JP2021082711A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】下地である酸化ガリウムの結晶にダメージを与えることなく、酸化ガリウム結晶上にパターニングされた酸化ニッケル膜を形成する。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、酸化ガリウムの結晶を有する半導体基板を用意する工程と、酸化ガリウムの結晶の表面をＳＰＭ洗浄する工程と、洗浄された表面にニッケル膜を形成する工程と、ニッケル膜をウェットエッチングによってパターニングする工程と、パターニングされたニッケル膜を加熱して酸化させる工程とを備える。【選択図】図５
Description
本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１には、半導体装置とその製造方法が開示されている。この半導体装置では、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）の基板が採用されている。一般に、酸化ガリウムをｐ型化することは困難とされている。この点に関して、特許文献１の製造方法では、ｎ型である酸化ガリウムの結晶上に、ｐ型である酸化ニッケルを成膜することで、半導体装置に必要とされるｐｎ接合面を形成している。その後、酸化ガリウム上に形成された酸化ニッケル膜には、製品の仕様に応じて、ドライエッチングによるパターニングが実施される。
上記の技術のように、ドライエッチングにより酸化ニッケル膜をパターニングすると、酸化ニッケル膜の下地である酸化ガリウムの結晶に、イオン衝突に起因したダメージを与えるおそれがある。これに対して、例えばウェットエッチングによるパターニングであれば、酸化ガリウムの結晶に与えるダメージを抑制することができる。しかしながら、酸化ニッケルは化学的安定性が比較的に高いことから、ウェットエッチングによってパターニングすることが難しい。本明細書では、下地である酸化ガリウムの結晶にダメージを与えることなく、パターニングされた酸化ニッケル膜を形成する技術を提供する。
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、酸化ガリウムの結晶を有する半導体基板を用意する工程と、酸化ガリウムの結晶の表面をＳＰＭ（sulfuric-acid and hydrogen-peroxide mixture）洗浄する工程と、洗浄された表面にニッケル膜を形成する工程と、ニッケル膜をウェットエッチングによってパターニングする工程と、パターニングされたニッケル膜を加熱して酸化させる工程とを備える。
上記した半導体装置の製造方法では、先ず、酸化ガリウムの結晶上にニッケル膜を成膜し、そのニッケル膜をウェットエッチングによってパターニングする。酸化ニッケル膜とは異なり、ニッケル膜であればウェットエッチングによるパターニングが可能であり、ウェットエッチングを実施する限りでは、酸化ガリウムの結晶に与えるダメージも抑制することができる。そして、そのニッケル膜を加熱して酸化させることにより、パターニングされた酸化ニッケル膜を形成することができる。このような方法によると、ドライエッチングを実施することなく、パターニングされた酸化ニッケル膜を形成することができ、酸化ガリウムの結晶に無用なダメージを与えることを避けることができる。
図１−図６を参照して、一実施例の半導体装置の製造方法について説明する。この製造方法は、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）の結晶（半導体基板１２）上に、パターニングされた酸化ニッケル（ＮｉＯ）膜２０を形成することを特徴とする。従って、本実施例の製造方法は、特定の構造を有する半導体装置に限られず、酸化ガリウムを採用した様々な半導体装置及びその半製品に対して、広く採用することができる。前述したように、酸化ガリウムの結晶はｎ型であり、酸化ニッケルはｐ型であるので、それらを積層することでｐｎ接合面を形成することができる。以下では、酸化ガリウムの結晶上に、パターニングされた酸化ニッケル膜２０を形成する工程（第１−第８工程）を主に説明し、他の製造工程については説明を省略する。なお、半導体装置の他の製造工程については、半導体装置の構造等に応じて、必要なものが適宜実施されるとよい。
先ず、第１工程において、図１に示すように、酸化ガリウムの結晶を有する半導体基板１２を用意する。なお、半導体基板１２は、その全体が酸化ガリウムの結晶で構成されていてもよいし、その表層のみが酸化ガリウムの結晶で構成されていてもよい。次いで、第２工程において、半導体基板１２の表面１２ａ（即ち、酸化ガリウムの結晶の表面）をＳＰＭ（sulfuric-acid and hydrogen-peroxide mixture）洗浄する。具体的には、表面１２ａに対して、約１４０℃に過熱したＳＰＭをかけ流し洗浄した後、超純水を用いて流水洗浄する。これにより、半導体基板１２の表面１２ａに存在し得る有機物が除去され、表面１２ａが清浄化される。
第３工程において、図２に示すように、洗浄された表面１２ａ上にニッケル（Ｎｉ）膜１４を形成する。ニッケル膜１４の形成は、例えばスパッタリング法によって形成することができる。
第４工程において、図３に示すように、ニッケル膜１４上にレジスト膜１６を形成する。ここで、レジスト膜１６は、感光性を有する樹脂等の有機材料で構成されている。レジスト膜１６の形成は、例えばスピンコート法によって形成することができる。
第５工程において、レジスト膜１６に露光処理を実施する。具体的には、レジスト膜１６上の所定の範囲へ向かってフォトマスク１８を用いて選択的に光を照射する。
第６工程において、図４に示すように、レジスト膜１６に現像処理を実施する。具体的には、第５工程の露光処理により、レジスト膜１６において感光した不要部分が除去され、洗浄される。上記の第５、第６工程により、レジスト膜１６はパターニングされる。
第７工程において、図５に示すように、第５、第６工程で形成されたレジスト膜１６のパターンに従って、ニッケル膜１４をウェットエッチングによってパターニングする。なお、ウェットエッチングでは、混酸等が用いられる。なお、ニッケル膜１４のエッチング後、レジスト膜１６を薬液によって除去する。
第８工程において、図６に示すように、ニッケル膜１４を酸素雰囲気下で加熱し、酸化させる。酸素雰囲気下で加熱されることにより、ニッケル膜１４は周囲に存在する酸素と優先的に反応し、酸化ニッケル膜２０が形成される。なお、このときの加熱温度は、例えば約２００−１１００℃である。
以上の工程により、半導体基板１２上に、パターニングされた酸化ニッケル膜２０が成膜される。半導体基板１２の酸化ガリウムはｎ型であり、酸化ニッケルはｐ型である。従って、ｎ型の酸化ガリウムの結晶上に、ｐ型の酸化ニッケルが積層されたｐｎ接合面を得ることができる。このように、本実施例の製造方法によれば、ｐ型化が困難な酸化ガリウムの結晶に対して、所望の形状を有するｐｎ接合面を設けることができる。
一方で、酸化ガリウムの結晶上に酸化ニッケル膜２０を成膜する他のアプローチとして、特許文献１のように酸化ニッケル膜２０を成膜した後、ドライエッチングによってパターニングする手法も挙げられる。
この従来技術のように、ドライエッチングにより酸化ニッケル膜２０をパターニングすると、酸化ニッケル膜２０の下地である酸化ガリウムの結晶（半導体基板１２）に、イオン衝突に起因したダメージを与えるおそれがある。これに対して、例えばウェットエッチングによるパターニングであれば、酸化ガリウムの結晶に与えるダメージを抑制することができる。しかしながら、酸化ニッケルは化学的安定性が比較的に高いことから、ウェットエッチングによってパターニングすることが難しい。
本実施例の製造方法では、先ず、酸化ガリウムの結晶上にニッケル膜１４を成膜し、そのニッケル膜１４をウェットエッチングによってパターニングする。酸化ニッケル膜２０とは異なり、ニッケル膜１４であればウェットエッチングによるパターニングが可能であり、ウェットエッチングを実施する限りでは、酸化ガリウムの結晶に与えるダメージも抑制することができる。そして、そのニッケル膜１４を加熱して酸化させることにより、パターニングされた酸化ニッケル膜２０を形成することができる。このような方法によると、ドライエッチングを実施することなく、パターニングされた酸化ニッケル膜２０を形成することができ、酸化ガリウムの結晶に無用なダメージを与えることを避けることができる。
本実施例の製造方法におけるニッケル膜１４の酸化は、酸素雰囲気下において実施されている。但し、これに限定されず、図７に示すように、変形例として、ニッケル膜１４は、窒素雰囲気下において加熱し酸化されてもよい。
この場合、酸化ガリウムの結晶からニッケル膜１４へと酸素の輸送が生じ、両者の界面からニッケル膜１４の酸化が進行する。従って、このニッケル膜１４の酸化に有する加熱時間を調節することによって、ニッケル膜１４を一部残存させることができる。これにより、半導体基板１２には、Ｎｉ／ＮｉＯ／Ｇａ2Ｏ3構造が形成される。このとき、酸化ニッケル膜２０上に残存したニッケル膜１４は、半導体装置の電極として機能させることもできる。従って、半導体基板１２に対する電極形成の工程を省略することができ、半導体装置の製造工程は簡素化される。
また、本実施例における製造方法では、ニッケル膜１４の成膜前に酸化ガリウムの結晶を有する半導体基板１２の表面１２ａをＳＰＭ洗浄している。このＳＰＭ洗浄により、ニッケル膜１４と酸化ガリウムの結晶との密着性が高まるとともに、その後の酸化ニッケル膜２０と酸化ガリウムの結晶との間において、急峻なｐｎ接合面を得ることができる。
本実施例における製造方法では、レジスト膜１６は、フォトリソグラフィによってパターニングされている。但し、この手法に限定されず、レジスト膜１６は他の手法によってパターニングされてもよい。
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１０：半導体基板
１２：酸化ガリウムの結晶
１２ａ：表面
１４：ニッケル膜
２０：酸化ニッケル膜
１２：酸化ガリウムの結晶
１２ａ：表面
１４：ニッケル膜
２０：酸化ニッケル膜
Claims (1)
- 酸化ガリウムの結晶を有する半導体基板を用意する工程と、
前記酸化ガリウムの結晶の表面をＳＰＭ洗浄する工程と、
洗浄された前記表面にニッケル膜を形成する工程と、
前記ニッケル膜をウェットエッチングによってパターニングする工程と、
パターニングされた前記ニッケル膜を加熱して酸化させる工程と、
を備える、
半導体装置の製造方法。
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