰＣ−８」は株式会社ＡＤＥＫＡ製の界面活性剤である。
次いで、Ｓｉ基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さが３μｍのｉ−ＧａＮ電子走行層、厚さが５ｎｍのｉ−ＡｌＧａＮスペーサ層、厚さが３０ｎｍでＳｉドーピング濃度が５×１０18ｃｍ-3のｎ−ＡｌＧａＮ電子供給層、及び厚さが１０ｎｍでＳｉドーピング濃度が５×１０18ｃｍ-3のｎ−ＧａＮキャップ層を堆積させた。その後、ノボラックレジストをスピンコート法によりｎ−ＧａＮキャップ層の表面に塗布した。続いて、露光及び現像により開口部を形成し、その後に、塩素系ガスを用いたドライエッチングにて、レジスト及びｎ−ＧａＮキャップ層を除去した。
次いで、表１に示す洗浄剤をｎ−ＡｌＧａＮ電子供給層の表面に塗布し、下記表２に示す温度で２分間加熱して表面処理膜を形成した。その後、実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４では水を用い、実施例Ｎｏ．１５では、６４．７質量％の乳酸エチル及び３５．３質量％のイソプロピルアルコールの混合液体を用いて、表面処理膜を除去した。表面処理膜の除去時間は１分間とした。
そして、ｎ−ＡｌＧａＮ電子供給層の表面のパターティクル数（異物個数）及び酸素濃度比率を、それぞれパーティクルカウンター及びＸ線光電子分光（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）にて測定した。また、比較のために、洗浄を行っていない場合（比較例）のパターティクル数及び酸素濃度比率も測定した。これらの結果を表２に示す。
Figure 2012174775
表２に示すように、実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５では、比較例よりも異物個数が少なかった。また、概ね、酸素濃度比率が小さくなった。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
化合物半導体積層構造を形成する工程と、
前記化合物半導体積層構造の一部を除去して凹部を形成する工程と、
洗浄剤を用いて前記凹部内の洗浄を行う工程と、
を有し、
前記洗浄剤は、前記凹部内に存在する残渣と相溶する基材樹脂と溶媒とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
（付記２）
基板上方に電子走行層を形成する工程と、
前記電子走行層上方に電子供給層を形成する工程と、
少なくとも前記電子供給層にゲート電極用のリセスを形成する工程と、
洗浄剤を用いて前記リセス内の洗浄を行う工程と、
を有し、
前記洗浄剤は、前記リセス内に存在する残渣と相溶する基材樹脂と溶媒とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
（付記３）
前記基材樹脂は、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド、フェノール性水酸基含有樹脂、カルボキシル基含有樹脂、及びエポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする付記１又は２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記４）
前記洗浄剤に対する前記基材樹脂の割合は、０．１質量％〜５０質量％であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記５）
前記溶媒は、水、アルコール系有機溶媒、鎖状エステル系有機溶媒、環状エステル系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、鎖状エーテル系有機溶媒、環状エーテル系有機溶媒、及びアミン系有機溶媒からなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記６）
前記洗浄剤は、還元剤を含むことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記７）
前記還元剤は、有機酸であることを特徴とする付記６に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記８）
前記有機酸は、カルボン酸であることを特徴とする付記７に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記９）
前記洗浄剤に対する前記還元剤の割合は、０．１質量％〜４０質量％であることを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１０）
前記洗浄剤は、架橋剤を含むことを特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１１）
前記架橋剤は、メラミン及びその誘導体、ユリア及びその誘導体、並びにウリル及びその誘導体からなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする付記１０に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１２）
前記洗浄剤は、界面活性剤を含むことを特徴とする付記１乃至１１のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１３）
前記界面活性剤は、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤、ポリオキシエチレン誘導体系界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤、グリセリン脂肪酸エステル系界面活性剤、第１級アルコールエトキシレート系界面活性剤、フェノールエトキシレート系界面活性剤、及びアセチレンジオール系界面活性剤からなる群から選択された少なくとも一種の非イオン系界面活性剤を含有することを特徴とする付記１２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１４）
前記洗浄を行う工程は、
前記洗浄剤を塗布する工程と、
加熱によって前記洗浄剤中の前記溶媒を気化させて膜を形成する工程と、
前記膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする付記１乃至１３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１５）
前記膜を除去する工程は、水、アルコール系有機溶媒、鎖状エステル系有機溶媒、環状エステル系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、鎖状エーテル系有機溶媒、環状エーテル系有機溶媒、及びアミン系有機溶媒からなる群から選択された少なくとも一種を含有する液体により前記膜を溶解させる工程を有することを特徴とする付記１４に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１６）
前記加熱の温度を５０℃〜２５０℃とすることを特徴とする付記１４又は１５に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１７）
化合物半導体層の洗浄に用いられる洗浄剤であって、
前記化合物半導体層の加工により生じた残渣と相溶する基材樹脂と、
前記化合物半導体層の表面を還元する還元剤と、
溶媒と、
を含むことを特徴とする洗浄剤。
（付記１８）
前記基材樹脂は、リビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド、フェノール性水酸基含有樹脂、カルボキシル基含有樹脂、及びエポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする付記１７に記載の洗浄剤。
（付記１９）
前記洗浄剤に対する前記基材樹脂の割合は、０．１質量％〜５０質量％であることを特徴とする付記１７又は１８に記載の洗浄剤。
（付記２０）
前記還元剤は、有機酸であることを特徴とする付記１７乃至１９のいずれか１項に記載の洗浄剤。
１：積層体
２、３：化合物半導体層
４：リセス
５：残渣
１１：基板
１２：ｉ−ＧａＮ層
１３：ｉ−ＡｌＧａＮ層
１４：ｎ−ＡｌＧａＮ層
１５：ｎ−ＧａＮ層
１５ｓ：開口部
１５ｄ：開口部
１６ｇ：ゲート電極
１６ｓ：ソース電極
１６ｄ：ドレイン電極
１７：リセス

Claims (10)

  1. 化合物半導体積層構造を形成する工程と、
    前記化合物半導体積層構造の一部を除去して凹部を形成する工程と、
    洗浄剤を用いて前記凹部内の洗浄を行う工程と、
    を有し、
    前記洗浄剤は、前記凹部内に存在する残渣と相溶する基材樹脂と溶媒とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
  2. 基板上方に電子走行層を形成する工程と、
    前記電子走行層上方に電子供給層を形成する工程と、
    少なくとも前記電子供給層にゲート電極用のリセスを形成する工程と、
    洗浄剤を用いて前記リセス内の洗浄を行う工程と、
    を有し、
    前記洗浄剤は、前記リセス内に存在する残渣と相溶する基材樹脂と溶媒とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
  3. 前記基材樹脂は、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド、フェノール性水酸基含有樹脂、カルボキシル基含有樹脂、及びエポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  4. 前記洗浄剤は、還元剤を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  5. 前記還元剤は、有機酸であることを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  6. 前記有機酸は、カルボン酸であることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  7. 前記洗浄剤は、架橋剤を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  8. 前記洗浄剤は、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  9. 前記洗浄を行う工程は、
    前記洗浄剤を塗布する工程と、
    加熱によって前記洗浄剤中の前記溶媒を気化させて膜を形成する工程と、
    前記膜を除去する工程と、
    を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  10. 化合物半導体層の洗浄に用いられる洗浄剤であって、
    前記化合物半導体層の加工により生じた残渣と相溶する基材樹脂と、
    前記化合物半導体層の表面を還元する還元剤と、
    溶媒と、
    を含むことを特徴とする洗浄剤。
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