JP2018206867A - Group iii nitride semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

Group iii nitride semiconductor device and manufacturing method of the same Download PDF

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Abstract

To provide a group III nitride semiconductor transistor and a manufacturing method of the same, which can reduce defects on a surface of a group III nitride semiconductor such as GaN to improve On-state current of the transistor.SOLUTION: Improvement of performance in a transistor is achieved by heating a group II nitride semiconductor while supplying nitrogen radicals to reduce surface defects caused by nitrogen vacancy and subsequently, performing formation of a gate insulation film and formation of a group III nitride semiconductor film to be source and drain regions. Alternatively, On-state current of the transistor can be improved by reducing contact resistance between the source and drain regions and the electrode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、III族窒化物半導体装置、特にIII族窒化物半導体を用いたFET及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor device, and more particularly to an FET using a group III nitride semiconductor and a method for manufacturing the same.

GaNに代表されるIII族窒化物ワイドギャップ半導体は、高耐圧で、高電子移動度を有するという特長により、高出力、高電圧動作を必要とするパワーデバイスへの応用が進められている。このようなパワーデバイスの代表例として、III族窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ(FET)が挙げられる。
III族窒化物半導体を用いた絶縁ゲート型FETの課題は、窒素の蒸気圧が高く窒素抜けが生じやすいため、III族窒化物半導体表面との界面準位の少ないゲート絶縁膜の形成が困難であり、そのため閾値電圧の不安定性(Vthシフト)やソース・ドレイン間リーク電流の増大が生じ易いこと、さらにFETの共通課題は、III族窒化物半導体のソース、ドレイン領域とのコンタクト抵抗の低減が困難であることである。
Group III nitride wide gap semiconductors typified by GaN are being applied to power devices that require high output and high voltage operation because of their high breakdown voltage and high electron mobility. A representative example of such a power device is a field effect transistor (FET) using a group III nitride semiconductor.
The problem with insulated gate FETs using group III nitride semiconductors is that the vapor pressure of nitrogen is high and nitrogen escape is likely to occur, so it is difficult to form a gate insulating film with a low interface state with the group III nitride semiconductor surface. Therefore, instability of the threshold voltage (Vth shift) and increase in the leakage current between the source and the drain are likely to occur, and further, the common problem of the FET is that the contact resistance with the source and drain regions of the group III nitride semiconductor is reduced. It is difficult.

例えば、GaN系半導体を用いたFETとして、特許文献1は、GaN上に、CAT−CVD法によりプラズマフリーにシリコン窒化膜を形成し、高性能な絶縁ゲート型FETを製造する方法が開示されている。
また、特許文献2には、GaN系半導体を用いたショットキーゲート型及び絶縁ゲート型のAlGaN/GaN−HEMTのソース/ドレイン領域と電極との接触抵抗の低減のため、リセスエッチを行わずにMOCVD法によりソース/ドレイン領域のAlGaN層上にn+GaN層を選択再成長させ、n+GaN層上に電極を形成し、オーミック接触を実現する技術が開示されている。リセスエッチングを行わないため、エッチング損傷がなく、良質なn+GaN層が形成でき、コンタクト抵抗を低減させるものである。
For example, as a FET using a GaN-based semiconductor, Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a high-performance insulated gate FET by forming a silicon nitride film on GaN by plasma-free by the CAT-CVD method. Yes.
In addition, Patent Document 2 discloses MOCVD without performing recess etching in order to reduce the contact resistance between the source / drain regions and the electrodes of Schottky gate type and insulated gate type AlGaN / GaN-HEMTs using a GaN-based semiconductor. A technique for realizing ohmic contact by selectively re-growing an n + GaN layer on an AlGaN layer in a source / drain region by a method and forming an electrode on the n + GaN layer is disclosed. Since the recess etching is not performed, there is no etching damage, a good n + GaN layer can be formed, and the contact resistance is reduced.

このように、GaN系半導体を用いたトランジスタにおいては、上記課題があり、ソース・ドレイン間リーク電流を抑制したノーマリーオフ型のトランジスタの実現とオン電流の増大を両立することは特に困難である。これらの課題を両立させるための解決手段としてゲート領域に酸化ニッケル(NiO)を形成する技術が、例えば特許文献3に開示されている。また、非特許文献2、3においてもNiO膜を用いたゲート電極構造が開示されている。   As described above, a transistor using a GaN-based semiconductor has the above-described problems, and it is particularly difficult to achieve both a realization of a normally-off transistor that suppresses a source-drain leakage current and an increase in on-current. . For example, Patent Document 3 discloses a technique for forming nickel oxide (NiO) in a gate region as a solution for resolving these problems. Non-Patent Documents 2 and 3 also disclose gate electrode structures using NiO films.

特開2008−103408号公報JP 2008-103408 A 特開2008−124262号公報JP 2008-124262 A WO2014/020809WO2014 / 020809

M.H.Kim、et al.、“Investigation of the initial stage of GaN epitaxial growth on 6H−SiC6H−SiC (0001) at room temperature”、Appl.Phys.Lett.89、031916(2006)M.M. H. Kim, et al. "Investigation of the initial stage of GaN epitaxial growth on 6H-SiC6H-SiC (0001) at room temperature", Appl. Phys. Lett. 89, 031916 (2006) N. Kaneko, et al., “Normally−off AlGaN/GaN HFETs using NiOx gate with recess”, IEEE ISPSD, pp.25−28, 2009.N. Kaneko, et al. "Normally-off AlGaN / GaN HFETs using NiOx gate with recess", IEEE ISPSD, pp. 25-28, 2009. A.Suzuki,et al、”NiO gate GaN−based enhancement−mode hetrojunction field−effect transistor with extremely low on−resistance using metal organic chemical vapor deposition regrown Ge−doped layer”JJAP、Vol.55,Num.12A. Suzuki, et al, “NiO gate GaN-based enhancement-mode heterojunction field-effect transistor with extremal low-resistive use of metallogenous energy. 55, Num. 12

このように、III族窒化物表面のダメージを防止する技術が開発されているものの、高性能なFETを実現するためには、更なる改善が必要である。
すなわち、GaNは窒素脱離(窒素抜け)が生じ易く、GaN表面近傍には製造工程で発生した窒素空孔による欠陥が存在し得るという問題があるが、従来技術はこの問題について考慮されておらず、この問題を解消することができない。
As described above, although a technique for preventing damage on the surface of the group III nitride has been developed, further improvement is necessary to realize a high-performance FET.
That is, GaN is prone to nitrogen desorption (nitrogen desorption), and there is a problem that defects due to nitrogen vacancies generated in the manufacturing process may exist in the vicinity of the GaN surface, but the conventional technology does not consider this problem. Therefore, this problem cannot be solved.

上記特許文献1では、プラズマフリーで成膜することにより、下地のGaN層へのプラズマダメージの発生を排除できるとされているが、前工程で発生した表面近傍の欠陥について考慮されていない。また、CAT−CVDは、金属表面の触媒作用により、原料ガスの分解を促進するが、基本的に熱CVDであり、GaNの加熱処理による窒素脱離の問題を解消できない。   In the above-mentioned patent document 1, it is said that plasma damage to the underlying GaN layer can be eliminated by forming a plasma-free film. However, defects near the surface generated in the previous process are not considered. CAT-CVD promotes the decomposition of the source gas by the catalytic action of the metal surface, but is basically thermal CVD and cannot solve the problem of nitrogen desorption due to the heat treatment of GaN.

上記特許文献2は、III族窒化物基板のリセスエッチングによるプラズマダメージを排除することはできる。しかしながら現実の製造工程においては、選択再成長のマスクを形成する目的でAlGaN層上のシリコン酸化膜をドライエッチングする際に、シリコン酸化膜の膜厚ばらつきに対応するため、オーバーエッチングは不可避である。そのため、AlGaN層の最表面へのプラズマダメージを回避することは困難である。さらにMOCVD法は1000℃以上の高温でGaNを選択成長させるため、原料ガスの供給を停止し、高温状態にあるIII族窒化物半導体基板を室温にまで冷却する過程において、GaN表面から窒素脱離が生じ、窒素空孔による結晶欠陥を防止することはできない。   Patent Document 2 can eliminate plasma damage due to recess etching of a group III nitride substrate. However, in the actual manufacturing process, when the silicon oxide film on the AlGaN layer is dry-etched for the purpose of forming a mask for selective regrowth, overetching is inevitable in order to cope with the film thickness variation of the silicon oxide film. . Therefore, it is difficult to avoid plasma damage to the outermost surface of the AlGaN layer. Furthermore, since MOCVD selectively grows GaN at a high temperature of 1000 ° C. or higher, nitrogen gas is desorbed from the GaN surface in the process of stopping the supply of source gas and cooling the high-temperature group III nitride semiconductor substrate to room temperature. And crystal defects due to nitrogen vacancies cannot be prevented.

MOCVDの代わりに有機金属ガスソースを用いたMOMBEを使用することで、基板温度を比較的低い温度での選択成長は可能である。しかしながら、MOMBEを使用しても基板温度は800[℃]以上であり、窒素脱離による結晶欠陥の問題は解消されない。   By using MOMBE using an organic metal gas source instead of MOCVD, selective growth at a relatively low substrate temperature is possible. However, even when MOMBE is used, the substrate temperature is 800 [° C.] or more, and the problem of crystal defects due to nitrogen desorption cannot be solved.

また、製造工程で発生したIII族窒化物半導体表面の結晶欠陥を回復するための処理方法については、いずれの特許文献にも開示されていない。結晶欠陥を回復するために熱処理を施すと、窒素脱離による欠陥が新たに生じてしまうという問題がある。   In addition, a processing method for recovering crystal defects on the surface of the group III nitride semiconductor generated in the manufacturing process is not disclosed in any patent document. When heat treatment is performed to recover crystal defects, there is a problem that defects due to nitrogen desorption are newly generated.

このように、上記特許文献1、2で挙げられているIII族窒化物半導体のゲート絶縁膜の課題もIII族窒化物半導体とのコンタクト抵抗の課題も、窒素脱離による結晶欠陥について考慮されておらず、この結晶欠陥の問題を解消できる技術は開発されていない。   As described above, the problem of the gate insulating film of the group III nitride semiconductor and the problem of the contact resistance with the group III nitride semiconductor cited in Patent Documents 1 and 2 are considered for crystal defects due to nitrogen desorption. No technology has been developed that can solve this crystal defect problem.

さらに、上記特許文献3に記載されているNiO膜は、酸化熱処理により正孔濃度を高め、良好なノーマリオフ特性を得ることができるが、酸化熱処理により基板酸化や窒素離脱に起因したIII族窒化物半導体表面の結晶欠陥を増大させるリスクがある。そのため、温度、酸素分圧などを調整する高度な技術が必要になる。また、ゲート領域の絶縁体保護膜層の開口を、ドライエッチング法により行う場合は、III族窒化物半導体表面にプラズマダメージが発生するリスクがあるが、ドライエッチング法を使用した場合の基板へのダメージの回避又は修復方法について、上記特許文献3は開示していない。   Further, the NiO film described in Patent Document 3 can increase the hole concentration by the oxidation heat treatment and obtain good normally-off characteristics, but the group III nitride resulting from the substrate oxidation and nitrogen desorption by the oxidation heat treatment. There is a risk of increasing crystal defects on the semiconductor surface. Therefore, advanced techniques for adjusting temperature, oxygen partial pressure, etc. are required. In addition, when the opening of the insulator protective film layer in the gate region is performed by a dry etching method, there is a risk that plasma damage may occur on the surface of the group III nitride semiconductor. However, when the dry etching method is used, The patent document 3 does not disclose a method for avoiding or repairing damage.

上記課題に鑑み、本発明は、III族窒化物半導体の表面近傍の結晶欠陥を抑制しながら、高性能なIII族窒化物半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a high-performance group III nitride semiconductor device and a method for manufacturing the same while suppressing crystal defects near the surface of the group III nitride semiconductor.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
III族窒化物半導体を表面に有する基板に対して、前記基板の表面に窒素ラジカルを照射しながら加熱する窒素ラジカル処理を行う工程を
含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
It includes a step of performing a nitrogen radical treatment for heating a substrate having a group III nitride semiconductor on the surface while irradiating the surface of the substrate with nitrogen radicals.

このように、III族窒化物半導体が表面に露出した状態で窒素ラジカルを照射しながら加熱することにより、従来の課題であったIII族窒化物半導体表面の窒素脱離による欠陥の発生を防止することができ、さらに、半導体装置の製造工程において、III族窒化物半導体表面に窒素脱離による結晶欠陥が発生した場合においても、その欠陥を修復することができる。その結果、高性能な半導体装置を製造するためのIII族窒化物半導体の結晶表面を容易に得ることができる。   In this way, by heating while irradiating nitrogen radicals with the group III nitride semiconductor exposed on the surface, generation of defects due to nitrogen desorption on the group III nitride semiconductor surface, which has been a conventional problem, is prevented. Further, even when a crystal defect due to nitrogen desorption occurs on the surface of the group III nitride semiconductor in the manufacturing process of the semiconductor device, the defect can be repaired. As a result, the crystal surface of the group III nitride semiconductor for manufacturing a high-performance semiconductor device can be easily obtained.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記半導体装置はトランジスタであって、
前記窒素ラジカル処理を行う第1の工程と、
前記第1の工程の後に、継続して前記基板の表面に窒素ラジカルを照射しながら、シリコンをターゲットとするPLD法により前記基板表面にシリコン窒化膜を形成し、ゲート絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記シリコン窒化膜上にゲート電極を形成する第3の工程と、
ソース領域及びドレイン領域となる領域上の前記シリコン窒化膜を除去し、ソース電極及びドレイン電極を形成する第4の工程と
を含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The semiconductor device is a transistor,
A first step of performing the nitrogen radical treatment;
After the first step, a silicon nitride film is formed on the substrate surface by a PLD method using silicon as a target while continuously irradiating the surface of the substrate with nitrogen radicals, thereby forming a gate insulating film. And the process of
A third step of forming a gate electrode on the silicon nitride film;
And a fourth step of removing the silicon nitride film on regions to be a source region and a drain region and forming a source electrode and a drain electrode.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記第3の工程で形成する前記ゲート電極が金属からなることを特徴とする。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The gate electrode formed in the third step is made of metal.

このような半導体装置の製造方法とすることで、
III族窒化物半導体の窒素脱離による表面の結晶欠陥を防止した後にゲート絶縁膜であるシリコン窒化物を形成するため、界面準位の少ないゲート絶縁膜を形成することができ、トランジスタの安定した動作を実現することができる。
特に加熱された基板に窒素ラジカルを照射することにより、効果的に結晶欠陥の修復が可能となる。
By setting it as the manufacturing method of such a semiconductor device,
Since silicon nitride, which is a gate insulating film, is formed after preventing surface crystal defects due to nitrogen desorption of group III nitride semiconductors, a gate insulating film with few interface states can be formed, and the transistor is stable. Operation can be realized.
In particular, by irradiating a heated substrate with nitrogen radicals, crystal defects can be repaired effectively.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記第3の工程は、前記シリコン窒化膜上に、Ag若しくはAgの酸窒化物とNi若しくはNiの酸窒化物とを混合したターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法によりAgを含有するNiO膜を形成するか、又はNi若しくはNiの酸窒化物をターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法及びAg若しくはAgの酸窒化物をターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法によりNiO膜とAg酸化膜との積層膜を形成する工程と、
前記Agを含有するNiO膜又は前記NiO膜とAg酸化膜との積層膜を酸素雰囲気で200[℃]以上の温度で熱処理し、p型NiO膜を形成する工程と、
前記p型NiO膜をパターニングし、ゲート電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
In the third step, the NiO film containing Ag is formed by the PLD method in an oxygen atmosphere using Ag or Ag oxynitride and Ni or Ni oxynitride as a target mixed on the silicon nitride film. A NiO film and an Ag oxide film by a PLD method in an oxygen atmosphere targeting Ni or Ni oxynitride and a PLD method in an oxygen atmosphere targeting Ag or Ag oxynitride Forming a laminated film with
A step of forming a p-type NiO film by heat-treating the NiO film containing Ag or a stacked film of the NiO film and an Ag oxide film in an oxygen atmosphere at a temperature of 200 [° C.] or higher;
And patterning the p-type NiO film to form a gate electrode.

このように、NiO膜を酸素雰囲気で200[℃]以上の温度で熱処理をすることにより、NiO膜中の正孔濃度を増大させることができる。また、酸素雰囲気下のPLD成膜中の基板温度を200[℃]以上に昇温することで同様の効果を得ることも可能である。
いずれ場合においても、下層のシリコン窒化膜は、III族窒化物半導体表面の酸化を効果的に阻止することができ、III族窒化物半導体表面の窒素脱離(欠陥または深い準位)も発生せず、界面準位が増加することを容易に防止することができる。
さらに、NiO膜にp型ドーパントとしてAgを導入することで、正孔濃度を増大させることにより、正孔濃度をAgの含有量(濃度)により制御可能にすることができる。
ゲート絶縁膜上に形成するNiO膜の仕事関数をAgの濃度により制御し、Ag濃度を高くし、正孔濃度を高くすることにより、仕事関数を電子親和力2.5[eV]とNiOのバンドギャップエネルギー4.0[eV]との和に近接させることができる。
その結果、高い仕事関数を有するゲート電極を形成することができ、エンハンスメント型FETを提供することが可能となる。
In this manner, the hole concentration in the NiO film can be increased by heat-treating the NiO film at a temperature of 200 [° C.] or higher in an oxygen atmosphere. It is also possible to obtain the same effect by raising the substrate temperature during PLD film formation in an oxygen atmosphere to 200 [° C.] or higher.
In either case, the underlying silicon nitride film can effectively prevent the group III nitride semiconductor surface from being oxidized, and nitrogen desorption (defects or deep levels) can also occur on the group III nitride semiconductor surface. Therefore, it is possible to easily prevent the interface state from increasing.
Furthermore, by introducing Ag as a p-type dopant into the NiO film, the hole concentration can be controlled by the content (concentration) of Ag by increasing the hole concentration.
The work function of the NiO film formed on the gate insulating film is controlled by the Ag concentration, the Ag concentration is increased, and the hole concentration is increased so that the work function has a band of electron affinity 2.5 [eV] and NiO. The gap energy can be close to 4.0 [eV].
As a result, a gate electrode having a high work function can be formed, and an enhancement type FET can be provided.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記p型NiO膜をパターニングし、ゲート電極を形成する工程において、
前記基板を、濃硫酸と過酸化水素水とを含んだ混合液に、60[℃]以上の温度で浸漬することにより、前記p型NiO膜をエッチングする工程を含むことを特徴とする。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
In the step of patterning the p-type NiO film and forming a gate electrode,
It includes a step of etching the p-type NiO film by immersing the substrate in a mixed solution containing concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide solution at a temperature of 60 [° C.] or higher.

このような半導体装置の製造方法とすることで、
エッチングが困難であったp型NiO膜をウェットエッチング法によりエッチングすることができ、低コストでp型NiO膜からなるゲート電極をパターニングすることができる。
By setting it as the manufacturing method of such a semiconductor device,
The p-type NiO film, which has been difficult to etch, can be etched by the wet etching method, and the gate electrode made of the p-type NiO film can be patterned at a low cost.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記半導体装置はトランジスタであって、
III族窒化物半導体を表面に有する基板に、ソース領域及びドレイン領域となる領域を開口したエッチングマスクを形成する第1の工程と、
前記エッチングマスクをマスクにして、前記基板の前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる領域をエッチングする第2の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第3の工程と、
第3の工程後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、IV族元素を含有するIII族元素をターゲットとするPLD法によりn型III族窒化物半導体を、前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる領域にエピタキシャル成長させる第4の工程と、
エピタキシャル成長させた前記n型III族窒化物半導体上に、導電性膜を形成する第5の工程とを含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The semiconductor device is a transistor,
A first step of forming an etching mask having openings in regions serving as a source region and a drain region on a substrate having a group III nitride semiconductor on the surface;
A second step of etching the regions to be the source region and the drain region of the substrate using the etching mask as a mask;
A third step of performing the nitrogen radical treatment;
After the third step, an n-type group III nitride semiconductor is converted into the source region and the drain region by a PLD method targeting a group III element containing a group IV element while continuously irradiating nitrogen radicals. A fourth step of epitaxially growing the region;
And a fifth step of forming a conductive film on the epitaxially grown n-type group III nitride semiconductor.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記第5の工程が、前記基板上にPLD法により12CaO・7Al(以下、「C12A7膜」という。)を形成する工程と、
前記基板上にTiを含む膜を形成する工程と、
前記基板を200[℃]以上の温度で、真空中で熱処理する工程と
を含むことを特徴とする。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The fifth step is a step of forming 12CaO.7Al 2 O 3 (hereinafter referred to as “C12A7 film”) on the substrate by a PLD method;
Forming a film containing Ti on the substrate;
And a step of heat-treating the substrate in a vacuum at a temperature of 200 [° C.] or higher.

このような半導体装置の製造方法とすることで、
基板のIII族窒化物半導体上の結晶欠陥を抑制しながら、n型のドーパントを含有するIII族窒化物半導体を再成長させることができ、再成長させたn型III族窒化物半導体と基板との接触抵抗(コンタクト抵抗)、及びn型III族窒化物半導体と電極(コンタクト電極)との接触抵抗が低減し、高性能なトランジスタを提供することができる。
特にPLD法は、MBE法やMOCVD法による成膜と比較し、窒素脱離を効果的に防止することができる。III族窒化物半導体の成膜に使用されているMOCVD法では基板温度が1000[℃]以上であり、比較的低温での成膜が可能なMBE法においても基板温度は800[℃]以上である。しかし、PLD法は、非特許文献1に記載されているように、基板温度が700[℃]、さらには500[℃]以下でもIII族窒化物半導体の結晶成長が可能である。そのため、MBE法やMOCVD法と比較し基板温度を低温化でき、さらに窒素脱離を防止することができる。
また、Tiを形成後に連続して200[℃]以上の熱処理を施すことによりC12A7膜を効果的に還元することができる。その結果C12A7膜をn型III族窒化物半導体にオーミック接触するコンタクト電極として用いることにより、さらに接触抵抗を低減することができる。
なお、本明細書において、エレクトライドとして知られている12CaO・7Alを、一般的な表記であるC12A7と記載することがある。
By setting it as the manufacturing method of such a semiconductor device,
A group III nitride semiconductor containing an n-type dopant can be regrown while suppressing crystal defects on the group III nitride semiconductor of the substrate, and the regrown n-type group III nitride semiconductor and the substrate The contact resistance (contact resistance) and the contact resistance between the n-type group III nitride semiconductor and the electrode (contact electrode) are reduced, and a high-performance transistor can be provided.
In particular, the PLD method can effectively prevent nitrogen desorption compared to the film formation by the MBE method or the MOCVD method. The substrate temperature is 1000 [° C.] or higher in the MOCVD method used for forming a group III nitride semiconductor, and the substrate temperature is 800 [° C.] or higher even in the MBE method capable of forming a film at a relatively low temperature. is there. However, as described in Non-Patent Document 1, the PLD method allows group III nitride semiconductor crystals to grow even when the substrate temperature is 700 [° C.] or even 500 [° C.] or less. Therefore, the substrate temperature can be lowered as compared with the MBE method and the MOCVD method, and nitrogen desorption can be prevented.
In addition, the C12A7 film can be effectively reduced by performing heat treatment at 200 [° C.] or higher continuously after forming Ti. As a result, the contact resistance can be further reduced by using the C12A7 film as a contact electrode in ohmic contact with the n-type group III nitride semiconductor.
In the present specification, 12CaO · 7Al 2 O 3 known as electride may be referred to as C12A7, which is a general notation.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記半導体装置はトランジスタであって、
III族窒化物半導体を表面に有する基板に、ソース領域及びドレイン領域となる領
域を開口したエッチングマスクを形成する第1の工程と
前記エッチングマスクをマスクにして、前記基板の前記ソース領域及び前記ドレイン領
域となる領域をエッチングする第2の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第3の工程と、
第3の工程後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、Mgを含有するIII族元素をターゲットとするPLD法により、前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる領域に、p型III族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる第4の工程と、
エピタキシャル成長させた前記p型III族窒化物半導体上に、ソース電極及びドレイ
ン電極を形成する第5の工程と、
を含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The semiconductor device is a transistor,
A first step of forming an etching mask having a region serving as a source region and a drain region on a substrate having a group III nitride semiconductor on the surface; and the source region and the drain of the substrate using the etching mask as a mask A second step of etching a region to be a region;
A third step of performing the nitrogen radical treatment;
After the third step, a p-type group III nitride semiconductor is formed in the source region and the drain region by a PLD method using a group III element containing Mg as a target while continuously irradiating nitrogen radicals. A fourth step of epitaxially growing
A fifth step of forming a source electrode and a drain electrode on the epitaxially grown p-type group III nitride semiconductor;
It is characterized by including.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記第5の工程は、前記基板に、Agを含有するNiOをターゲットとするPLD法によりAgを含有するNiO膜を形成するか、又はNiOをターゲットとするPLD法及びAgをターゲットとするPLD法によりNiOとAgとの積層膜を形成する工程と、
酸素雰囲気で200℃以上の温度で、前記基板を熱処理し、前記Agを含有するNiO膜又は前記NiOとAgとの積層膜をp型NiO膜とする工程と、
前記p型NiO膜をパターニングし、エピタキシャル成長させた前記p型III族窒化物半導体上に残置する工程と、
を含むことを特徴とする。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
In the fifth step, a NiO film containing Ag is formed on the substrate by a PLD method using NiO containing Ag as a target, or a PLD method using NiO as a target and a PLD method using Ag as a target. Forming a laminated film of NiO and Ag by:
Heat treating the substrate in an oxygen atmosphere at a temperature of 200 ° C. or higher to form a NiO film containing Ag or a stacked film of NiO and Ag as a p-type NiO film;
Patterning the p-type NiO film and leaving it on the epitaxially grown p-type group III nitride semiconductor;
It is characterized by including.

このような半導体装置の製造方法とすることで、基板のIII族窒化物半導体上の結晶欠陥を抑制しながら、p型のドーパントを含有するIII族窒化物半導体を再成長させることができ、その結果、再成長させたp型III族窒化物半導体と基板との接触抵抗(コンタクト抵抗)、及びp型III族窒化物半導体と電極との接触抵抗が低減し、高性能なトランジスタを提供することができる。
また、p型NiO膜をp型のIII族窒化物半導体に接触するコンタクト電極として用いることにより、さらに接触抵抗を低減することができる。
With such a method for manufacturing a semiconductor device, a group III nitride semiconductor containing a p-type dopant can be regrown while suppressing crystal defects on the group III nitride semiconductor of the substrate. As a result, the contact resistance (contact resistance) between the regrown p-type group III nitride semiconductor and the substrate and the contact resistance between the p-type group III nitride semiconductor and the electrode are reduced, and a high-performance transistor is provided. Can do.
Further, the contact resistance can be further reduced by using the p-type NiO film as a contact electrode in contact with the p-type group III nitride semiconductor.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記第4の工程の後に、前記基板を50[℃]以上のTMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)溶液に浸漬させることを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
After the fourth step, the substrate is immersed in a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) solution at 50 [° C.] or higher.

このような半導体装置の製造方法とすることで、エッチングマスクの除去が容易になる。
この理由は、TMAHは、GaN結晶のc面に対するエッチング速度が小さく、a面、m面のエッチング速度が大きいという特性があるためである。すなわち、エピタキシャル成長したGaNはエッチングが進まず、エッチングマスク上に堆積した多結晶GaN膜は様々な結晶面を含むため、優先的にエッチングが進む。その結果、下層のエッチングマスクが露出され易く、弗酸などで除去しやすい状態になるからである。
By employing such a semiconductor device manufacturing method, the etching mask can be easily removed.
This is because TMAH has the characteristics that the etching rate for the c-plane of the GaN crystal is low and the etching rate for the a-plane and m-plane is high. That is, the epitaxially grown GaN does not progress in etching, and the polycrystalline GaN film deposited on the etching mask includes various crystal planes, so that the etching proceeds preferentially. As a result, the lower etching mask is easily exposed and easily removed with hydrofluoric acid or the like.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記半導体装置はトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体とを有する基板の、少なくともソース領域となる領域をエッチングし、前記第1のIII族窒化物半導体を露出する第1の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第2の工程と、
前記第2の工程の後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、露出した前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の小さなn型の第3のIII族窒化物半導体を、PLD法により形成する第3の工程と、
前記第3のIII族窒化物半導体上にコンタクト電極を形成する第4の工程と
を含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The semiconductor device is a transistor,
Etching at least a region serving as a source region of a substrate having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor; A first step of exposing one group III nitride semiconductor;
A second step of performing the nitrogen radical treatment;
After the second step, the n-type having a smaller electron affinity than the first group III nitride semiconductor is formed on the exposed first group III nitride semiconductor while continuously irradiating nitrogen radicals. A third step of forming a third group III nitride semiconductor by a PLD method;
And a fourth step of forming a contact electrode on the third group III nitride semiconductor.

このように、窒素ラジカル中での加熱による結晶欠陥の回復と、PLD法により欠陥の発生を抑制しながらソース領域にIII族窒化物半導体を再成長させることにより、ソース領域からチャネル領域へ電子が注入された際に、電子の速度が増大し、オン電流を増大させることができるnチャネルトランジスタを容易に製造することができる。   Thus, by recovering crystal defects by heating in nitrogen radicals and re-growing the group III nitride semiconductor in the source region while suppressing the generation of defects by the PLD method, electrons are transferred from the source region to the channel region. When injected, an n-channel transistor capable of increasing the speed of electrons and increasing the on-current can be easily manufactured.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記半導体装置はトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体とを有する基板の、少なくともドレイン領域となる領域をエッチングし、前記第1のIII族窒化物半導体を露出する第1の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第2の工程と、
前記第2の工程の後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、露出した前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の大きなn型の第4のIII族窒化物半導体を、PLD法により形成する第3の工程と、
前記第3のIII族窒化物半導体上にコンタクト電極を形成する第4の工程と
を含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The semiconductor device is a transistor,
Etching at least a region to be a drain region of a substrate having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor; A first step of exposing one group III nitride semiconductor;
A second step of performing the nitrogen radical treatment;
After the second step, the n-type having higher electron affinity than the first group III nitride semiconductor is formed on the exposed first group III nitride semiconductor while continuously irradiating nitrogen radicals. A third step of forming a fourth group III nitride semiconductor by a PLD method;
And a fourth step of forming a contact electrode on the third group III nitride semiconductor.

このように、窒素ラジカル中での加熱による結晶欠陥の回復と、PLD法により欠陥の発生を抑制しながらドレイン領域にIII族窒化物半導体を再成長させることにより、チャネル領域からドレイン領域へ電子が注入された際に、電子の速度が増大し、オン電流を増大させることができるnチャネルトランジスタを容易に製造することができる。   In this way, electrons are transferred from the channel region to the drain region by recovering crystal defects by heating in nitrogen radicals and re-growing the group III nitride semiconductor in the drain region while suppressing the generation of defects by the PLD method. When injected, an n-channel transistor capable of increasing the speed of electrons and increasing the on-current can be easily manufactured.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記半導体装置はトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体とを有する基板の、ソース領域となる領域をエッチングし、前記第1のIII族窒化物半導体を露出する第1の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第2の工程と、
前記第2の後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、露出した前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の小さなn型の第3のIII族窒化物半導体を、PLD法により形成する第3の工程と、
前記基板の、ドレイン領域となる領域をエッチングし、前記第1のIII族窒化物半導体を露出する第4の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第5の工程と、
前記第5の後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、露出した前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の大きなn型の第4のIII族窒化物半導体を、PLD法により形成する第6の工程と、
前記第3のIII族窒化物半導体及び前記第4のIII族窒化物半導体上にコンタクト電極を形成する第7の工程と
を含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The semiconductor device is a transistor,
Etching a region to be a source region of a substrate having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor; A first step of exposing the group III nitride semiconductor of
A second step of performing the nitrogen radical treatment;
After the second, while irradiating nitrogen radicals continuously, on the exposed first group III nitride semiconductor, an n-type third having a lower electron affinity than the first group III nitride semiconductor. A third step of forming the group III nitride semiconductor of PLD by the PLD method;
Etching a region to be a drain region of the substrate to expose the first group III nitride semiconductor;
A fifth step of performing the nitrogen radical treatment;
After the fifth, an n-type fourth having a higher electron affinity than the first group III nitride semiconductor is formed on the exposed group III nitride semiconductor while continuously irradiating nitrogen radicals. A sixth step of forming the group III nitride semiconductor of PLD by the PLD method;
And a seventh step of forming a contact electrode on the third group III nitride semiconductor and the fourth group III nitride semiconductor.

このような半導体装置の製造方法とすることで、ソース領域からチャネル領域へ電子が注入された際に、電子の速度が増大し、また、チャネル領域からドレイン領域へ電子が注入された際に、電子の速度が増大することで、さらにオン電流を増大させることができるnチャネルトランジスタを提供することができる。   With such a method of manufacturing a semiconductor device, when electrons are injected from the source region to the channel region, the speed of the electrons increases, and when electrons are injected from the channel region to the drain region, By increasing the electron velocity, an n-channel transistor that can further increase the on-state current can be provided.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記コンタクト電極を形成する工程は、PLD法により金属又はC12A7膜を形成する工程と、PLD法によりTiを形成する工程と、真空中で前記基板を加熱する工程とを、
この順に含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The step of forming the contact electrode includes a step of forming a metal or a C12A7 film by a PLD method, a step of forming Ti by a PLD method, and a step of heating the substrate in a vacuum.
It is characterized by including in this order.

このような半導体装置の製造方法とすることで、ソース領域及びドレイン領域とコンタクト電極との接触抵抗が低減し、nチャネルトランジスタの性能が向上する。   By adopting such a method for manufacturing a semiconductor device, the contact resistance between the source and drain regions and the contact electrode is reduced, and the performance of the n-channel transistor is improved.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記PLD法は、ピコ秒オーダーのパルス幅のパルスレーザーを使用したPLD法であることを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
The PLD method is a PLD method using a pulse laser having a pulse width on the order of picoseconds.

PLD法において、ピコ秒オーダーのパルス幅のパルスレーザーを使用することで、平坦性がよく、さらにIII族窒化物半導体においては結晶性の良好な膜を、500℃以下の低温で形成することが可能である。それにより、窒素脱離による結晶欠陥の発生も効果的に抑制することができる。
なお、本明細書において、ピコ秒オーダーのパルス幅、すなわち1ピコ秒以上で1000ピコ秒以下の幅のパルスレーザーを使用したPLD法を意味する。
In the PLD method, by using a pulse laser having a pulse width on the order of picoseconds, it is possible to form a film having good flatness and a crystallinity good in a group III nitride semiconductor at a low temperature of 500 ° C. or lower. Is possible. Thereby, generation | occurrence | production of the crystal defect by nitrogen detachment | desorption can also be suppressed effectively.
In this specification, it means a PLD method using a pulse laser having a pulse width on the order of picoseconds, that is, a pulse laser having a width of 1 picosecond or more and 1000 picoseconds or less.

本発明に係るトランジスタは、
III族窒化物半導体を用いたトランジスタであって、
前記III族窒化物半導体上に、シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜を備え、
前記ゲート絶縁膜上にAgを含有するNiOゲート電極を備えた
ことを特徴とする。
The transistor according to the present invention is
A transistor using a group III nitride semiconductor,
A gate insulating film made of a silicon nitride film is provided on the group III nitride semiconductor,
An NiO gate electrode containing Ag is provided on the gate insulating film.

このような構成のトランジスタとすることで、NiO膜中のAgの濃度を制御することにより、仕事関数の大きなゲート電極を実現でき、従来製作が困難であったエンハンスメント型トランジスタを提供することができる。   By using the transistor having such a structure, a gate electrode having a large work function can be realized by controlling the concentration of Ag in the NiO film, and an enhancement type transistor that has been difficult to manufacture can be provided. .

本発明に係るトランジスタは、
III族窒化物半導体を用いたnチャネルトランジスタであって
ソース領域及びドレイン領域にエピタキシャル成長させたn型のIII族窒化物半導体を備え、
エピタキシャル成長させた前記n型のIII族窒化物半導体上に電極を備え、
前記電極は、エピタキシャル成長させた前記n型のIII族窒化物半導体に接するC12A7膜を備えたことを特徴とする。
The transistor according to the present invention is
An n-channel transistor using a group III nitride semiconductor, comprising an n-type group III nitride semiconductor epitaxially grown in a source region and a drain region,
An electrode is provided on the epitaxially grown n-type group III nitride semiconductor,
The electrode includes a C12A7 film in contact with the epitaxially grown n-type group III nitride semiconductor.

このような構成のトランジスタとすることで、ソース領域及びドレイン領域のn型のIII族窒化物半導体と電極との間の接触抵抗が低減し、nチャネルトランジスタのオン電流を向上させることができる。   With the transistor having such a structure, contact resistance between the n-type group III nitride semiconductor in the source region and the drain region and the electrode can be reduced, and the on-state current of the n-channel transistor can be improved.

本発明に係るトランジスタは、
III族窒化物半導体を用いたpチャネルトランジスタであって
ソース領域及びドレイン領域にエピタキシャル成長させたp型のIII族窒化物半導体を備え、
エピタキシャル成長させた前記p型のIII族窒化物半導体上に電極を備え、
前記電極は、エピタキシャル成長させた前記p型のIII族窒化物半導体に接するAgを含有するNiO膜を備えたことを特徴とする。
The transistor according to the present invention is
A p-channel transistor using a group III nitride semiconductor, comprising a p-type group III nitride semiconductor epitaxially grown in a source region and a drain region,
An electrode is provided on the epitaxially grown p-type group III nitride semiconductor,
The electrode includes an NiO film containing Ag in contact with the epitaxially grown p-type group III nitride semiconductor.

このような構成のトランジスタとすることで、ソース領域及びドレイン領域のp型のIII族窒化物半導体と電極との間の接触抵抗が低減し、pチャネルトランジスタのオン電流を向上させることができる。   With the transistor having such a structure, contact resistance between the p-type group III nitride semiconductor in the source region and the drain region and the electrode can be reduced, and the on-current of the p-channel transistor can be improved.

本発明に係るトランジスタは、
III族窒化物半導体を用いたnチャネルトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体を有するチャネル領域を備え、
前記チャネル領域に接するソース領域は、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の小さな、n型不純物を含有する第3のIII族窒化物半導体を有し、
前記第3のIII族窒化物半導体は、前記第1のIII族窒化物半導体及び前記第2のIII族窒化物半導体と接する
ことを特徴とする。
The transistor according to the present invention is
An n-channel transistor using a group III nitride semiconductor,
A channel region having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor;
The source region in contact with the channel region has a third group III nitride semiconductor containing an n-type impurity having an electron affinity smaller than that of the first group III nitride semiconductor.
The third group III nitride semiconductor is in contact with the first group III nitride semiconductor and the second group III nitride semiconductor.

このような構成のトランジスタとすることで、ソース領域からチャネル領域へと電子が注入された際に、電子の速度が増大し、トランジスタのオン電流を向上させることができる。   With the transistor having such a structure, when electrons are injected from the source region to the channel region, the speed of the electrons is increased and the on-state current of the transistor can be improved.

本発明に係るトランジスタは、
III族窒化物半導体を用いたnチャネルトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体を有するチャネル領域を備え、
前記チャネル領域に接するドレイン領域は、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の大きな、n型不純物を含有する第4のIII族窒化物半導体を有し、
前記第4のIII族窒化物半導体は、前記第1のIII族窒化物半導体及び前記第2のIII族窒化物半導体と接することを特徴とするトランジスタ。
The transistor according to the present invention is
An n-channel transistor using a group III nitride semiconductor,
A channel region having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor;
The drain region in contact with the channel region has a fourth group III nitride semiconductor containing an n-type impurity having an electron affinity larger than that of the first group III nitride semiconductor.
The fourth group III nitride semiconductor is in contact with the first group III nitride semiconductor and the second group III nitride semiconductor.

このような構成のトランジスタとすることで、チャネル領域からドレイン領域へと電子が注入された際に、電子の速度が増大し、トランジスタのオン電流を向上させることができる。
この再成長するソース、ドレイン領域を高濃度GeドープのGaNに限らず、高濃度GeドープのAlGaNや高濃度GeドープのInGaNに替えることも可能である。或いは、ソース領域とドレイン領域を異なるバンドギャップのIII族窒化物半導体に替えることも可能である。この場合、バンドギャップの大きいIII族窒化物半導体から小さいIII族窒化物半導体に電子が移る際には、電子の速度が増大するという効果を得ることが出来るので、より一層の大電流化が可能になる。
With the transistor having such a structure, when electrons are injected from the channel region to the drain region, the speed of the electrons is increased and the on-state current of the transistor can be improved.
The regrowth source and drain regions are not limited to high-concentration Ge-doped GaN, but can be replaced with high-concentration Ge-doped AlGaN or high-concentration Ge-doped InGaN. Alternatively, the source region and the drain region can be replaced with group III nitride semiconductors having different band gaps. In this case, when electrons move from a group III nitride semiconductor with a large band gap to a group III nitride semiconductor with a small band gap, the effect of increasing the speed of the electrons can be obtained. become.

本発明のIII族窒化物半導体を用いたトランジスタ及びその製造方法によれば、III族窒化物半導体表面の結晶欠陥を抑制し、界面準位の少ないゲート絶縁膜及びソース、ドレイン領域と電極との低抵抗コンタクトを実現でき、高性能なトランジスタを得ることができる。   According to the transistor using the group III nitride semiconductor of the present invention and the manufacturing method thereof, the crystal defects on the surface of the group III nitride semiconductor are suppressed, and the gate insulating film and the source / drain regions and the electrode having a low interface state are formed. A low-resistance contact can be realized, and a high-performance transistor can be obtained.

本発明の半導体装置の製造に使用する成膜装置の概念図。The conceptual diagram of the film-forming apparatus used for manufacture of the semiconductor device of this invention. 実施形態1の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 1. FIG. 絶縁ゲート型トランジスタ特性を示すグラフ。The graph which shows the characteristic of an insulated gate transistor. 実施形態2の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 2. FIG. 形成されたIII族窒化物半導体の表面SEM写真。The surface SEM photograph of the formed group III nitride semiconductor. 実施形態2の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 2. FIG. 実施形態3の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 3. FIG. 実施形態3の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 3. FIG. 実施形態3の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 3. FIG. 実施形態4の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 4. FIG. 実施形態5の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 5. FIG. 実施形態5の主要製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the main manufacturing processes of Embodiment 5. FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, none of the following embodiments gives a limited interpretation in the recognition of the gist of the present invention. The same or similar members are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

また、簡単のため、以下の説明においては、III族窒化物半導体の典型としてGaN、AlGaN等を例に説明することがあるが、GaN、AlGaNに限定するものではない。例えばInN、GaN、AlN、BNの混晶等もIII族窒化物半導体に含まれる。   For the sake of simplicity, in the following description, GaN, AlGaN, and the like will be described as examples of group III nitride semiconductors, but the present invention is not limited to GaN and AlGaN. For example, a mixed crystal of InN, GaN, AlN, BN, etc. is also included in the group III nitride semiconductor.

(実施形態1)
図1は、本発明のIII族窒化物半導体装置を製造するために使用する成膜装置の主要な構成を示す概念図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a main configuration of a film forming apparatus used for manufacturing a group III nitride semiconductor device of the present invention.

本成膜装置は、PLD(PLD:Pulsed Laser Deposition)法により、成膜材料からなるターゲットの表面にパルス状のレーザを照射し、材料を蒸発(アブレーション)させ、基板に成膜する装置(以下、PLD装置と称する)である。   This film forming apparatus irradiates the surface of a target made of a film forming material with a pulsed laser by a PLD (PLD: Pulsed Laser Deposition) method, evaporates (ablates) the material, and forms a film on the substrate (hereinafter referred to as a film forming apparatus). , Referred to as a PLD device).

PLD装置は、気密性を有する真空容器であるチャンバ1の内部に、基板支持装置2、ターゲット支持装置3を備えている。基板支持装置2上には、膜を形成する対象物である基板4が載置される。
基板4は、表面にGaN層を有する円形状のウェハが例示されるが、それに限定されない。
The PLD apparatus includes a substrate support device 2 and a target support device 3 inside a chamber 1 that is an airtight vacuum vessel. On the substrate support apparatus 2, a substrate 4 as an object for forming a film is placed.
The substrate 4 is exemplified by a circular wafer having a GaN layer on the surface, but is not limited thereto.

基板支持装置2は、内蔵されている加熱装置により、基板4を加熱し、一定温度に保持することができる。   The substrate supporting device 2 can heat the substrate 4 by a built-in heating device and can maintain the substrate 4 at a constant temperature.

ターゲット支持装置3上には、ターゲット容器5aが支持されている。ターゲット容器5aは、成膜材料であるターゲット6aを収納する。従って、ターゲット支持装置3は、ターゲット容器5aを介してターゲット6aを支持する。
また、ターゲット支持装置3は温度制御装置を備えている。温度制御装置は、加熱又は冷却装置を備え、ターゲット容器5aを介して、ターゲット6aの温度を一定温度に保持することができる。
On the target support device 3, a target container 5a is supported. The target container 5a stores a target 6a that is a film forming material. Therefore, the target support device 3 supports the target 6a via the target container 5a.
In addition, the target support device 3 includes a temperature control device. The temperature control device includes a heating or cooling device, and can maintain the temperature of the target 6a at a constant temperature via the target container 5a.

ターゲット容器は、チャンバ1内に複数備えることができる。図1においては、2つのターゲット容器5a、5bに、それぞれ異なるターゲット6a、6bが収納されている例を示す。そのため、連続的に複数の異なる種類の膜を形成することが可能となる。
なお、ターゲット容器の個数は2個に限定されず、それ以上であっても良く、また1個であっても良い。
A plurality of target containers can be provided in the chamber 1. FIG. 1 shows an example in which different targets 6a and 6b are stored in two target containers 5a and 5b, respectively. Therefore, it is possible to continuously form a plurality of different types of films.
Note that the number of target containers is not limited to two, but may be more or one.

チャンバ1は、レーザ光を導入する光透過窓7を備える。チャンバ1の外部に設置されたレーザ照射装置8から放射されたパルス状レーザは、レンズ9で集光され、光透過窓7を介してチャンバ1内部に導入され、ターゲット6a上に照射される。
レーザパルスの周波数は、後述するようにターゲット6a表面において、成膜材料に対して連続した励起を維持することができる繰り返し周波数の閾値以上とする。
レーザパルスのパルス幅は、ピコ秒オーダーとすることで、安定して表面が平坦な膜を形成することができる。
パルス幅がナノ秒オーダー以上となると熱過程により蒸発するようになり、結晶性が劣化し、フェムト秒オーダー以下となるとターゲット材料がクラスター状に飛来し、平坦性が劣化する。
パルス状レーザの中心波長、1パルスのエネルギーは、それぞれ、例えば、1064[nm]、50[μJ]とすることができるが、これに限定するものではない。また、ターゲット6a上でのレーザの照射領域(スポット)径は、例えば100[μm]又はそれ以下に集光されるが、これに限定されるものではない。
The chamber 1 includes a light transmission window 7 for introducing laser light. The pulsed laser emitted from the laser irradiation device 8 installed outside the chamber 1 is collected by the lens 9, introduced into the chamber 1 through the light transmission window 7, and irradiated onto the target 6a.
As will be described later, the frequency of the laser pulse is set to be equal to or higher than a threshold of a repetition frequency that can maintain continuous excitation on the film forming material on the surface of the target 6a.
By setting the pulse width of the laser pulse to the picosecond order, a film having a flat surface can be stably formed.
When the pulse width exceeds the nanosecond order, it evaporates due to the thermal process, and the crystallinity deteriorates. When the pulse width falls below the femtosecond order, the target material comes in a cluster and the flatness deteriorates.
The center wavelength of the pulsed laser and the energy of one pulse can be 1064 [nm] and 50 [μJ], respectively, but are not limited thereto. In addition, the laser irradiation area (spot) diameter on the target 6a is focused to, for example, 100 [μm] or less, but is not limited thereto.

ターゲット6a表面のレーザ光が照射された箇所では、成膜材料が蒸発する。ターゲット6a表面から放出された成膜材料は、プルーム11を形成し、対向する基板4に到達した成膜材料により膜が形成される。   The film forming material evaporates at the location irradiated with the laser beam on the surface of the target 6a. The film forming material released from the surface of the target 6 a forms a plume 11, and a film is formed by the film forming material that has reached the opposing substrate 4.

チャンバ1は、ガス導入口12、排気口13を備えており、圧力制御、雰囲気制御が可能である。
排気口13には、真空ポンプが接続されており、チャンバ1内部を排気し、真空状態に保つことができる。
The chamber 1 includes a gas introduction port 12 and an exhaust port 13, and pressure control and atmosphere control are possible.
A vacuum pump is connected to the exhaust port 13 so that the inside of the chamber 1 can be exhausted and kept in a vacuum state.

ガス導入口12からは、必要に応じて、雰囲気制御用ガスが導入することも可能である。排気口13と真空ポンプとの間に設置されたAPC(Auto Pressure Controller)バルブの開度や真空ポンプの回転数の制御により、チャンバ1の内部の圧力を一定に保持することが可能である。   An atmosphere control gas can be introduced from the gas inlet 12 as necessary. The pressure inside the chamber 1 can be kept constant by controlling the opening of an APC (Auto Pressure Controller) valve installed between the exhaust port 13 and the vacuum pump and the number of rotations of the vacuum pump.

また、本装置は、ターゲット表面の不要な酸化防止のため、基板交換のためのロードロック室を有し、成膜用のチャンバ1の排気には、ターボ分子ポンプを使用することで、ベースプレッシャーを10−5[Pa]以下とすることができる。
さらに、使用する窒素ガスは、半導体対応の高純度ガスであり、例えばガス精製器を使用し、特に酸素濃度が、1[ppb]以下であるガスが好適に使用される。
In addition, this apparatus has a load lock chamber for substrate replacement in order to prevent unnecessary oxidation of the target surface, and a turbo molecular pump is used for exhausting the film formation chamber 1 to provide base pressure. Can be 10 −5 [Pa] or less.
Furthermore, the nitrogen gas to be used is a high-purity gas corresponding to a semiconductor. For example, a gas purifier is used, and a gas having an oxygen concentration of 1 [ppb] or less is particularly preferably used.

さらにチャンバ1は、ラジカル照射装置14、例えばラジカルガンを備えている。
ラジカル照射装置14は、MFC(マスフローコントローラ)により流量制御された窒素ガス、例えば2[sccm]の窒素(N)ガスが導入され、高周波、例えば13.56[MHz]の電力が供給される。ラジカル照射装置14は、供給された電力エネルギーにより窒素ガスから窒素ラジカル18を発生させ、発生した窒素ラジカル18を流出口であるノズル15から基板4の表面に照射する。窒素ラジカルは活性であるため、基板4の表面及びターゲット6aから基板4へ飛来した成膜材料に対する窒化作用がある。
なお、印加する電力の周波数は、上記に限定するものではない。
Further, the chamber 1 is provided with a radical irradiation device 14, for example, a radical gun.
The radical irradiation device 14 is supplied with nitrogen gas whose flow rate is controlled by an MFC (mass flow controller), for example, 2 [sccm] nitrogen (N 2 ) gas, and is supplied with high frequency power, for example, 13.56 [MHz]. . The radical irradiation device 14 generates nitrogen radicals 18 from nitrogen gas by the supplied power energy, and irradiates the generated nitrogen radicals 18 on the surface of the substrate 4 from the nozzle 15 which is an outlet. Since nitrogen radicals are active, they have a nitriding action on the surface of the substrate 4 and the film forming material that has come from the target 6 a to the substrate 4.
Note that the frequency of the applied power is not limited to the above.

以下、本PLD装置を使用したIII族窒化物半導体装置を製造する方法について、図2,図3を参照しながら説明する。
図2、図3は、本実施例の絶縁ゲート型FETの主要製造工程の断面図を示す。
Hereinafter, a method of manufacturing a group III nitride semiconductor device using the present PLD device will be described with reference to FIGS.
2 and 3 are sectional views showing main manufacturing steps of the insulated gate FET according to this embodiment.

なお、簡単のために、図面上、1つの半導体トランジスタを描画するが、複数のトランジスタがIII族窒化物半導体基板上に形成されていてもよい。また、同様に図面上、複数のトランジスタ間を分離する分離領域も省略するが、素子分離領域としてイオン注入による不活性領域を設けてもよく、また絶縁膜を埋め込んだトレンチを設けてもよい。例えば、図2、3について、紙面に垂直方向の位置に、素子分離領域が形成されていてもよい。
素子分離のイオン注入は、フォトレジストマスクで、例えば、N(窒素)、Fe(鉄)、Zn(亜鉛)イオンを、加速電圧100[keV]、ドーズ1015[/cm]の条件にて行うことができる。
For simplicity, one semiconductor transistor is drawn on the drawing, but a plurality of transistors may be formed on the group III nitride semiconductor substrate. Similarly, although an isolation region for isolating a plurality of transistors is also omitted in the drawing, an inactive region by ion implantation may be provided as an element isolation region, or a trench embedded with an insulating film may be provided. For example, in FIGS. 2 and 3, an element isolation region may be formed at a position perpendicular to the paper surface.
Ion implantation for element isolation is performed using a photoresist mask, for example, with N (nitrogen), Fe (iron), and Zn (zinc) ions under the conditions of an acceleration voltage of 100 [keV] and a dose of 10 15 [/ cm 2 ]. It can be carried out.

まず、III族窒化物半導体基板として、(111)面シリコン基板、C面シリコンカーバイド、Ga面GaNテンプレート基板などの支持基板上に、第1のIII族窒化物半導体層21、例えばGaN層を2[μm]程度エピタキシャル成長させ、その上に、第2のIII族窒化物半導体層22、例えばAl0.15Ga0.85Nを10[nm]程度エピタキシャル成長させた基板20を準備する。
第1のIII族窒化物半導体層21と第2のIII族窒化物半導体層22の材料を上記の組合わせとすることで、第1のIII族窒化物半導体層21と第2のIII族窒化物半導体層22とがヘテロ接合し、そのヘテロ接合界面近傍に2次元電子が形成される。
First, as a group III nitride semiconductor substrate, a first group III nitride semiconductor layer 21, for example, a GaN layer is formed on a support substrate such as a (111) plane silicon substrate, a C plane silicon carbide, or a Ga plane GaN template substrate. A substrate 20 on which a second group III nitride semiconductor layer 22, for example, Al 0.15 Ga 0.85 N is epitaxially grown to about 10 [nm] is prepared by epitaxial growth of about [μm].
The first group III nitride semiconductor layer 21 and the second group III nitride semiconductor layer 21 and the second group III nitride semiconductor layer 22 are combined as described above, so that the first group III nitride semiconductor layer 21 and the second group III nitride The physical semiconductor layer 22 forms a heterojunction, and two-dimensional electrons are formed in the vicinity of the heterojunction interface.

なお、以下では、第1のIII族窒化物半導体層21上に第2のIII族窒化物半導体層22が形成され、少なくともゲート絶縁膜を形成する領域、或いは電界効果トランジスタのチャネル領域において、第2のIII族窒化物半導体層22が露出した基板20に対して説明するが、それに限定されるものではない。III族窒化物半導体層が更に多層に形成された基板やIII族窒化物半導体層の単層からなる基板であってもよい。   In the following, the second group III nitride semiconductor layer 22 is formed on the first group III nitride semiconductor layer 21, and at least in the region where the gate insulating film is formed or the channel region of the field effect transistor, the second group III nitride semiconductor layer 22 is formed. Although the substrate 20 with the group III nitride semiconductor layer 2 exposed is described, the present invention is not limited thereto. The substrate may be a substrate in which the group III nitride semiconductor layer is further formed in multiple layers or a substrate composed of a single layer of the group III nitride semiconductor layer.

図2(a)に示すように、図1で示されるPLD装置1内において、基板20は基板支持装置2で支持し、ラジカル照射装置14により発生させた窒素ラジカル23を照射しながら所定の温度及び時間、例えば200[℃]以上の温度で1[分]以上の時間、保持する。
なお、上記保持条件は例示であり、温度及び時間は、基板20の結晶欠陥の状態に合わせて決定する。表面の結晶状態は、例えば反射高速電子線回折法(RHEED)等で確認ができる。そのため、PLD装置1にRHEED等の分析装置を組み込んでもよい。
As shown in FIG. 2A, in the PLD apparatus 1 shown in FIG. 1, the substrate 20 is supported by the substrate support apparatus 2 and irradiated with the nitrogen radicals 23 generated by the radical irradiation apparatus 14 at a predetermined temperature. And a time, for example, at a temperature of 200 [° C.] or higher for 1 [min] or longer.
Note that the above holding conditions are exemplary, and the temperature and time are determined in accordance with the state of crystal defects in the substrate 20. The crystal state of the surface can be confirmed by, for example, reflection high-energy electron diffraction (RHEED). Therefore, an analyzer such as RHEED may be incorporated in the PLD device 1.

例えば、製造工程での起こり得るダメージにより、第2のIII族窒化物半導体層22の表面近傍に窒素空孔が存在する場合、例えば、基板20に露出した第2のIII族窒化物半導体層22の表面に照射された窒素ラジカル23は活性な窒素であるため、窒素空孔を埋めるように反応する。さらに基板20を加熱することにより、窒素ラジカルの反応を促進し、また表面近傍の結晶欠陥を効果的に回復する。   For example, when nitrogen vacancies exist near the surface of the second group III nitride semiconductor layer 22 due to possible damage in the manufacturing process, for example, the second group III nitride semiconductor layer 22 exposed to the substrate 20 is used. Since the nitrogen radicals 23 irradiated to the surface of the substrate are active nitrogen, they react to fill the nitrogen vacancies. Further, heating the substrate 20 promotes the reaction of nitrogen radicals and effectively recovers crystal defects near the surface.

なお、GaN系結晶の結晶欠陥回復のために加熱すると、その表面から窒素が脱離し、新たに結晶欠陥が発生することがある。しかしながら、本実施形態のように、窒素ラジカル23を照射しながら基板20を加熱することで、結晶欠陥を回復しながら、表面からの窒素脱離による結晶欠陥の発生を防止することができる。   Note that when heating is performed to recover crystal defects of a GaN-based crystal, nitrogen may be desorbed from the surface and new crystal defects may be generated. However, by heating the substrate 20 while irradiating the nitrogen radicals 23 as in the present embodiment, the generation of crystal defects due to nitrogen desorption from the surface can be prevented while recovering the crystal defects.

次に図2(b)に示すように、窒素ラジカル23の基板20への照射を継続しながら、シリコン(Si)をターゲットとするPLD法により、蒸発させたシリコンを基板20の表面に供給する。基板20表面では、Siと窒素ラジカルとが反応することにより、第2のIII族窒化物半導体層22上に、ゲート絶縁膜となるシリコン窒化膜24、例えば膜厚20[nm]、が形成される。このとき、シリコンと窒素との反応を促進するため、基板20の温度は、例えば200[℃]とする。   Next, as shown in FIG. 2B, the evaporated silicon is supplied to the surface of the substrate 20 by the PLD method using silicon (Si) as a target while continuing the irradiation of the nitrogen radicals 23 onto the substrate 20. . On the surface of the substrate 20, Si and nitrogen radicals react to form a silicon nitride film 24, for example, a film thickness of 20 nm, serving as a gate insulating film on the second group III nitride semiconductor layer 22. The At this time, in order to promote the reaction between silicon and nitrogen, the temperature of the substrate 20 is set to 200 [° C.], for example.

このように、第2のIII族窒化物半導体層22表面からの窒素脱離を防止しながら結晶欠陥を回復させた後に、連続してシリコン窒化膜を形成するため、第2のIII族窒化物半導体層22とシリコン窒化膜24との界面準位の発生を抑制することができる。
また、図2(a)で示す工程と図2(b)で示すシリコン窒化膜の成膜工程の間も中断することなく、基板温度を200[℃]以上にして窒素ラジカルを継続して供給し続けることにより、成膜開始時及び成膜時における窒素脱離を効果的に防止できるとともに、既に存在していた窒素欠陥に対しても復元のための活性化エネルギーを越えて欠陥を修復させることが出来る。
Thus, after recovering the crystal defects while preventing nitrogen detachment from the surface of the second group III nitride semiconductor layer 22, the second group III nitride is formed to continuously form the silicon nitride film. Generation of interface states between the semiconductor layer 22 and the silicon nitride film 24 can be suppressed.
Further, the nitrogen radical is continuously supplied at a substrate temperature of 200 [° C.] or higher without interruption between the process shown in FIG. 2A and the silicon nitride film forming process shown in FIG. By continuing to do so, nitrogen desorption can be effectively prevented at the start of film formation and at the time of film formation, and defects that have already existed are repaired beyond the activation energy for restoration. I can do it.

次に図2(c)に示すように、Ag若しくはAgの酸窒化物とNi若しくはNiの酸窒化物とを混合したターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法によりAgを含有するNiO膜をシリコン窒化膜24上に蒸着する。酸素雰囲気下で成膜することにより、NiOの酸化を促進し、正孔濃度を増加させることができる。
その後ラジカル照射装置14に酸素ガスを供給し、酸素ラジカルを発生させ、NiO膜表面に酸素ラジカルを照射しながら200℃以上で、例えば10[分]、熱処理を行う。
酸素雰囲気で熱処理を行うことで酸素欠陥を減少させ、p型伝導を実現することができる。
Next, as shown in FIG. 2C, a NiO film containing Ag is formed by a PLD method in an oxygen atmosphere using Ag or Ag oxynitride mixed with Ni or Ni oxynitride as a target. Vapor deposition is performed on the nitride film 24. By forming a film in an oxygen atmosphere, the oxidation of NiO can be promoted and the hole concentration can be increased.
Thereafter, oxygen gas is supplied to the radical irradiation device 14 to generate oxygen radicals, and heat treatment is performed at 200 ° C. or higher, for example, for 10 minutes while irradiating the surface of the NiO film with oxygen radicals.
By performing heat treatment in an oxygen atmosphere, oxygen defects can be reduced and p-type conduction can be realized.

その結果、Agがドープされたp型NiO膜25を形成することができる。Agの含有量は、例えば1〜5[mol%]である。また、上記熱処理の温度および時間を変えることにより、NiO膜のキャリア濃度を変化させることができる。キャリア濃度を高めることで、NiO膜側への空乏層の伸長を抑制できる。
なお、同一のPLD装置において、複数のターゲットを備えることにより、図2(b)の工程後、基板20を大気に晒すことなく、連続して図2(c)の工程を実施することができる。これによりゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜24上に対して、不要な汚染等を効果的に排除することができる。
As a result, a p-type NiO film 25 doped with Ag can be formed. The content of Ag is, for example, 1 to 5 [mol%]. Further, the carrier concentration of the NiO film can be changed by changing the temperature and time of the heat treatment. By increasing the carrier concentration, extension of the depletion layer toward the NiO film can be suppressed.
In addition, by providing a plurality of targets in the same PLD apparatus, after the step of FIG. 2B, the step of FIG. 2C can be continuously performed without exposing the substrate 20 to the atmosphere. . Thereby, unnecessary contamination and the like can be effectively eliminated from the silicon nitride film 24 which is a gate insulating film.

NiO膜の形成工程においては、シリコン窒化膜により覆われているため、第2のIII族窒化物半導体層22の窒素脱離は防止できる。
さらに、シリコン窒化膜には、酸素不透過性があるため、NiO膜形成後の酸化性雰囲気での熱処理中に、第2のIII族窒化物半導体層22の表面が酸化されることが防止でき、その結果、表面酸化によるトランジスタ特性の変動を防止することができる。
In the step of forming the NiO film, the second group III nitride semiconductor layer 22 can be prevented from desorbing nitrogen because it is covered with the silicon nitride film.
Furthermore, since the silicon nitride film is oxygen impermeable, it is possible to prevent the surface of the second group III nitride semiconductor layer 22 from being oxidized during the heat treatment in the oxidizing atmosphere after the NiO film is formed. As a result, variation in transistor characteristics due to surface oxidation can be prevented.

なお、PLD法によりAgを含有するNiO膜を蒸着した後に、別装置にて酸素雰囲気で熱処理を施してもよい。   In addition, after vapor-depositing a NiO film containing Ag by the PLD method, heat treatment may be performed in an oxygen atmosphere using another apparatus.

また、NiOをターゲットとするPLD法によりNiO膜を形成後に、AgをターゲットとするPLD法によりAgを形成することで、NiOとAgとの積層膜を形成し、熱処理によりAgをNiO膜中に拡散しAgがドープされたp型NiO膜25を形成してもよい。形成するAgの膜厚により、Ag濃度を可変に制御することができる。
この場合、Agを拡散するための熱処理は、酸素雰囲気とする必要はなく、上層のAgの酸化を防止するため、真空又は窒素雰囲気で熱処理を施してもよい。ただし、非酸化性雰囲気での熱処理によりAgを拡散後に、酸素雰囲気で熱処理を施し、NiO膜の正孔濃度を増大させ、p型化を促進する。
Further, after forming a NiO film by a PLD method using NiO as a target, Ag is formed by a PLD method using Ag as a target to form a laminated film of NiO and Ag, and Ag is put into the NiO film by heat treatment. A p-type NiO film 25 diffused and doped with Ag may be formed. The Ag concentration can be variably controlled depending on the film thickness of Ag to be formed.
In this case, the heat treatment for diffusing Ag does not need to be performed in an oxygen atmosphere, and may be performed in a vacuum or a nitrogen atmosphere in order to prevent oxidation of Ag in the upper layer. However, after diffusion of Ag by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere to increase the hole concentration of the NiO film and promote p-type formation.

なお、上記積層膜は、独立したAgとNiOのターゲットを交互に使用したPLD法により形成できる。さらに、上記に限らず、Ni若しくはNiの酸窒化物をターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法及びAg若しくはAgの酸窒化物をターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法によりNiO膜とAg酸化膜との積層膜を形成しても良い。
酸化雰囲気下のPLD法によるNiO膜の形成により、NiOの酸化を促進し、正孔濃度を増加させることができる。
また、積層構造は、2層構造に限らず、異なる膜が交互に形成された3層以上の多層膜であってもよい。
The laminated film can be formed by the PLD method using independent Ag and NiO targets alternately. Further, the present invention is not limited to the above, and the NiO film and the Ag oxidation may be performed by a PLD method in an oxygen atmosphere targeting Ni or Ni oxynitride and a PLD method in an oxygen atmosphere targeting Ag or Ag oxynitride. A laminated film with a film may be formed.
Formation of the NiO film by the PLD method in an oxidizing atmosphere can promote the oxidation of NiO and increase the hole concentration.
The laminated structure is not limited to a two-layer structure, and may be a multilayer film of three or more layers in which different films are alternately formed.

NiO膜は、バンドギャップの大きな酸化物半導体であるが、上記のようにAgをドーピングすることによりp型の半導体となり、ドーピングするAgの濃度により、NiO膜の仕事関数を調整することができる。
NiO膜は、電子親和力が2.5[eV]、バンドギャップが4.0[eV]という特性を有する。半導体の仕事関数は、電子親和力と伝導帯からからフェルミレベルまでのエネルギー差の和に等しいが、p型半導体は、フェルミレベルが価電子帯の近くにあるため、電子親和力とバンドギャップとの和に近い値となる。
Agを含有するp型のNiO膜の仕事関数は、Agの濃度を増加させることにより、p型キャリア濃度が増加し、キャリア濃度が増加するとフェルミレベルは価電子帯に近づき、状態密度を越えてドーピングすると縮退するため、伝導帯からからフェルミレベルまでのエネルギー差はバンドギャップと等価になる。従って、Agを含有するp型のNiO膜の仕事関数は、6.5[eV]となる。この仕事関数の値は、金属で最も大きいPtの5.6[eV]よりも大きい値を実現することができる。
その結果、Agを含有するp型のNiO膜をゲート電極に使用することで、従来製造が困難であったエンハンスメント型のFETを実現することが可能である。
なお、Agの他LiをNiOのp型ドーパントとして用いてもよい。しかし、Liは潮解性があるため、Agをドーパントとして使用することで、成膜用ターゲットの製作が容易となる。
The NiO film is an oxide semiconductor with a large band gap, but becomes a p-type semiconductor by doping Ag as described above, and the work function of the NiO film can be adjusted by the concentration of Ag to be doped.
The NiO film has characteristics of an electron affinity of 2.5 [eV] and a band gap of 4.0 [eV]. The work function of a semiconductor is equal to the sum of the electron affinity and the energy difference from the conduction band to the Fermi level, but since the Fermi level is near the valence band, the p-type semiconductor has a sum of the electron affinity and the band gap. A value close to.
The work function of the p-type NiO film containing Ag increases the p-type carrier concentration by increasing the concentration of Ag. As the carrier concentration increases, the Fermi level approaches the valence band and exceeds the density of states. Since it degenerates when doped, the energy difference from the conduction band to the Fermi level is equivalent to the band gap. Therefore, the work function of the p-type NiO film containing Ag is 6.5 [eV]. The value of this work function can realize a value larger than the largest Pt of 5.6 [eV] in metal.
As a result, by using a p-type NiO film containing Ag as a gate electrode, it is possible to realize an enhancement type FET that has been difficult to manufacture.
In addition to Ag, Li may be used as a p-type dopant for NiO. However, since Li has deliquescence, the use of Ag as a dopant facilitates the production of a deposition target.

なお、NiO以外の酸化物半導体を蒸着し、その後Ag又はそれ以外の元素をドーピングすることで、p型半導体を構成してもよい。
また、上記実施形態においては、ゲート電極としてp型NiO膜を使用したFETについて説明したが、NiやPt等の金属をゲート電極として用いてもよい。この場合、例えばNi等の金属をターゲットとするPLD法等により金属膜をゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜24上に形成し、パターニングすることにより、ゲート電極を形成することができる。
In addition, you may comprise a p-type semiconductor by vapor-depositing oxide semiconductors other than NiO, and doping with Ag or other elements after that.
In the above embodiment, the FET using the p-type NiO film as the gate electrode has been described. However, a metal such as Ni or Pt may be used as the gate electrode. In this case, a gate electrode can be formed by forming a metal film on the silicon nitride film 24 that is a gate insulating film by a PLD method using a metal such as Ni, for example, and patterning.

次に図2(d)に示すように、p型NiO膜25をパターニングすることにより、NiO膜パターン25aを形成する。p型NiO膜25は、リソグラフィー工程によりフォトレジストを形成し、フォトレジストをマスクにしてドライエッチングによりパターニングすることができるが、シリコン窒化膜24上でドライエッチングするため、基板20の表面にドライエッチングによるダメージが加えられることはない。   Next, as shown in FIG. 2D, the p-type NiO film 25 is patterned to form a NiO film pattern 25a. The p-type NiO film 25 can be patterned by dry etching using a photoresist as a mask by the lithography process. However, since the dry etching is performed on the silicon nitride film 24, the surface of the substrate 20 is dry etched. Damage from is not added.

p型NiO膜をウェットエッチングする場合には、60[℃]以上に上げた濃硫酸と過酸化水素水を含んだ混合液に基板を浸漬することにより、p型NiO膜をエッチングすることができる。
上記混合液として、例えば濃度90[%]の市販の濃硫酸と濃度35[%]の市販の過酸化水素水とを、濃硫酸:過酸化水素水=1:1〜3の体積比率で混合した液を使用することができる。
When the p-type NiO film is wet-etched, the p-type NiO film can be etched by immersing the substrate in a mixed solution containing concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide water raised to 60 [° C.] or higher. .
As the above mixed solution, for example, a commercially available concentrated sulfuric acid having a concentration of 90 [%] and a commercially available hydrogen peroxide solution having a concentration of 35 [%] are mixed at a volume ratio of concentrated sulfuric acid: hydrogen peroxide solution 1: 1-3. The obtained liquid can be used.

ウェットエッチングする場合エッチングマスクとして、パターニングしたシリコン酸化膜を使用することができる。この場合、CVD法等によりシリコン酸化膜をp型NiO膜上に形成し、リソグラフィー法によりレジストパターンをシリコン酸化膜上に形成する。その後、フッ酸によりシリコン酸化膜をエッチングすることで、シリコン酸化膜のパターンを形成することができる。
なお、シリコン酸化膜の代わりにシリコン窒化膜を使用することも可能である。シリコン窒化膜をウェットエッチングする場合、熱リン酸を使用すればよい。
When wet etching is performed, a patterned silicon oxide film can be used as an etching mask. In this case, a silicon oxide film is formed on the p-type NiO film by a CVD method or the like, and a resist pattern is formed on the silicon oxide film by a lithography method. Then, the silicon oxide film pattern can be formed by etching the silicon oxide film with hydrofluoric acid.
A silicon nitride film can be used instead of the silicon oxide film. When wet etching the silicon nitride film, hot phosphoric acid may be used.

次に図3(a)に示すように、例えばシリコン酸化膜を、CVD法等により形成し、リソグラフィーとエッチングとの組合わせによりマスク26を形成する。その後、マスク26をエッチングマスクとして、シリコン窒化膜24をエッチングし、第2のIII族窒化物半導体層22のソース(カソード)、ドレイン(アノード)領域27a、27bを露出する。このとき、図示しない素子分離領域上において、シリコン窒化膜24を除去せず、残置していてもよい。
なお、マスク26をシリコン酸化膜により形成したが、リフトオフプロセスのマスクとし使用できる膜であれば、他の材料であってもよい。
Next, as shown in FIG. 3A, for example, a silicon oxide film is formed by a CVD method or the like, and a mask 26 is formed by a combination of lithography and etching. Thereafter, using the mask 26 as an etching mask, the silicon nitride film 24 is etched to expose the source (cathode) and drain (anode) regions 27a and 27b of the second group III nitride semiconductor layer 22. At this time, the silicon nitride film 24 may be left on the element isolation region (not shown) without being removed.
Although the mask 26 is formed of a silicon oxide film, other materials may be used as long as the film can be used as a mask for the lift-off process.

なお、マスク26を形成する際に、シリコン酸化膜をフォトレジストをマスクにエッチング後に引続いてシリコン窒化膜24をエッチングしてもよい。しかし、フォトレジストではなくマスク26をマスクにシリコン窒化膜24をエッチングすることにより、フォトレジスト除去のためのアッシング処理による基板20表面の酸化を防止することができる。   When the mask 26 is formed, the silicon nitride film 24 may be etched after the silicon oxide film is etched using the photoresist as a mask. However, by etching the silicon nitride film 24 using the mask 26 as a mask instead of the photoresist, the surface of the substrate 20 can be prevented from being oxidized by the ashing process for removing the photoresist.

次に図3(b)に示すように、蒸着法等により、コンタクト電極形成用の第1の金属膜28、例えばTiとAlの積層膜をこの順に形成する。
その後、第1の金属膜28が形成された基板20に対して熱処理を施し、オーミック接触させる。例えば第1の金属膜28として、Ti20[nm]/Al200[nm]の他に、Ti/AuやHf/Ni/AuやY/Ni/Auを使うことも出来る。
Next, as shown in FIG. 3B, a first metal film 28 for forming a contact electrode, for example, a laminated film of Ti and Al is formed in this order by vapor deposition or the like.
Thereafter, the substrate 20 on which the first metal film 28 is formed is subjected to heat treatment and brought into ohmic contact. For example, Ti / Au, Hf / Ni / Au, or Y / Ni / Au can be used as the first metal film 28 in addition to Ti20 [nm] / Al200 [nm].

なお、第1の金属膜28を形成する前に、第2のIII族窒化物半導体層22表面に窒素ラジカルを照射しながら加熱することで、ドライエッチング時に第2のIII族窒化物半導体層22表面に生じた結晶欠陥を回復させてもよい。それにより更に低抵抗なコンタクト抵抗を実現できる。   Before forming the first metal film 28, the surface of the second group III nitride semiconductor layer 22 is heated while being irradiated with nitrogen radicals, so that the second group III nitride semiconductor layer 22 is dry etched. Crystal defects generated on the surface may be recovered. As a result, a contact resistance with a lower resistance can be realized.

次に図3(c)に示すように、例えばフッ酸等によるウェットエッチング法によりシリコン酸化膜からなるマスク26を除去し、リフトオフ法によりマスク26上の第1の金属膜28を除去する。その結果、ソース、ドレイン領域27a、27b上の第1の金属膜28は残置する。   Next, as shown in FIG. 3C, the mask 26 made of a silicon oxide film is removed by, for example, a wet etching method using hydrofluoric acid or the like, and the first metal film 28 on the mask 26 is removed by a lift-off method. As a result, the first metal film 28 on the source / drain regions 27a and 27b is left.

次に図3(d)に示すように、リフトオフ法により、ゲート配線用の第2の金属膜29、例えばNi20[nm]/Au200[nm]をNiO膜パターン25a上に形成する。なおリフトオフ法は、図3(a)、(b)、(c)により説明された工程と同様であるため、詳細は割愛する。   Next, as shown in FIG. 3D, a second metal film 29 for gate wiring, for example, Ni 20 [nm] / Au 200 [nm], is formed on the NiO film pattern 25a by a lift-off method. Since the lift-off method is the same as the process described with reference to FIGS. 3A, 3B, and 3C, details are omitted.

以上の工程により、ゲート絶縁型FETを得ることができる。その後、必要に応じて、FETを覆う層間絶縁膜を形成し、コンタクト孔や配線を形成する。   Through the above steps, a gate insulating FET can be obtained. Thereafter, if necessary, an interlayer insulating film that covers the FET is formed, and contact holes and wirings are formed.

なお、所望のゲート絶縁膜の耐圧や、誘電率を実現するため、シリコン窒化膜の膜厚は適宜決定すればよい。また、上記実施形態においては、ゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いたが、シリコン窒化膜上に、シリコン酸化膜、アルミニウム酸化膜、ハフニウム(Hf)酸化膜、ジルコニウム(Zr)酸化膜、HfZr酸化膜等の他の絶縁膜を形成することで、ゲート絶縁膜の耐圧や、誘電率を調整してもよい。   Note that the thickness of the silicon nitride film may be determined as appropriate in order to achieve a desired breakdown voltage and dielectric constant of the gate insulating film. In the above embodiment, a silicon nitride film is used as the gate insulating film. However, a silicon oxide film, an aluminum oxide film, a hafnium (Hf) oxide film, a zirconium (Zr) oxide film, and an HfZr oxide film are formed on the silicon nitride film. By forming another insulating film such as a film, the withstand voltage and dielectric constant of the gate insulating film may be adjusted.

なお、上記リフトオフ法で使用するマスクは、シリコン酸化膜以外にフォトレジストを使用してもよい。   The mask used in the lift-off method may use a photoresist other than the silicon oxide film.

上記実施形態においては、NiO膜からなるゲート電極を形成後にソース、ドレイン電極を形成したが、リフトオフ法により、ソース、ドレイン電極を形成した後に、NiO膜からなるゲート電極及びNi/Au膜からなるゲート配線を形成してもよい。   In the above embodiment, the source and drain electrodes are formed after forming the gate electrode made of the NiO film. However, after forming the source and drain electrodes by the lift-off method, the gate electrode made of the NiO film and the Ni / Au film are made. A gate wiring may be formed.

また、NiO膜を直接III族窒化物半導体に形成し、ゲート電極として用いた場合、NiO膜がバンドギャップの大きいp型半導体であり、界面欠陥の多いヘテロPN接合が形成される。その結果、リーク電流(オフ電流)が増大するという問題が生じる。しかし、上述の実施形態のようにシリコン窒化膜を設けることによりリーク電流を低減できる。   When a NiO film is directly formed on a group III nitride semiconductor and used as a gate electrode, the NiO film is a p-type semiconductor with a large band gap, and a hetero PN junction with many interface defects is formed. As a result, there arises a problem that leakage current (off current) increases. However, leakage current can be reduced by providing a silicon nitride film as in the above-described embodiment.

図4は、本実施形態により得られたFETのドレイン電流(Id)のゲート電圧(ソース−ゲート間電圧)依存性を示す。図4(a)は、、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜24の成膜時の基板温度が室温の場合、図4(b)は、ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜24の成膜時の基板温度が200[℃]の場合のドレイン電流(Id)特性を示す。   FIG. 4 shows the gate voltage (source-gate voltage) dependence of the drain current (Id) of the FET obtained by this embodiment. 4A shows a case where the substrate temperature at the time of forming the silicon nitride film 24 which is a gate insulating film is room temperature, and FIG. 4B shows a case where the silicon nitride film 24 which is a gate insulating film is formed. The drain current (Id) characteristics when the substrate temperature is 200 [° C.] are shown.

図4(a)に示すように、シリコン窒化膜24の成膜時の基板温度が室温の場合、ゲート電圧の昇圧時及び降圧時のIdにはヒステリシスがあり、ゲート電圧シフト量は450[mV]である。
一方、図4(b)に示すように、シリコン窒化膜24の成膜時の基板温度が200[℃]の場合、ゲート電圧の昇圧時及び降圧時のIdのヒステリシスは確認されず、Idのゲート電圧シフト量は100[mV]以下と良好である。この結果は、基板温度が200[℃]でシリコン窒化膜24を形成することにより、第2のIII族窒化物半導体層22とシリコン窒化膜24との界面準位を抑制できたことを意味する。
また、シリコン窒化膜24の成膜温度が200[℃]の場合と異なりシリコン窒化膜24の成膜温度が室温の場合、明らかなヒステリシスが観察されることから、窒素ラジカルによる結晶欠陥の修復には200[℃]の温度に相当する活性化エネルギーが必要であることを意味する。
As shown in FIG. 4A, when the substrate temperature when the silicon nitride film 24 is formed is room temperature, there is a hysteresis in the Id when the gate voltage is raised and lowered, and the gate voltage shift amount is 450 [mV]. ].
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the substrate temperature at the time of forming the silicon nitride film 24 is 200 [° C.], the hysteresis of Id at the time of step-up and step-down of the gate voltage is not confirmed. The amount of gate voltage shift is as good as 100 [mV] or less. This result means that the interface state between the second group III nitride semiconductor layer 22 and the silicon nitride film 24 can be suppressed by forming the silicon nitride film 24 at a substrate temperature of 200 [° C.]. .
Unlike the case where the film formation temperature of the silicon nitride film 24 is 200 [° C.], when the film formation temperature of the silicon nitride film 24 is room temperature, a clear hysteresis is observed. Means that activation energy corresponding to a temperature of 200 [° C.] is required.

なお、ゲート絶縁膜24と第2のIII族窒化物半導体層22との間にp型のIII族窒化物半導体を形成し、広義のFETの一種である所謂ゲート注入型トランジスタとしてもよい。   Note that a p-type group III nitride semiconductor may be formed between the gate insulating film 24 and the second group III nitride semiconductor layer 22 to form a so-called gate injection transistor which is a kind of FET in a broad sense.

なお、上記実施形態においては、基板に対して窒素ラジカルを照射しながら加熱処理を行った後に、同一チャンバ内において連続してPLD法により基板上に成膜を行ったが、マルチチャンバ装置を用いて、それぞれ異なるチャンバにおいて基板に対して処理を行い、各チャンバ間の基板の搬送を、真空搬送システムを用いて行うことも可能である。   In the above-described embodiment, after performing heat treatment while irradiating the substrate with nitrogen radicals, the film was continuously formed on the substrate by the PLD method in the same chamber, but a multi-chamber apparatus was used. Thus, it is possible to process the substrates in different chambers, and transfer the substrates between the chambers using a vacuum transfer system.

(実施形態2)
以下では、図5、図6、図7を参照し本発明の他の実施形態について説明する。
窒素ラジカル雰囲気中での熱処理によるIII族窒化物半導体の窒素脱離に起因する表面欠陥発生防止と欠陥の回復効果を利用し、FETのソース、ドレイン領域にIII族窒化物をエピタキシャル成長させることで、FETの性能向上を図ることができる。
以下では、Nチャネルのショットキーゲート型FETを例に説明するが、実施形態1で開示される絶縁ゲート型FETについても好適に適応できる。
(Embodiment 2)
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7.
By utilizing surface defect generation prevention and defect recovery effect due to nitrogen desorption of group III nitride semiconductor by heat treatment in nitrogen radical atmosphere, group III nitride is epitaxially grown in the source and drain regions of the FET, The performance of the FET can be improved.
Hereinafter, an N-channel Schottky gate type FET will be described as an example, but the insulated gate FET disclosed in the first embodiment can also be suitably applied.

第1のIII族窒化物半導体層21、例えばGaN層上に、第2のIII族窒化物半導体層22、例えばAlGaN層が形成された基板20を準備し、図5(a)に示すように、第2のIII族窒化物半導体層22上にシリコン酸化膜30を、CVD法等により、形成する。
なお、PLD装置を使用し、加熱しながら窒素ラジカルを照射し、基板20表面の結晶欠陥を回復した後に、Siをターゲットを使用して、酸素ラジカルを照射しながらシリコン酸化膜を形成してもよい。
A substrate 20 having a second group III nitride semiconductor layer 22, for example, an AlGaN layer formed on the first group III nitride semiconductor layer 21, for example, a GaN layer, is prepared, as shown in FIG. A silicon oxide film 30 is formed on the second group III nitride semiconductor layer 22 by a CVD method or the like.
It should be noted that a silicon oxide film may be formed while irradiating oxygen radicals using a target of Si after recovering crystal defects on the surface of the substrate 20 by using a PLD apparatus and irradiating nitrogen radicals while heating. Good.

次に図5(b)に示すように、リソグラフィーとエッチング技術の組合わせにより、フォトレジストをマスクにFETのソース領域31a及びドレイン領域31bとなる領域上のシリコン酸化膜30をドライエッチングし、その後フォトレジストをアッシング処理等により除去してマスク30aを形成する。次に、マスク30aをマスクにして、ソース領域31a及びドレイン領域31bとなる領域の基板20をドライエッチングし、第1のIII族窒化物半導体層21を表面に露出させる。
ソース領域31a及びドレイン領域31bとで挟まれた領域は、チャネル領域31cとなる。なお、FETのチャネル領域は、厳密には、ゲート電極による電界によって電気伝導が制御される領域であるが、本明細書においては、便宜上ソース領域31a及びドレイン領域31bとで挟まれた領域をチャネル領域31cと称す。
Next, as shown in FIG. 5B, the silicon oxide film 30 on the regions to be the source region 31a and the drain region 31b of the FET is dry-etched using a photoresist as a mask by a combination of lithography and etching techniques, and then The photoresist 30 is removed by ashing or the like to form a mask 30a. Next, using the mask 30a as a mask, the substrate 20 in the region to be the source region 31a and the drain region 31b is dry-etched to expose the first group III nitride semiconductor layer 21 on the surface.
A region sandwiched between the source region 31a and the drain region 31b becomes a channel region 31c. Strictly speaking, the channel region of the FET is a region whose electric conduction is controlled by an electric field generated by the gate electrode. However, in this specification, a region sandwiched between the source region 31a and the drain region 31b is defined as a channel. This is referred to as a region 31c.

次に図5(c)に示すように、窒素ラジカル32を照射しながら、例えば200[℃]に加熱し、基板20の表面近傍の結晶欠陥を回復する。   Next, as shown in FIG. 5C, while irradiating the nitrogen radical 32, for example, heating to 200 [° C.] to recover crystal defects near the surface of the substrate 20.

次に図5(d)に示すように、n型のドーパントとしてIV族元素、例えばゲルマニウム(Ge)を2[mol%]含有するGaをターゲットとするPLD法により、窒素ラジカルを照射しながら、Geがドーピングされたn型のGaN層である第3のIII族窒化物半導体33a、33bを、第1のIII族窒化物半導体層21が表面に露出したソース、ドレイン領域31a、31bにエピタキシャル成長させる。一方、マスク30aはシリコン酸化膜から構成されているため、マスク30a上ではエピタキシャル成長せず、島状に成長した多結晶のGaN層である、多結晶のIII族窒化物半導体33cが形成される。   Next, as shown in FIG. 5 (d), while irradiating nitrogen radicals by a PLD method using Ga containing 2 [mol%] of an IV group element such as germanium (Ge) as an n-type dopant, The third group III nitride semiconductors 33a and 33b, which are n-type GaN layers doped with Ge, are epitaxially grown on the source and drain regions 31a and 31b with the first group III nitride semiconductor layer 21 exposed on the surface. . On the other hand, since the mask 30a is composed of a silicon oxide film, a polycrystalline group III nitride semiconductor 33c, which is a polycrystalline GaN layer grown in an island shape, is not epitaxially grown on the mask 30a.

図6は、図5(d)の工程後の表面SEM写真である。マスク30a上に、表面の凹凸のある多結晶のIII族窒化物半導体33cが形成されているのに対して、第3のIII族窒化物半導体33a、33bは、表面の滑らかなエピタキシャル成長膜であることが理解できる。   FIG. 6 is a surface SEM photograph after the step of FIG. The polycrystalline group III nitride semiconductor 33c having surface irregularities is formed on the mask 30a, whereas the third group III nitride semiconductors 33a and 33b are epitaxial growth films having smooth surfaces. I understand that.

次に図7(a)に示すように、窒素ラジカル照射を停止し、C12A7をターゲットにして、PLD法によりC12A7膜34a、34b、34cを、例えば膜厚10〜20[nm]、形成する。
C12A7膜のPLD法による成膜中は酸素雰囲気に切り替えても良い。また、C12A7成膜後にPLD法によって連続的にTiを積層することも可能である。
Next, as shown in FIG. 7A, nitrogen radical irradiation is stopped, and C12A7 films 34a, 34b, and 34c are formed with a film thickness of, for example, 10 to 20 [nm] by the PLD method using C12A7 as a target.
During the film formation of the C12A7 film by the PLD method, the oxygen atmosphere may be switched. Further, Ti can be continuously laminated by the PLD method after the C12A7 film is formed.

なお、図5(d)の工程後、図7(a)の工程の前に、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)により、多結晶のIII族窒化物半導体33cをエッチングしても良い。以下に説明するようにTMAHにより、エピタキシャル成長した第3のIII族窒化物半導体33a、33bはエッチングされず、多結晶のIII族窒化物半導体33cが選択的にエッチングされる。そのため、III族窒化物半導体33cの下のマスク30aが露出し、次工程のリフトオフの工程のマスク30aのエッチングが、さらに容易になる。   The polycrystalline group III nitride semiconductor 33c may be etched by TMAH (tetramethylammonium hydroxide) after the step of FIG. 5D and before the step of FIG. 7A. As described below, the third group III nitride semiconductors 33a and 33b epitaxially grown are not etched by TMAH, and the polycrystalline group III nitride semiconductor 33c is selectively etched. Therefore, the mask 30a under the group III nitride semiconductor 33c is exposed, and etching of the mask 30a in the next lift-off process is further facilitated.

50[℃]以上に加熱したTMAH(重量濃度2.38[%]の水溶液)は、GaN結晶のa面やm面に対しては、エッチング作用があるが、c面はエッチングしない特性がある。エピタキシャル成長したGaN(第3のIII族窒化物半導体33a、33b)の表面はc面となるため、エッチングされない。一方、マスク30a(酸化シリコン膜)上に形成されたGaN膜は多結晶(多結晶のIII族窒化物半導体33c)になるため、a面やm面を表面に有するグレインが存在する。その結果、多結晶なGaN(多結晶のIII族窒化物半導体33c)のみが選択的にエッチングされる。   TMAH heated to 50 [° C.] or more (aqueous solution with a weight concentration of 2.38 [%]) has an etching effect on the a-plane and m-plane of the GaN crystal, but does not etch the c-plane. . Since the surface of the epitaxially grown GaN (third group III nitride semiconductor 33a, 33b) is a c-plane, it is not etched. On the other hand, since the GaN film formed on the mask 30a (silicon oxide film) is polycrystalline (polycrystalline group III nitride semiconductor 33c), there are grains having a-plane and m-plane on the surface. As a result, only polycrystalline GaN (polycrystalline group III nitride semiconductor 33c) is selectively etched.

次に図7(b)に示すように、マスク30aを、例えばフッ酸等によりウェットエッチング法により選択的に除去し、マスク30a上の多結晶のIII族窒化物半導体33c及びC12A7膜34cを除去し、ソース、ドレイン領域31a、31bに第3のIII族窒化物半導体33a、33b及びC12A7膜34a、34bを残置する。   Next, as shown in FIG. 7B, the mask 30a is selectively removed by wet etching using, for example, hydrofluoric acid, and the polycrystalline group III nitride semiconductor 33c and the C12A7 film 34c on the mask 30a are removed. Then, the third group III nitride semiconductors 33a and 33b and the C12A7 films 34a and 34b are left in the source / drain regions 31a and 31b.

次に図7(c)に示すように、例えばTi/Al膜を蒸着し、リフトオフ法により、C12A7膜34a、34b上にTiを含有する第3の金属35a、35bを形成する。その後、真空中で200[℃]以上の温度で熱処理を施し、第3の金属35a、35bからTiをC12A7膜34a、34bに熱拡散により供給する。
C12A7膜34a、34bは、以下に説明するように、Tiを供給し、熱処理を施すことにより、高い電気伝導率を有することができる。
Next, as shown in FIG. 7C, for example, a Ti / Al film is deposited, and third metals 35a and 35b containing Ti are formed on the C12A7 films 34a and 34b by a lift-off method. Thereafter, heat treatment is performed in a vacuum at a temperature of 200 [° C.] or higher, and Ti is supplied from the third metals 35a and 35b to the C12A7 films 34a and 34b by thermal diffusion.
As will be described below, the C12A7 films 34a and 34b can have high electrical conductivity by supplying Ti and performing heat treatment.

C12A7膜は結晶格子の骨格により形成されるケージ構造に、フリー酸素イオンを包接している。包接されたフリー酸素イオンをTiにより還元し、電子に置き換えることにより、C12A7膜は高い伝導率を備えることができる。なお、Alも還元材として機能し得る。   The C12A7 film includes free oxygen ions in a cage structure formed by a crystal lattice skeleton. By reducing the included free oxygen ions with Ti and replacing them with electrons, the C12A7 film can have high conductivity. Note that Al can also function as a reducing material.

第3の金属35a、35bは、Tiを含む合金であってもよいが、Ti/Al膜のように下層にTi層を有する積層膜の方が、効率的にC12A7膜34a、34bへのTiの供給ができる。   The third metal 35a, 35b may be an alloy containing Ti, but a laminated film having a Ti layer in the lower layer, such as a Ti / Al film, is more efficient for Ti to the C12A7 films 34a, 34b. Can be supplied.

C12A7は、高い電気伝導率を備えるうえ、さらに仕事関数が2.4[eV]と低いという特性のため、コンタクト抵抗を低減するという特別な効果がある。すなわち、C12A7は仕事関数が小さく、GaN表面の電子親和力よりも小さいため、C12A7とGaNとの間にポテンシャル障壁が生じない。その結果、コンタクト抵抗は、従来使用されてきた金属材料のコンタクト電極と比較し、コンタクト抵抗を低減できるという効果がある。   C12A7 has a special effect of reducing contact resistance because it has a high electrical conductivity and a work function as low as 2.4 [eV]. That is, since C12A7 has a small work function and is smaller than the electron affinity of the GaN surface, no potential barrier is generated between C12A7 and GaN. As a result, the contact resistance has an effect that the contact resistance can be reduced as compared with a conventionally used contact electrode of a metal material.

なお、PLD法により蒸着するC12A7膜のターゲットとして、予めTi、Al等の還元材で熱処理を施したC12A7を使用してもよい。これにより第3の金属35a、35bから還元材を供給するまでもなく、高い電気伝導率を有することができる。
PLD法の場合、レーザ光のエネルギーにより、効率的にフリー酸素を還元できる。
また、PLD法によりC12A7膜を蒸着した後に水素ラジカルを照射しながら加熱処理を行うか、水素ラジカルを照射しながらC12A7を蒸着することで、水素の還元性により包接されたフリー酸素イオンを電子に置き換えてもよい。
In addition, you may use C12A7 which heat-processed previously with reducing materials, such as Ti and Al, as a target of C12A7 film | membrane deposited by PLD method. Thereby, it is not necessary to supply the reducing material from the third metals 35a and 35b, and high electrical conductivity can be obtained.
In the case of the PLD method, free oxygen can be efficiently reduced by the energy of the laser beam.
In addition, after the C12A7 film is deposited by the PLD method, heat treatment is performed while irradiating hydrogen radicals, or C12A7 is deposited while irradiating hydrogen radicals. May be replaced.

次に図7(d)に示すように、例えばフォトレジストをマスクにしたリフトオフ法により、例えばNi/Au膜からなるゲート電極36を形成する。   Next, as shown in FIG. 7D, a gate electrode 36 made of, for example, a Ni / Au film is formed by, for example, a lift-off method using a photoresist as a mask.

なお、図7(c)に示すTi/Al膜の成膜や図7(d)に示すNi/Au膜の成膜前に、本PLD装置を用い、基板20に対して、窒素ラジカルを照射しながら基板を加熱してもよい。基板20表面の結晶欠陥を回復した後に、Ti/Al膜やNi/Au膜を成膜することで、コンタクト抵抗の低減や閾値電圧の安定化を図ることができる。   Before forming the Ti / Al film shown in FIG. 7C and the Ni / Au film shown in FIG. 7D, the substrate 20 is irradiated with nitrogen radicals using the PLD apparatus. The substrate may be heated while it is being heated. After recovering the crystal defects on the surface of the substrate 20, a Ti / Al film or a Ni / Au film can be formed to reduce contact resistance and stabilize the threshold voltage.

本実施形態においては、ソース、ドレイン領域に、結晶欠陥を回復した後にIII族窒化物半導体をPLD法により形成しているため、結晶欠陥の発生を抑制しながらエピタキシャル成長させることができる。そのため、ソース、ドレイン領域のコンタクト抵抗が下がり、FETのオン抵抗が減少する。その結果FETのオン電流が増大する。
また、エピタキシャル成長させたIII族窒化物半導体に直接的にオーミック接触するC12A7膜をコンタクト電極として使用することで、III族窒化物半導体とのコンタクト抵抗をさらに減少することができ、FETのオン電流を一層増大することができる。
In the present embodiment, since the group III nitride semiconductor is formed in the source and drain regions after recovering crystal defects by the PLD method, epitaxial growth can be performed while suppressing the generation of crystal defects. As a result, the contact resistance of the source and drain regions decreases, and the on-resistance of the FET decreases. As a result, the on-current of the FET increases.
In addition, by using a C12A7 film that is in ohmic contact with the epitaxially grown group III nitride semiconductor as a contact electrode, the contact resistance with the group III nitride semiconductor can be further reduced, and the on-current of the FET can be reduced. It can be further increased.

なお、図7(a)で示す工程を省略し、C12A7膜を介在させずに、例えばTi/Al膜等の金属膜を直接的にソース、ドレイン領域31a、31bの第3のIII族窒化物半導体33a、33bにオーミック接触させ、コンタクト電極としてもよい。
この場合、上記実施形態と比較し、接触抵抗は増加するものの、製造コストが低減する。
Note that the step shown in FIG. 7A is omitted, and the third group III nitride of the source and drain regions 31a and 31b is directly formed by using a metal film such as a Ti / Al film, for example, without interposing the C12A7 film. The semiconductor electrodes 33a and 33b may be in ohmic contact and used as contact electrodes.
In this case, compared with the said embodiment, although a contact resistance increases, manufacturing cost reduces.

(実施形態3)
実施形態2ではNチャネルのFETについて説明したが、本発明の成膜前処理及び成膜処理を用い、PチャネルFETを製造することが可能である。以下では、図8、図9、図10を参照し、PチャネルのFETの製造方法について説明する。
(Embodiment 3)
Although the N-channel FET has been described in the second embodiment, it is possible to manufacture a P-channel FET by using the film formation pretreatment and the film formation process of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing a P-channel FET will be described with reference to FIGS.

第1のIII族窒化物半導体層21、例えばGaN層、第2のIII族窒化物半導体層22、例えばAlGaN層及び第4のIII族窒化物半導体層41、例えばGaN層をこの順に形成された基板40を準備する。
第4のIII族窒化物半導体層41は、第2のIII族窒化物半導体層22とヘテロ接合し、第4のIII族窒化物半導体層41に2次元ホールガスが形成されている。
A first group III nitride semiconductor layer 21, for example, a GaN layer, a second group III nitride semiconductor layer 22, for example, an AlGaN layer, and a fourth group III nitride semiconductor layer 41, for example, a GaN layer are formed in this order. A substrate 40 is prepared.
The fourth group III nitride semiconductor layer 41 is heterojunction with the second group III nitride semiconductor layer 22, and a two-dimensional hole gas is formed in the fourth group III nitride semiconductor layer 41.

図8(a)に示すように、第4のIII族窒化物半導体層41上にシリコン酸化膜をCVD法等により形成する。その後、リソグラフィー技術とエッチング技術の組合わせにより、PチャネルFETのチャネル領域となる領域に開口部43を有するマスク42を形成する。   As shown in FIG. 8A, a silicon oxide film is formed on the fourth group III nitride semiconductor layer 41 by a CVD method or the like. Thereafter, a mask 42 having an opening 43 is formed in a region to be a channel region of the P-channel FET by a combination of lithography technology and etching technology.

次に図8(b)に示すように、窒素ラジカルを照射しながら、PLD法により、例えばp型のドーパントとしてMgを含有するGaターゲットを使用し、基板40にp型のIII族窒化物半導体である第5のIII族窒化物半導体44、例えばMg含有GaN、をエピタキシャル成長させる。一方、マスク42上ではエピタキシャル成長しないため、多結晶なIII族窒化物半導体45、例えばMg含有多結晶GaNが形成される。   Next, as shown in FIG. 8B, a p-type group III nitride semiconductor is used for the substrate 40 by using a Ga target containing, for example, Mg as a p-type dopant by a PLD method while irradiating nitrogen radicals. A fifth group III nitride semiconductor 44 such as Mg-containing GaN is epitaxially grown. On the other hand, since epitaxial growth does not occur on the mask 42, a polycrystalline group III nitride semiconductor 45, for example, Mg-containing polycrystalline GaN is formed.

次に図8(c)に示すように、多結晶なIII族窒化物半導体45の表面をウェットエッチングし、膜厚を減少させ、又は微小な結晶を除去する。エッチングは、例えばTMAHを用いることで、多結晶なIII族窒化物半導体45が選択的にエッチングされ、エピタキシャル成長した第5のIII族窒化物半導体44はエッチングされない。その結果、マスク42の露出領域が増大し、次工程のマスク除去が、さらに容易となる。   Next, as shown in FIG. 8C, the surface of the polycrystal group III nitride semiconductor 45 is wet-etched to reduce the film thickness or remove minute crystals. Etching is performed using, for example, TMAH, so that the polycrystalline group III nitride semiconductor 45 is selectively etched, and the fifth group III nitride semiconductor 44 epitaxially grown is not etched. As a result, the exposed area of the mask 42 increases, and the mask removal in the next process is further facilitated.

次に図8(d)に示すように、マスク42をウェットエッチングし、リフトオフ法によりマスク42上の第5のIII族窒化物半導体45を除去する。   Next, as shown in FIG. 8D, the mask 42 is wet-etched, and the fifth group III nitride semiconductor 45 on the mask 42 is removed by a lift-off method.

次に図9(a)に示すように、シリコン酸化膜をCVD法等により形成し、リソグラフィー技術とエッチング技術の組合わせにより、第5のIII族窒化物半導体44を覆うようにマスク46を形成する。   Next, as shown in FIG. 9A, a silicon oxide film is formed by a CVD method or the like, and a mask 46 is formed so as to cover the fifth group III nitride semiconductor 44 by a combination of lithography technology and etching technology. To do.

次に図9(b)に示すように、マスク46をエッチングマスクに基板40をエッチングし、第1のIII族窒化物半導体層21の表面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 9B, the substrate 40 is etched using the mask 46 as an etching mask to expose the surface of the first group III nitride semiconductor layer 21.

次に図9(c)に示すように、窒素ラジカルを照射しながら、基板40を200[℃]以上に加熱し、結晶欠陥を回復させた後に、Mgを2[mol%]含有するGaをターゲットとするPLD法によりp型のIII族窒化物半導体である第6のIII族窒化物半導体47を、露出した第1のIII族窒化物半導体層21の表面にエピタキシャル成長させる。このとき、マスク46上には、多結晶なIII族窒化物半導体48が形成される。   Next, as shown in FIG. 9C, while irradiating nitrogen radicals, the substrate 40 is heated to 200 [° C.] or higher to recover crystal defects, and then Ga containing 2 [mol%] of Mg is added. A sixth group III nitride semiconductor 47, which is a p-type group III nitride semiconductor, is epitaxially grown on the exposed surface of the first group III nitride semiconductor layer 21 by a target PLD method. At this time, a polycrystalline group III nitride semiconductor 48 is formed on the mask 46.

その後、窒素ラジカルの照射を停止し、ターゲットを変更し、例えばAgを含有するNiOをターゲットとするPLD法により、第6のIII族窒化物半導体47及び多結晶なIII族窒化物半導体48上に、例えばAgがドープされたp型NiO膜からなる、p型のコンタクト用導電性膜49、50を形成する。その後、コンタクト用導電性膜49、50は、酸素雰囲気で200[℃]以上の熱処理を施すことで、電気伝導率を高めることができる。   Thereafter, irradiation with nitrogen radicals is stopped, the target is changed, and, for example, on the sixth group III nitride semiconductor 47 and the polycrystalline group III nitride semiconductor 48 by a PLD method using NiO containing Ag as a target. For example, p-type contact conductive films 49 and 50 made of a p-type NiO film doped with Ag are formed. Thereafter, the electrical conductivity of the contact conductive films 49 and 50 can be increased by performing heat treatment at 200 [° C.] or higher in an oxygen atmosphere.

なお、酸素雰囲気での熱処理は、PLD装置内で行うこともできるが、別途の熱処理装置で熱処理を施してもよい。   Note that heat treatment in an oxygen atmosphere can be performed in a PLD apparatus, but heat treatment may be performed in a separate heat treatment apparatus.

次に図9(d)に示すように、マスク46をウェットエッチングし、マスク46上に形成された多結晶なIII族窒化物半導体48及びコンタクト用導電性膜50をリフトオフ法により除去する。   Next, as shown in FIG. 9D, the mask 46 is wet-etched, and the polycrystalline group III nitride semiconductor 48 and the contact conductive film 50 formed on the mask 46 are removed by a lift-off method.

次に図10に示すように、フォトレジストからなるマスクを使用し、電極用の導電性膜、例えばNi/Alを蒸着し、リフトオフ法により、ソース、ドレイン電極51及びゲート電極52を形成する。   Next, as shown in FIG. 10, a mask made of photoresist is used to deposit a conductive film for electrodes, for example, Ni / Al, and the source, drain electrode 51 and gate electrode 52 are formed by a lift-off method.

本実施形態においては、ソース、ドレイン領域に形成するIII族窒化物半導体の形成時に、窒素ラジカルを照射しながら熱処理を行うことで、結晶を回復し、良好な結晶性を有するp型のIII族窒化物半導体である第6のIII族窒化物半導体47を形成することができる。
さらに、第6のIII族窒化物半導体47とソース、ドレイン電極とオーミック接触させ、接触抵抗を低減するために、p型NiO膜のコンタクト用導電性膜49を介在させている。NiO膜の仕事関数は、Agのドーピング量により調整することができ、Agのドーピングにより、NiO膜とp型の第6のIII族窒化物半導体47との接触抵抗を低減することができる。
In this embodiment, when forming a group III nitride semiconductor to be formed in the source and drain regions, a heat treatment is performed while irradiating nitrogen radicals to recover the crystal, and p-type group III having good crystallinity. A sixth group III nitride semiconductor 47, which is a nitride semiconductor, can be formed.
Further, in order to make ohmic contact between the sixth group III nitride semiconductor 47 and the source and drain electrodes and to reduce contact resistance, a p-type NiO film contact conductive film 49 is interposed. The work function of the NiO film can be adjusted by the amount of Ag doping, and the contact resistance between the NiO film and the p-type sixth group III nitride semiconductor 47 can be reduced by Ag doping.

また、上記実施形態においては、Agを含有するp型NiO膜を、ソース及びドレイン領域とのコンタクト電極として利用したが、第5のIII族窒化物半導体44に接するように形成し、ゲート電極として利用してもよい。
図9(d)の工程後に、再度リフトオフ法により、Agを含有するp型NiO膜を第5のIII族窒化物半導体44上に形成すればよい。なお、Agを含有するp型NiO膜の成膜方法は、図9(c)の工程と同様である。
仕事関数が大きくかつ導電性を有するAgを含有するp型NiO膜をショットキー型電界効果トランジスタのゲート電極に使用することで、エンハンスメント型トランジスタを実現できる。さらにAg濃度を調整することでトランジスタの閾値を調整することができる。
In the above-described embodiment, the p-type NiO film containing Ag is used as a contact electrode with the source and drain regions. However, it is formed so as to be in contact with the fifth group III nitride semiconductor 44 and is used as a gate electrode. May be used.
After the step of FIG. 9D, a p-type NiO film containing Ag may be formed on the fifth group III nitride semiconductor 44 again by the lift-off method. Note that the method for forming a p-type NiO film containing Ag is the same as the step shown in FIG.
An enhancement type transistor can be realized by using a p-type NiO film containing Ag having a large work function and conductivity as a gate electrode of a Schottky field effect transistor. Further, the threshold value of the transistor can be adjusted by adjusting the Ag concentration.

(実施形態4)
本発明による窒素ラジカル照射とPLD法による成膜との組合わせにより、窒素空孔による結晶欠陥を抑制しながら結晶性のよいIII族窒化物を形成できる。
以下では、コンタクト抵抗をさらに低減することができるIII族窒化物半導体の再成長技術について説明する。
(Embodiment 4)
By combining nitrogen radical irradiation according to the present invention and film formation by the PLD method, a group III nitride having good crystallinity can be formed while suppressing crystal defects due to nitrogen vacancies.
Hereinafter, a regrowth technique for a group III nitride semiconductor capable of further reducing the contact resistance will be described.

第1のIII族窒化物半導体層21、例えばGaN層上に、第2のIII族窒化物半導体層22、例えばAlGaN層が形成された基板20を準備する。その後、図5(a)から(c)の工程を経て、ソース及びドレイン領域の第1のIII族窒化物半導体層21を露出さ、窒素ラジカルを照射しながら熱処理を行うことにより、基板20の表面の欠陥を回復させる。   A substrate 20 is prepared in which a second group III nitride semiconductor layer 22, such as an AlGaN layer, is formed on a first group III nitride semiconductor layer 21, such as a GaN layer. 5A to 5C, the first group III nitride semiconductor layer 21 in the source and drain regions is exposed, and heat treatment is performed while irradiating nitrogen radicals. Recover surface defects.

次に図11(a)に示すように、第1のIII族窒化物半導体層21と比較して、バンドギャップの大きなn型の第7のIII族窒化物半導体53a、53bを、それぞれソース領域31a及びドレイン領域31bにエピタキシャル成長させ、マスク30a上に多結晶なIII族窒化物半導体54を形成する。
第7のIII族窒化物半導体53a、53b及び多結晶なIII族窒化物半導体54は、例えばGeを含有したAlGaNをターゲットとするPLD法により形成する。
Next, as shown in FIG. 11A, compared with the first group III nitride semiconductor layer 21, n-type seventh group III nitride semiconductors 53a and 53b having a large band gap are respectively formed in the source region. Epitaxial growth is performed on 31a and the drain region 31b, and a polycrystalline group III nitride semiconductor 54 is formed on the mask 30a.
The seventh group III nitride semiconductors 53a and 53b and the polycrystalline group III nitride semiconductor 54 are formed by a PLD method using, for example, AlGaN containing Ge as a target.

次に図11(b)に示すように、マスク30aをウェットエッチングし、多結晶なIII族窒化物半導体54をリフトオフ法により除去する。   Next, as shown in FIG. 11B, the mask 30a is wet-etched, and the polycrystalline group III nitride semiconductor 54 is removed by a lift-off method.

次に図11(c)に示すように、例えばフォトレジストをマスクとしてリフトオフ法により、Ti/Al膜からなるソース電極55a及びドレイン電極55bを形成する。   Next, as shown in FIG. 11C, a source electrode 55a and a drain electrode 55b made of a Ti / Al film are formed by, for example, a lift-off method using a photoresist as a mask.

次に図11(d)に示すように、例えばフォトレジストをマスクとしてリフトオフ法により、第1のIII族窒化物半導体層21と第2のIII族窒化物半導体層22とがヘテロ接合するチャネル領域31c上にNi/Au膜からなるゲート電極56を形成する。
なお、チャネル領域31cは、ソース、ドレイン領域31a、31bと接する。
Next, as shown in FIG. 11D, for example, a channel region where the first group III nitride semiconductor layer 21 and the second group III nitride semiconductor layer 22 are heterojunction by a lift-off method using a photoresist as a mask. A gate electrode 56 made of a Ni / Au film is formed on 31c.
The channel region 31c is in contact with the source / drain regions 31a and 31b.

本実施形態においては、第1のIII族窒化物半導体層21と第2のIII族窒化物半導体層22とのヘテロ接合により、2次元電子ガスの多くが第1のIII族窒化物半導体層21に生成される。
ソース領域31aに形成された第7のIII族窒化物半導体53aは第1のIII族窒化物半導体21と比較して、バンドギャップが大きく、電子親和力(真空準位から伝導帯の底までのエネルギー)が小さい。
そのため、ソース領域31aの第7のIII族窒化物半導体53aの伝導帯とチャネル領域31cの第1のIII族窒化物半導体21の伝導帯との間に、エネルギー差が生じる。
ソース領域の第7のIII族窒化物半導体53aの伝導帯から、チャネル領域の第1のIII族窒化物半導体21の伝導帯に注入された電子は、上記エネルギー差に相当する運動エネルギーが与えられ、速度が増大する。
従って、少なくともソース領域31aに、第1のIII族窒化物半導体21と比較して、バンドギャップが大きい第7のIII族窒化物半導体53aが形成されていればよい。
In the present embodiment, due to the heterojunction between the first group III nitride semiconductor layer 21 and the second group III nitride semiconductor layer 22, most of the two-dimensional electron gas is the first group III nitride semiconductor layer 21. Is generated.
The seventh group III nitride semiconductor 53a formed in the source region 31a has a larger band gap than the first group III nitride semiconductor 21, and has an electron affinity (energy from the vacuum level to the bottom of the conduction band). ) Is small.
Therefore, an energy difference is generated between the conduction band of the seventh group III nitride semiconductor 53a in the source region 31a and the conduction band of the first group III nitride semiconductor 21 in the channel region 31c.
Electrons injected from the conduction band of the seventh group III nitride semiconductor 53a in the source region into the conduction band of the first group III nitride semiconductor 21 in the channel region are given kinetic energy corresponding to the energy difference. , Increase speed.
Accordingly, it is sufficient that the seventh group III nitride semiconductor 53a having a larger band gap than that of the first group III nitride semiconductor 21 is formed at least in the source region 31a.

その結果、本実施形態のFETにおいては、ソース領域31aの第7のIII族窒化物半導体53aとして第1のIII族窒化物半導体層21と同じIII族窒化物半導体を使用した場合と比較し、FETの動作速度を高めることができる。   As a result, in the FET of the present embodiment, as compared with the case where the same group III nitride semiconductor as the first group III nitride semiconductor layer 21 is used as the seventh group III nitride semiconductor 53a in the source region 31a, The operation speed of the FET can be increased.

なお、上記実施形態では、図11(a)に示す工程において、第1のIII族窒化物半導体層21と比較して、バンドギャップの大きなn型の第7のIII族窒化物半導体53a、53bをエピタキシャル成長させたが、n型の第7のIII族窒化物半導体53a、53bとして、第1のIII族窒化物半導体層21と比較して、バンドギャップの小さなIII族窒化物半導体を、例えばGeを含有したInGaNをターゲットとするPLD法によりエピタキシャル成長させてもよい。
この場合、チャネル領域31cの第1のIII族窒化物半導体21の伝導帯からドレイン領域31bの第7のIII族窒化物半導体53bの伝導帯へ注入された電子は、第1のIII族窒化物半導体21の伝導帯と第7のIII族窒化物半導体53bの伝導帯との間のエネルギー差に相当する運動エネルギーが与えられ、速度が増大する。
その結果、ドレイン領域31bの第7のIII族窒化物半導体53bとして第1のIII族窒化物半導体層21と同じIII族窒化物半導体を使用した場合と比較し、FETの動作速度を高めることができる。
従って、この場合、少なくともドレイン領域31bに、第1のIII族窒化物半導体21と比較して、バンドギャップが小さい第7のIII族窒化物半導体53bが形成されていればよい。
In the above embodiment, in the step shown in FIG. 11A, the n-type seventh group III nitride semiconductors 53a and 53b having a large band gap as compared with the first group III nitride semiconductor layer 21 are used. In comparison with the first group III nitride semiconductor layer 21, a group III nitride semiconductor having a small band gap is formed as, for example, Ge as the n-type seventh group III nitride semiconductors 53a and 53b. Epitaxial growth may be performed by a PLD method using InGaN containing N as a target.
In this case, electrons injected from the conduction band of the first group III nitride semiconductor 21 in the channel region 31c into the conduction band of the seventh group III nitride semiconductor 53b in the drain region 31b are converted into the first group III nitride. Kinetic energy corresponding to the energy difference between the conduction band of the semiconductor 21 and the conduction band of the seventh group III nitride semiconductor 53b is given, and the speed increases.
As a result, it is possible to increase the operation speed of the FET as compared with the case where the same group III nitride semiconductor as the first group III nitride semiconductor layer 21 is used as the seventh group III nitride semiconductor 53b in the drain region 31b. it can.
Therefore, in this case, it is sufficient that the seventh group III nitride semiconductor 53b having a smaller band gap as compared with the first group III nitride semiconductor 21 is formed at least in the drain region 31b.

なお、上記実施形態はショットキーゲート型FETについて説明したが、絶縁ゲート型FETのソース、ドレイン領域のIII族窒化物半導体についても適用でき、特に実施形態1で示す絶縁ゲート型FETにも好適に適用できる。   In addition, although the said embodiment demonstrated Schottky gate type FET, it can apply also to the group III nitride semiconductor of the source | sauce and drain region of insulated gate type FET, and is suitable also for insulated gate type FET shown in Embodiment 1 especially. Applicable.

(実施形態5)
本実施形態においては、ドレイン領域に、バンドギャップの小さいIII族窒化物半導体を形成することで、FETの高速動作を高めることができる。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, the high-speed operation of the FET can be enhanced by forming a group III nitride semiconductor having a small band gap in the drain region.

図5(b)の工程と同様の方法により、図12(a)に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とを組合わせ、FETのソース領域31aとなる領域を露出するよう、シリコン酸化膜30をパターニングしてマスク30bを形成する。その後マスク30bをマスクに、ソース領域31aとなる領域の基板20をドライエッチングし、第1のIII族窒化物半導体層21を露出する。   As shown in FIG. 12A, the silicon oxide film 30 is exposed by combining the lithography technique and the etching technique to expose a region to be the FET source region 31a by the same method as in the step of FIG. Is patterned to form a mask 30b. Thereafter, using the mask 30b as a mask, the substrate 20 in the region to be the source region 31a is dry-etched to expose the first group III nitride semiconductor layer 21.

次に図12(b)に示すように、窒素ラジカルを照射しながら、例えば200[℃]に加熱し、基板20の表面近傍の結晶欠陥を回復させる。その後、第1のIII族窒化物半導体層21と比較して、バンドギャップの大きなn型の第7のIII族窒化物半導体53aをソース領域31aにエピタキシャル成長させ、マスク30b上に多結晶なIII族窒化物半導体54を形成する。
第7のIII族窒化物半導体53a及び多結晶なIII族窒化物半導体57は、例えばAlGaNをターゲットとするPLD法により形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, while irradiating with nitrogen radicals, the substrate is heated to, for example, 200 [° C.] to recover crystal defects near the surface of the substrate 20. Thereafter, an n-type seventh group III nitride semiconductor 53a having a larger band gap than that of the first group III nitride semiconductor layer 21 is epitaxially grown on the source region 31a, and a polycrystalline group III is formed on the mask 30b. A nitride semiconductor 54 is formed.
The seventh group III nitride semiconductor 53a and the polycrystalline group III nitride semiconductor 57 are formed by, for example, a PLD method using AlGaN as a target.

次に図12(c)に示すように、マスク30bをウェットエッチングし、多結晶なIII族窒化物半導体57をリフトオフ法により除去する。   Next, as shown in FIG. 12C, the mask 30b is wet-etched, and the polycrystalline group III nitride semiconductor 57 is removed by a lift-off method.

次に図12(d)に示すように、図12(a)と同様の方法により、FETのドレイン領域31bとなる領域を露出するマスク58を形成する。   Next, as shown in FIG. 12D, a mask 58 that exposes a region to be the drain region 31b of the FET is formed by the same method as in FIG.

次に図12(e)に示すように、マスク58をマスクに基板20をエッチングし、ドレイン領域31bとなる領域の第1のIII族窒化物半導体層21を露出させる。
その後、窒素ラジカルを照射しながら、例えば200[℃]に加熱し、基板20表面の結晶欠陥を回復させる。その後、第1のIII族窒化物半導体層21と比較して、バンドギャップの小さなn型の第8のIII族窒化物半導体59をドレイン領域31bにエピタキシャル成長させ、マスク58上に多結晶なIII族窒化物半導体60を形成する。
第8のIII族窒化物半導体59及び多結晶なIII族窒化物半導体60は、例えばGeを含有したInGaNをターゲットとするPLD法により形成する。
Next, as shown in FIG. 12E, the substrate 20 is etched using the mask 58 as a mask to expose the first group III nitride semiconductor layer 21 in the region to be the drain region 31b.
Thereafter, while irradiating with nitrogen radicals, for example, heating is performed to 200 [° C.] to recover crystal defects on the surface of the substrate 20. After that, an n-type eighth group III nitride semiconductor 59 having a smaller band gap than that of the first group III nitride semiconductor layer 21 is epitaxially grown on the drain region 31b, and a polycrystalline group III group is formed on the mask 58. A nitride semiconductor 60 is formed.
The eighth group III nitride semiconductor 59 and the polycrystalline group III nitride semiconductor 60 are formed, for example, by a PLD method using InGaN containing Ge as a target.

次に図13(a)に示すように、マスク58をウェットエッチングし、多結晶なIII族窒化物半導体60をリフトオフ法により除去する。   Next, as shown in FIG. 13A, the mask 58 is wet-etched, and the polycrystalline group III nitride semiconductor 60 is removed by a lift-off method.

次に図13(b)に示すように、図11(c)及び(d)の工程と同様に、リフトオフ法により、Ti/Al膜からなるソース電極55a及びドレイン電極55bを形成し、その後リフトオフ法により、チャネル領域31c上にNi/Au膜からなるゲート電極56を形成する。
なお、チャネル領域31cは、ソース、ドレイン領域31a、31bと接する。
Next, as shown in FIG. 13B, similarly to the steps of FIGS. 11C and 11D, a source electrode 55a and a drain electrode 55b made of a Ti / Al film are formed by a lift-off method, and then lift-off is performed. A gate electrode 56 made of a Ni / Au film is formed on the channel region 31c by the method.
The channel region 31c is in contact with the source / drain regions 31a and 31b.

本実施形態では、ドレイン領域に形成された第8のIII族窒化物半導体59は、第1のIII族窒化物半導体21と比較して、バンドギャップが小さく、電子親和力(真空準位から伝導帯の底までのエネルギー)が大きい。そのため、チャネル領域の第1のIII族窒化物半導体21の伝導帯とドレイン領域の第8のIII族窒化物半導体59伝導帯との間に、エネルギー差が生じる。
チャネル領域の第1のIII族窒化物半導体21の伝導帯から、ドレイン領域の第8のIII族窒化物半導体59の伝導帯に注入された電子は、上記エネルギー差に相当する運動エネルギーが与えられ、速度が増大する。
その結果、本実施形態のFETにおいては、実施形態4に対して、さらにFETの動作速度を高めることができる。
In the present embodiment, the eighth group III nitride semiconductor 59 formed in the drain region has a smaller band gap and a higher electron affinity (from the vacuum level to the conduction band) than the first group III nitride semiconductor 21. The energy up to the bottom is large. Therefore, an energy difference is generated between the conduction band of the first group III nitride semiconductor 21 in the channel region and the eighth group III nitride semiconductor 59 conduction band in the drain region.
Electrons injected from the conduction band of the first group III nitride semiconductor 21 in the channel region into the conduction band of the eighth group III nitride semiconductor 59 in the drain region are given kinetic energy corresponding to the energy difference. , Increase speed.
As a result, in the FET of this embodiment, the operation speed of the FET can be further increased as compared to the fourth embodiment.

なお、本実施形態においては、ソース領域31aに第7のIII族窒化物半導体53aを形成した後に、ドレイン領域31bに第8のIII族窒化物半導体59を形成する例を示したが、ドレイン領域31bに第8のIII族窒化物半導体59を形成した後に、ソース領域31aに第7のIII族窒化物半導体53aを形成してもよい。   In the present embodiment, the eighth group III nitride semiconductor 59 is formed in the drain region 31b after the seventh group III nitride semiconductor 53a is formed in the source region 31a. After the eighth group III nitride semiconductor 59 is formed on 31b, the seventh group III nitride semiconductor 53a may be formed on the source region 31a.

なお、上記はショットキーゲート型FETについて説明したが、絶縁ゲート型FETについても適用でき、特に実施形態1で示す絶縁ゲート型FETにも好適に適用できる。   Although the above description is about the Schottky gate type FET, it can also be applied to an insulated gate type FET, and can be preferably applied to the insulated gate type FET shown in the first embodiment.

1 チャンバ
2 基板支持装置
3 ターゲット支持装置
4 基板
5a、5b ターゲット容器
6a、6b ターゲット
7 光透過窓
8 レーザ照射装置
20 基板20
21 第1のIII族窒化物半導体層
22 第2のIII族窒化物半導体層
23 窒素ラジカル
24 シリコン窒化膜
25 p型NiO膜
25a NiO膜パターン
26 マスク
27a ソース領域
27b ドレイン領域
28 第1の金属膜
29 第2の金属膜
30 シリコン酸化膜
30a,30b マスク
31a ソース領域
31b ドレイン領域
31c チャネル領域
32 窒素ラジカル
33a、33b 第3のIII族窒化物半導体
33c 多結晶のIII族窒化物半導体
34a、34b、34c C12A7膜
35a、35b Ti/Al膜
36 Ni/Au膜
40 基板
41 第4のIII族窒化物半導体層
42 マスク
43 開口部
44 第5のIII族窒化物半導体
45 多結晶なIII族窒化物半導体
46 マスク
47 第6のIII族窒化物半導体
48 多結晶なIII族窒化物半導体
49 コンタクト用導電性膜
50 コンタクト用導電性膜
51 ソース、ドレイン電極
52 ゲート電極52
53a、53b 第7のIII族窒化物半導体
54 多結晶なIII族窒化物半導体
55a ソース電極
55b ドレイン電極
56 ゲート電極
57 多結晶なIII族窒化物半導体
58 マスク
59 第8のIII族窒化物半導体
60 多結晶なIII族窒化物半導体
1 Chamber 2 Substrate Support Device 3 Target Support Device
4 Substrate 5a, 5b Target container 6a, 6b Target 7 Light transmission window 8 Laser irradiation device 20 Substrate 20
21 First group III nitride semiconductor layer 22 Second group III nitride semiconductor layer 23 Nitrogen radical 24 Silicon nitride film 25 P-type NiO film 25a NiO film pattern 26 Mask 27a Source region 27b Drain region 28 First metal film 29 Second metal film 30 Silicon oxide film 30a, 30b Mask 31a Source region 31b Drain region 31c Channel region 32 Nitrogen radical 33a, 33b Third group III nitride semiconductor 33c Polycrystalline group III nitride semiconductors 34a, 34b, 34c C12A7 film 35a, 35b Ti / Al film 36 Ni / Au film 40 Substrate 41 Fourth group III nitride semiconductor layer 42 Mask 43 Opening portion 44 Group III nitride semiconductor 45 Polycrystalline group III nitride semiconductor 46 Mask 47 Sixth Group III Nitride Semiconductor 48 Polycrystalline II Nitride semiconductor 49 conductive film 50 conductive film 51 source contact contact, a drain electrode 52 gate electrode 52
53a, 53b Seventh group III nitride semiconductor 54 Polycrystalline group III nitride semiconductor 55a Source electrode 55b Drain electrode 56 Gate electrode 57 Polycrystalline group III nitride semiconductor 58 Mask 59 Eighth group III nitride semiconductor 60 Polycrystalline group III nitride semiconductor

Claims (20)

III族窒化物半導体を表面に有する基板に対して、前記基板の表面に窒素ラジカルを照射しながら加熱する窒素ラジカル処理を行う工程を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: performing a nitrogen radical treatment on a substrate having a group III nitride semiconductor on the surface thereof, wherein the substrate surface is heated while being irradiated with nitrogen radicals.
前記半導体装置はトランジスタであって、
前記窒素ラジカル処理を行う第1の工程と、
前記第1の工程の後に、継続して前記基板の表面に窒素ラジカルを照射しながら、シリコンをターゲットとするPLD法により前記基板表面にシリコン窒化膜を形成し、ゲート絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記シリコン窒化膜上にゲート電極を形成する第3の工程と、
ソース領域及びドレイン領域となる領域上の前記シリコン窒化膜を除去し、ソース電極及びドレイン電極を形成する第4の工程と
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device is a transistor,
A first step of performing the nitrogen radical treatment;
After the first step, a silicon nitride film is formed on the substrate surface by a PLD method using silicon as a target while continuously irradiating the surface of the substrate with nitrogen radicals, thereby forming a gate insulating film. And the process of
A third step of forming a gate electrode on the silicon nitride film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: a fourth step of removing the silicon nitride film on the regions to be the source region and the drain region, and forming the source electrode and the drain electrode.
前記第3の工程で形成する前記ゲート電極が金属からなる
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the gate electrode formed in the third step is made of metal.
前記第3の工程は、前記シリコン窒化膜上に、Ag若しくはAgの酸窒化物とNi若しくはNiの酸窒化物とを混合したターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法によりAgを含有するNiO膜を形成するか、又はNi若しくはNiの酸窒化物をターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法及びAg若しくはAgの酸窒化物をターゲットとする酸素雰囲気下でのPLD法によりNiO膜とAg酸化膜との積層膜を形成する工程と、
前記Agを含有するNiO膜又は前記NiO膜とAg酸化膜との積層膜を酸素雰囲気で200[℃]以上の温度で熱処理し、p型NiO膜を形成する工程と、
前記p型NiO膜をパターニングし、ゲート電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
In the third step, the NiO film containing Ag is formed by the PLD method in an oxygen atmosphere using Ag or Ag oxynitride and Ni or Ni oxynitride as a target mixed on the silicon nitride film. A NiO film and an Ag oxide film by a PLD method in an oxygen atmosphere targeting Ni or Ni oxynitride and a PLD method in an oxygen atmosphere targeting Ag or Ag oxynitride Forming a laminated film with
A step of forming a p-type NiO film by heat-treating the NiO film containing Ag or a stacked film of the NiO film and an Ag oxide film in an oxygen atmosphere at a temperature of 200 [° C.] or higher;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising: patterning the p-type NiO film to form a gate electrode.
前記p型NiO膜をパターニングし、ゲート電極を形成する工程において、
前記基板を、濃硫酸と過酸化水素水とを含んだ混合液に、60[℃]以上の温度で浸漬することにより、前記p型NiO膜をエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
In the step of patterning the p-type NiO film and forming a gate electrode,
The step of etching the p-type NiO film by immersing the substrate in a mixed solution containing concentrated sulfuric acid and aqueous hydrogen peroxide at a temperature of 60 [° C.] or higher is provided. 5. A method for manufacturing a semiconductor device according to 4.
前記半導体装置はトランジスタであって、
III族窒化物半導体を表面に有する基板に、ソース領域及びドレイン領域となる領域を開口したエッチングマスクを形成する第1の工程と、
前記エッチングマスクをマスクにして、前記基板の前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる領域をエッチングする第2の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第3の工程と、
第3の工程後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、IV族元素を含有するIII族元素をターゲットとするPLD法によりn型III族窒化物半導体を、前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる領域にエピタキシャル成長させる第4の工程と、
エピタキシャル成長させた前記n型III族窒化物半導体上に、導電性膜を形成する第5の工程と
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device is a transistor,
A first step of forming an etching mask having openings in regions serving as a source region and a drain region on a substrate having a group III nitride semiconductor on the surface;
A second step of etching the regions to be the source region and the drain region of the substrate using the etching mask as a mask;
A third step of performing the nitrogen radical treatment;
After the third step, an n-type group III nitride semiconductor is converted into the source region and the drain region by a PLD method targeting a group III element containing a group IV element while continuously irradiating nitrogen radicals. A fourth step of epitaxially growing the region;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a fifth step of forming a conductive film on the epitaxially grown n-type group III nitride semiconductor.
前記第5の工程が、前記基板上にPLD法により12CaO・7Alを形成する工程と、
前記基板上にTiを含む膜を形成する工程と、
前記基板を200[℃]以上の温度で、真空中で熱処理する工程と
を含むことを特徴とする請求項6記載のトランジスタの製造方法。
The fifth step is a step of forming 12CaO.7Al 2 O 3 on the substrate by a PLD method;
Forming a film containing Ti on the substrate;
The method for manufacturing a transistor according to claim 6, further comprising a step of heat-treating the substrate in a vacuum at a temperature of 200 ° C. or higher.
前記半導体装置はトランジスタであって、
III族窒化物半導体を表面に有する基板に、ソース領域及びドレイン領域となる領域を開口したエッチングマスクを形成する第1の工程と
前記エッチングマスクをマスクにして、前記基板の前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる領域をエッチングする第2の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第3の工程と、
第3の工程後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、Mgを含有するIII族元素をターゲットとするPLD法により、前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる領域に、p型III族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる第4の工程と、
エピタキシャル成長させた前記p型III族窒化物半導体上に、ソース電極及びドレイ
ン電極を形成する第5の工程と
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device is a transistor,
A first step of forming an etching mask having a region serving as a source region and a drain region on a substrate having a group III nitride semiconductor on the surface; and the source region and the drain of the substrate using the etching mask as a mask A second step of etching a region to be a region;
A third step of performing the nitrogen radical treatment;
After the third step, a p-type group III nitride semiconductor is formed in the source region and the drain region by a PLD method using a group III element containing Mg as a target while continuously irradiating nitrogen radicals. A fourth step of epitaxially growing
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a fifth step of forming a source electrode and a drain electrode on the epitaxially grown p-type group III nitride semiconductor.
前記第5の工程は、前記基板に、Agを含有するNiOをターゲットとするPLD法によりAgを含有するNiO膜を形成するか、又はNiOをターゲットとするPLD法及びAgをターゲットとするPLD法によりNiOとAgとの積層膜を形成する工程と、
酸素雰囲気で200[℃]以上の温度で、前記基板を熱処理し、前記Agを含有するNiO膜又は前記NiOとAgとの積層膜をp型NiO膜とする工程と、
前記p型NiO膜をパターニングし、エピタキシャル成長させた前記p型III族窒化物半導体上に残置する工程と、
を含むことを特徴とする請求項8記載のトランジスタの製造方法。
In the fifth step, a NiO film containing Ag is formed on the substrate by a PLD method using NiO containing Ag as a target, or a PLD method using NiO as a target and a PLD method using Ag as a target. Forming a laminated film of NiO and Ag by:
A step of heat-treating the substrate at a temperature of 200 ° C. or higher in an oxygen atmosphere so that the NiO film containing Ag or the stacked film of NiO and Ag is a p-type NiO film;
Patterning the p-type NiO film and leaving it on the epitaxially grown p-type group III nitride semiconductor;
The method of manufacturing a transistor according to claim 8, comprising:
前記第4の工程の後に、前記基板を50[℃]以上のTMAH溶液に浸漬させることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。   10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the substrate is immersed in a TMAH solution of 50 ° C. or higher after the fourth step. 11. 前記半導体装置はトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体とを有する基板の、少なくともソース領域となる領域をエッチングし、前記第1のIII族窒化物半導体を露出する第1の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第2の工程と、
前記第2の工程の後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、露出した前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の小さなn型の第3のIII族窒化物半導体を、PLD法により形成する第3の工程と、
前記第3のIII族窒化物半導体上にコンタクト電極を形成する第4の工程と
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device is a transistor,
Etching at least a region serving as a source region of a substrate having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor; A first step of exposing one group III nitride semiconductor;
A second step of performing the nitrogen radical treatment;
After the second step, the n-type having a smaller electron affinity than the first group III nitride semiconductor is formed on the exposed first group III nitride semiconductor while continuously irradiating nitrogen radicals. A third step of forming a third group III nitride semiconductor by a PLD method;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a fourth step of forming a contact electrode on the third group III nitride semiconductor.
前記半導体装置はトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体とを有する基板の、少なくともドレイン領域となる領域をエッチングし、前記第1のIII族窒化物半導体を露出する第1の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第2の工程と、
前記第2の工程の後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、露出した前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の大きなn型の第4のIII族窒化物半導体を、PLD法により形成する第3の工程と、
前記第3のIII族窒化物半導体上にコンタクト電極を形成する第4の工程と
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device is a transistor,
Etching at least a region to be a drain region of a substrate having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor; A first step of exposing one group III nitride semiconductor;
A second step of performing the nitrogen radical treatment;
After the second step, the n-type having higher electron affinity than the first group III nitride semiconductor is formed on the exposed first group III nitride semiconductor while continuously irradiating nitrogen radicals. A third step of forming a fourth group III nitride semiconductor by a PLD method;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a fourth step of forming a contact electrode on the third group III nitride semiconductor.
前記半導体装置はトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体とを有する基板の、ソース領域となる領域をエッチングし、前記第1のIII族窒化物半導体を露出する第1の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第2の工程と、
前記第2の工程の後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、露出した前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の小さなn型の第3のIII族窒化物半導体を、PLD法により形成する第3の工程と、
前記基板の、ドレイン領域となる領域をエッチングし、前記第1のIII族窒化物半導体を露出する第4の工程と、
前記窒素ラジカル処理を行う第5の工程と、
前記第5の工程の後に、継続して窒素ラジカルを照射しながら、露出した前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の大きなn型の第4のIII族窒化物半導体を、PLD法により形成する第6の工程と、
前記第3のIII族窒化物半導体及び前記第4のIII族窒化物半導体上にコンタクト電極を形成する第7の工程と
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device is a transistor,
Etching a region to be a source region of a substrate having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor; A first step of exposing the group III nitride semiconductor of
A second step of performing the nitrogen radical treatment;
After the second step, the n-type having a smaller electron affinity than the first group III nitride semiconductor is formed on the exposed first group III nitride semiconductor while continuously irradiating nitrogen radicals. A third step of forming a third group III nitride semiconductor by a PLD method;
Etching a region to be a drain region of the substrate to expose the first group III nitride semiconductor;
A fifth step of performing the nitrogen radical treatment;
After the fifth step, the n-type having higher electron affinity than the first group III nitride semiconductor is formed on the exposed first group III nitride semiconductor while continuously irradiating nitrogen radicals. A sixth step of forming a fourth group III nitride semiconductor by a PLD method;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: a seventh step of forming a contact electrode on the third group III nitride semiconductor and the fourth group III nitride semiconductor.
前記コンタクト電極を形成する工程は、PLD法により金属又はC12A7膜を形成する工程と、PLD法によりTiを形成する工程と、真空中で前記基板を加熱する工程とを、
この順に含むことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the contact electrode includes a step of forming a metal or a C12A7 film by a PLD method, a step of forming Ti by a PLD method, and a step of heating the substrate in a vacuum.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, comprising the semiconductor devices in this order.
前記PLD法は、ピコ秒オーダーのパルス幅のパルスレーザーを使用したPLD法であることを特徴とする請求項2乃至14のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。   15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the PLD method is a PLD method using a pulse laser having a pulse width on the order of picoseconds. III族窒化物半導体を用いたトランジスタであって、
前記III族窒化物半導体上に、シリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜を備え、
前記ゲート絶縁膜上にAgを含有するNiOゲート電極を備えた
ことを特徴とするトランジスタ。
A transistor using a group III nitride semiconductor,
A gate insulating film made of a silicon nitride film is provided on the group III nitride semiconductor,
A transistor comprising a NiO gate electrode containing Ag on the gate insulating film.
III族窒化物半導体を用いたnチャネルトランジスタであって
ソース領域及びドレイン領域にエピタキシャル成長させたn型のIII族窒化物半導体を備え、
エピタキシャル成長させた前記n型のIII族窒化物半導体上に電極を備え、
前記電極は、エピタキシャル成長させた前記n型のIII族窒化物半導体に接するC12A7膜を備えた
ことを特徴とするトランジスタ。
An n-channel transistor using a group III nitride semiconductor, comprising an n-type group III nitride semiconductor epitaxially grown in a source region and a drain region,
An electrode is provided on the epitaxially grown n-type group III nitride semiconductor,
2. The transistor according to claim 1, wherein the electrode includes a C12A7 film in contact with the n-type group III nitride semiconductor epitaxially grown.
III族窒化物半導体を用いたpチャネルトランジスタであって
ソース領域及びドレイン領域にエピタキシャル成長させたp型のIII族窒化物半導体を備え、
エピタキシャル成長させた前記p型のIII族窒化物半導体上に電極を備え、
前記電極は、エピタキシャル成長させた前記p型のIII族窒化物半導体に接するAgを含有するNiO膜を備えた
ことを特徴とするトランジスタ。
A p-channel transistor using a group III nitride semiconductor, comprising a p-type group III nitride semiconductor epitaxially grown in a source region and a drain region,
An electrode is provided on the epitaxially grown p-type group III nitride semiconductor,
2. The transistor according to claim 1, wherein the electrode includes a NiO film containing Ag in contact with the epitaxially grown p-type group III nitride semiconductor.
III族窒化物半導体を用いたnチャネルトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体を有するチャネル領域を備え、
前記チャネル領域に接するソース領域は、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の小さな、n型不純物を含有する第3のIII族窒化物半導体を有し、
前記第3のIII族窒化物半導体は、前記第1のIII族窒化物半導体及び前記第2のIII族窒化物半導体と接する
ことを特徴とするトランジスタ。
An n-channel transistor using a group III nitride semiconductor,
A channel region having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor;
The source region in contact with the channel region has a third group III nitride semiconductor containing an n-type impurity having an electron affinity smaller than that of the first group III nitride semiconductor.
The third group III nitride semiconductor is in contact with the first group III nitride semiconductor and the second group III nitride semiconductor.
III族窒化物半導体を用いたnチャネルトランジスタであって、
第1のIII族窒化物半導体と、前記第1のIII族窒化物半導体上にヘテロ接合した第2のIII族窒化物半導体を有するチャネル領域を備え、
前記チャネル領域に接するドレイン領域は、前記第1のIII族窒化物半導体よりも電子親和力の大きな、n型不純物を含有する第4のIII族窒化物半導体を有し、
前記第4のIII族窒化物半導体は、前記第1のIII族窒化物半導体及び前記第2のIII族窒化物半導体と接する
ことを特徴とするトランジスタ。
An n-channel transistor using a group III nitride semiconductor,
A channel region having a first group III nitride semiconductor and a second group III nitride semiconductor heterojunctioned on the first group III nitride semiconductor;
The drain region in contact with the channel region has a fourth group III nitride semiconductor containing an n-type impurity having an electron affinity larger than that of the first group III nitride semiconductor.
The fourth group III nitride semiconductor is in contact with the first group III nitride semiconductor and the second group III nitride semiconductor.
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