JP2020155530A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電極を酸化ガリウム基板にオーミック接触させる。【解決手段】 半導体装置の製造方法であって、酸化ガリウム基板の表面を酸性またはアルカリ性の薬液に曝して、前記表面の表面粗さを上昇させる工程と、表面粗さを上昇させた前記表面に電極を形成する工程、を有する。この製造方法を用いることによって、表面粗さを上昇させた前記表面に電極が接触する。したがって、電極を酸化ガリウム基板にオーミック接触させることが可能である。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１に開示の半導体装置の製造方法では、酸化ガリウム基板の表面に、Ｔｉからなる電極を形成する。特許文献１には、この構成によれば、電極を酸化ガリウム基板にオーミック接触させることができると説明されている。
特開２００９−０８１４６８号公報
特許文献１のように酸化ガリウム基板の表面に電極を形成しても、電極がオーミック性を示さない場合がある。本明細書では、電極を酸化ガリウム基板にオーミック接触させることが可能な新たな技術を提案する。
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、酸化ガリウム基板の表面を酸性またはアルカリ性の薬液に曝して前記表面の表面粗さを上昇させる工程と、表面粗さを上昇させた前記表面に電極を形成する工程、を有する。
このように表面粗さを上昇させた酸化ガリウム基板の表面に電極を形成することで、電極を酸化ガリウム基板にオーミック接触させることができる。
実施形態の製造方法を示すフローチャート。 特性測定用の電極パターンを示す平面図。 特性測定結果を示すグラフ。
以下に、実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。なお、本実施形態の製造方法は、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）基板の表面に電極を形成する処理に特徴を有しているので、以下では電極を形成する処理について説明する。図１は、電極を形成する処理を示すフローチャートである。
ステップＳ２では、洗浄液によって酸化ガリウム基板の表面を洗浄する洗浄工程を実施する。ここでは、洗浄液として、塩酸過水（すなわち、塩酸（ＨＣｌ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を含む水溶液）を用いる。例えば、塩酸を３５〜３７ｗｔ％、過酸化水素を３０〜３５．５ｗｔ％の割合で含む塩酸過水（塩酸と過酸化水素の体積比５：２の塩酸過水）を用いることができる。一例では、洗浄工程では、８５℃の塩酸過水に酸化ガリウム基板を１０分間ディップすることができる。酸化ガリウム基板の表面が塩酸過水に曝されると、その表面が塩酸過水によってエッチングされる。その結果、酸化ガリウム基板の表面粗さＲａが上昇する。一例では、洗浄前の酸化ガリウム基板の表面粗さＲａが１．２ｎｍであったのに対し、洗浄後の酸化ガリウム基板の表面粗さＲａが２．８ｍであった。このように酸化ガリウム基板の表面粗さＲａが上昇する理由は、酸化ガリウム基板の表面が洗浄液によってエッチングされるときに結晶方位によってエッチングレートが異なるため、酸化ガリウム基板の表面が粗くなるためであると考えられる。塩酸過水による洗浄を行った後に、酸化ガリウム基板を超純水によりリンス洗浄し、その後、窒素ガスをブローして酸化ガリウム基板を乾燥させる。
ステップＳ４では、スパッタリングによって、酸化ガリウム基板の表面に電極を形成する電極形成工程を実施する。ここでは、ステップＳ２において表面粗さＲａが上昇した酸化ガリウム基板の表面に、チタンによって構成された電極を形成する。スパッタリングの方法として、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いることができる。この場合、スパッタリングの条件として、以下の条件を採用することができる。ターゲットには純チタンを用いることができる。スパッタリングガスとしてアルゴンを用いることができる。酸化ガリウム基板に対する加熱（ステージ加熱）は行わなくてもよい。放電時のガス圧力を０．１〜１．０Ｐａ（例えば、０．２Ｐａ）とすることができる。ターゲットへの投入電力密度を０．１〜５０Ｗ／ｃｍ２（例えば、７．９Ｗ／ｃｍ２）とすることができる。ターゲット表面における最大水平磁場を２００〜１０００Ｇとすることができる。ターゲットと酸化ガリウム基板の間の間隔を、３０〜２００ｍｍとすることができる。このような条件において、酸化ガリウム基板の表面に電極を形成する。例えば、厚さが約２００ｎｍの電極を形成することができる。
次に、電極の特性の評価結果について説明する。図２は、電極の特性を評価するための評価パターンを示している。図２において斜線でハッチングされた領域は、電極２０を示している。電極２０は、円形のクリアランス領域２２によってパターニングされている。電極２０は、クリアランス領域２２によって、第１部分２０ａと第２部分２０ｂに分離されている。クリアランス領域２２には、電極２０が形成されておらず、酸化ガリウム基板が露出している。
なお、クリアランス領域２２は、以下のようにして形成される。まず、クリアランス領域２２が形成される前の電極２０の表面に、スピンコートによってレジストを塗布する。次に、紫外線露光によってクリアランス領域２２の形状のパターンをレジストに転写する。次に、ＴＭＡＨ水溶液（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）によってレジストをエッチングし、クリアランス領域２２に相当する部分のレジストを除去する。次に、アンモニア水を２８〜３８ｗｔ％、過酸化水素を約３１ｗｔ％の割合で含む混合液によって電極２０をエッチングし、クリアランス領域２２に相当する部分の電極２０を除去する。これによって、図２に示すように電極２０がパターニングされる。
４端子法によって、第１部分２０ａと第２部分２０ｂの間における電流−電圧特性を測定した結果について説明する。電源３０によって第１部分２０ａから酸化ガリウム基板を介して第２部分２０ｂへ任意の電流を流し、電流計３２によって流れる電流を測定するとともに、電圧計３４によって第１部分２０ａと第２部分２０ｂの間の電圧を測定した。図３はその測定結果を示している。図３では、図１のように洗浄工程（ステップＳ２）を行った後に電極形成工程（ステップＳ４）を行って電極２０を形成した場合（洗浄あり：グラフＡ）と、洗浄工程（ステップＳ２）を行わずに電極形成工程（ステップＳ４）を行って電極２０を形成した場合（洗浄無し：グラフＢ）のそれぞれについて、電流−電圧特性を測定した。なお、図３の測定結果は、クリアランス領域２２の内径ｒ１（図２参照）を２４０μｍとし、クリアランス領域２２の外径ｒ２（図２参照）を２６０μｍとした場合の測定結果を示している。
図３に示すように、グラフＡ（洗浄あり）では、電圧と電流が線形の関係となり、電極２０が酸化ガリウム基板にオーミック接触している。グラフＡでは、電気抵抗は約０．１９Ωであった。他方、グラフＢ（洗浄なし）はカーブしており、グラフＢでは電圧と電流が線形の関係とならない。また、グラフＢでは、グラフＡに比べて、電極２０と酸化ガリウム基板の間に電流が流れ難い。グラフＢ（洗浄無し）では、電極２０が酸化ガリウム基板に対してショットキー接触している。このように、洗浄工程（ステップＳ２）を行った後に電極形成工程（ステップＳ４）を行うと、電極２０が酸化ガリウム基板にオーミック接触し、電極２０と酸化ガリウム基板の間の接触抵抗を大幅に低減することができる。洗浄工程によって酸化ガリウム基板の表面粗さを上昇させると電極２０と酸化ガリウム基板との間の接触面積が増加するので、電極２０と酸化ガリウム基板の間の接触抵抗が低下してこれらがオーミック接触し易くなると考えられる。
以上に説明したように、実施形態の製造方法によれば、酸化ガリウム基板にオーミック接触する電極を容易に形成することができる。なお、本明細書が開示する製造方法において、電極形成後に酸化ガリウム基板を加熱するか否かは任意である。上述した実施形態のように、電極形成後に酸化ガリウム基板を加熱しなくても、電極を酸化ガリウム基板にオーミック接触させることが可能である。このため、製造工程における温度制約が少なくなり、より自由に製造工程を構築することができる。例えば、電極形成前に、酸化ガリウム基板の表面に熱に弱い材料（例えば、ポリイミド等）の膜を形成することが可能となる。他方、電極形成後に酸化ガリウム基板を加熱する場合には、電極と酸化ガリウム基板の間の接触抵抗をより低減できる場合がある。
なお、上述した実施形態では、塩酸過水で酸化ガリウム基板の表面をエッチングすることでその表面を荒らしたが、その他の酸性の水溶液によっても酸化ガリウム基板はエッチングされ得る。したがって、洗浄工程（ステップＳ２）の洗浄液として、任意の酸性の水溶液（例えば、リン酸、硝酸、塩酸、硫酸、酢酸、過酸化水素、または、これらの少なくとも１つを含む水溶液）を用いてもよい。また、酸化ガリウム基板は、アルカリ性の水溶液によってもエッチングされ得る。したがって、洗浄工程の洗浄液として、任意のアルカリ性の水溶液（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、または、これらの少なくとも１つを含む水溶液）を用いてもよい。
また、上述した実施形態では、電極形成工程（ステップＳ４）で形成する電極の材料としてチタンを用いたが、チタン以外の材料を用いてもよい。
また、上述した実施形態では、電極形成工程（ステップＳ４）において、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって電極を形成した。しかしながら、電極形成工程において、その他のスパッタ法によって電極を形成してもよい。また、電極形成工程において、蒸着等のスパッタ法以外の方法によって電極を形成してもよい。
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
なお、本明細書が開示する一例の半導体装置の製造方法においては、前記薬液は、リン酸、硝酸、硫酸、酢酸、過酸化水素、水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、前記電極は、チタンを含んでいてもよい。
また、本明細書が開示する一例の半導体装置の製造方法においては、表面粗さを上昇させる工程において酸化ガリウム基板の表面粗さの上昇量が０．５ｎｍ以上であってもよい。また、表面粗さを上昇させる工程の実施後における酸化ガリウム基板の表面粗さが２．５ｎｍ以上であってもよい。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
２０ ：電極
２０ａ ：第１部分
２０ｂ ：第２部分
２２ ：クリアランス領域
３０ ：電源
３２ ：電流計
３４ ：電圧計

Claims (3)

  1. 半導体装置の製造方法であって、
    酸化ガリウム基板の表面を酸性またはアルカリ性の薬液に曝して、前記表面の表面粗さを上昇させる工程と、
    表面粗さを上昇させた前記表面に電極を形成する工程、
    を有する製造方法。
  2. 前記薬液が、リン酸、硝酸、塩酸、硫酸、酢酸、過酸化水素、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムの少なくとも１つを含む、請求項１の製造方法。
  3. 前記電極が、チタンを含む、請求項１または２の製造方法。
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