JP5920255B2 - 半導体装置の製造方法およびそれに用いられるドライエッチング装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法およびそれに用いられるドライエッチング装置 Download PDF

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Description

本発明は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎなどの３族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体をドライエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法およびそれに用いられるドライエッチング装置に関するものである。
従来、３族元素の窒化物であるＧａＮ層などのエッチング時のダメージを低減できる技術として、例えば特許文献１に示す方法が提案されている。この特許文献１に記載された方法では、窒素を含有した第１化合物半導体層と、この上に形成された第２化合物半導体層とが積層された構造において、第２化合物半導体層をドライエッチングすることで第１化合物半導体層の一部を露出させる工程を行っている。そして、この後でドライエッチングに起因するダメージ層を窒素雰囲気中の熱処理によって除去し、さらに熱処理後に窒素プラズマによるエッチング処理を行うことで第１化合物半導体層の窒素空孔によるダメージを回復するようにしている。
また、化合物半導体からなる基板にプラズマプロセスを施す方法において、プロセスガスにハロゲンガスを含め、ハロゲンガスと基板材料との化合物の沸点以上の温度となるように基板を加熱しつつ、基板の表面を加工する技術もある。
特許第４４７９２２号公報
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、ドライエッチングの後に、ドライエッチング時のダメージを低減するために、熱処理および窒素プラズマを用いた後処理を追加しなければならない。このため、製造工程の複雑化を招き、製造コストを増大させることになる。
また、ハロゲンガスと基板材料との化合物の沸点以上の温度で加熱するプラズマプロセスを用いる場合、ハロゲンガスと基板材料との化合物の沸点が高く、レジストプロセスが使えず製造工程が煩雑化するという問題も発生する。例えばハロゲンガスとして塩素ガスを用いる場合、ＧａＮ層との反応生成物であるＧａＣｌ3の沸点が２０１℃であり、高温であることから、レジストが炭化してしまい、簡便なレジストによるドライエッチング加工が使用できない。すなわち、ＧａＮ層上にハードマスクとなるＳｉＯ2層などを堆積し、パターニングする必要がある。
本発明は上記点に鑑みて、３族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体をドライエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法において、製造工程の簡略化を図ることを目的とする。また、ドライエッチングのマスクとしてレジストを用いることができるようにすることで、更なる製造工程の簡略化を図ることを他の目的とする。さらに、その製造方法に用いるのに好適なドライエッチング装置を提供することも目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１ないし３に記載の発明では、３族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体（２、３）をチャンバー（２０）内に配置されるステージ（２０ａ）上に設置し、該チャンバー内にエッチングガスを供給すると共にプラズマを発生させて、ドライエッチングにて化合物半導体の表面を加工するドライエッチング工程を含み、ドライエッチング工程では、化合物半導体の表面の全面に対して平行光を照射する光源（２３）を有する誘導結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチングを行い、該誘導結合型ドライエッチング装置に備えられる誘導結合型電極（２１）に供給する電力を１０Ｗ〜１０００Ｗに設定すると共に、バイアス電源（２２）におけるバイアスパワーを１００Ｗ以下に設定し、該ドライエッチング中にチャンバー内に平行光による光照射を行うと共に、該光照射を化合物半導体の表面の全面に行い、かつ、該表面での光照射の強度を０．０５ｍＷ／ｃｍ 2 以上として、該表面でのエッチング反応速度に律速させてドライエッチングを行うことを特徴としている。
このように、化合物半導体の表面を加工するドライエッチング工程の際にチャンバー内に光照射を行うことでドライエッチングの反応を促進させることができる。これにより、より短時間で化合物半導体の表面を加工することが可能となり、加工表面のダメージを低減することが可能となる。したがって、ドライエッチング工程の後で熱処理や窒素プラズマを用いた後処理を行わなくても、ドライエッチング工程のみでダメージが低減された表面加工が行え、３族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体をドライエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法において、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
また、ドライエッチング工程のみによってダメージが低減された表面加工が行えるため、基板温度を２５０℃以下として行えば、レジストをマスクとして用いることもできる。このため、更なる製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
本発明の第１実施形態にかかる製造方法によって製造される半導体装置の一例を示した断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を示した断面図である。 図２に示す半導体装置の製造工程中のドライエッチング工程の際に用いられるドライエッチング装置の部分断面模式図である。 ドライエッチング工程中のチャンバー内の様子を示した図である。 横型のＭＯＳＦＥＴの移動度を実験により調べた結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態にかかるドライエッチング装置の部分断面模式図である。 本発明の第３実施形態にかかる製造方法によって製造される半導体装置の一例を示した断面図である。 図７に示す半導体装置の製造工程中のドライエッチング工程を示した断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる製造方法によって製造される半導体装置の一例を示した断面図である。 図９に示す半導体装置の製造工程中のドライエッチング工程を示した断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、図１に示す半導体装置の製造工程中におけるドライエッチング工程において、本発明の一実施形態にかかる製造方法を適用している。
図１に示すように、本実施形態にかかる半導体装置は、ＧａＮ−ＨＥＭＴ（High electron mobility transistor：高電子移動度トランジスタ）デバイスの一つである横型のＨＥＭＴを備えている。このＨＥＭＴは、以下のように構成されている。
横型ＨＥＭＴは、半絶縁性基板１の表面に、ＧａＮ層２およびｎ型のＡｌＧａＮ層３が積層された構造を化合物半導体基板として用いて形成されている。このＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面のＧａＮ層側に、ピエゾ効果及び分極効果により２次元電子ガス（以下、２ＤＥＧ）キャリアが誘起される。半絶縁性基板１は、Ｓｉ（１１１）やＳｉＣ，及びサファイヤなどの半絶縁性材料や半導体材料によって構成されており、この上にＧａＮ層２とＡｌＧａＮ層３が例えばヘテロエピタキシャル成長によって形成されている。基板の比抵抗値は目的とするデバイスの特性により、基板内の不純物濃度により任意に調整すればよい。ＧａＮ層と基板１との間にはＡｌＧａＮ−ＧａＮ超格子層などを介在させ、ＧａＮ層の結晶性を良好なものにすることは有効である。ここでの結晶性とは、ＧａＮ層中の欠陥や転位などであり、電気的及び光学的な特性に対して影響を及ぼすものである。ＡｌＧａＮ層３の表面はリセス形状部（凹部）３ａおよびこのリセス形状部３ａを挟んだ両側に位置する溝部３ｂ、３ｃが形成されている。
ＡｌＧａＮ層３の表面のうちリセス形状部３ａが形成された場所には、リセス形状部３ａ内およびリセス形状部３ａの周囲に形成されたゲート絶縁膜４およびその上に形成されたゲート電極５にて構成されるゲート構造が備えられている。ゲート絶縁膜４は、酸化膜などによって構成されており、ゲート電極５は、不純物がドープされたＰｏｌｙ−Ｓｉなどによって構成されている。そして、ゲート電極５の表面には、Ａｌなどで構成されるゲート配線層６が形成されている。ゲート電極及びゲート絶縁膜の材料は、目的とするデバイスの閾値電圧及びゲート耐圧、長期信頼性等を鑑みて、最適な材料及びその構造を選べばよい。ゲート絶縁膜としては、Ｓｉ酸化膜の他に、Ｓｉ窒化膜やＳｉＯＮ，Ａｌ2Ｏ3やＬａ2Ｏ3などの高誘電率材料を用いることも有効であるし、それらの混合膜、積層膜でもよい。高誘電率膜の多結晶化抑制のために、窒素やＳｉなどを高温熱処理やプラズマプロセスを用いてドープしてもよい。
一方、ＡｌＧａＮ層３の表面のうち溝部３ｂが配置された場所には、溝部３ｂ内に入り込むようにソース電極７が形成されており、溝部３ｃが配置された場所には、溝部３ｃ内に入り込むようにドレイン電極８が形成されている。そして、ソース電極７やドレイン電極８がそれぞれ溝部３ｂ、３ｃの表面とオーミック接触させられている。このような構成により、本実施形態にかかる横型のＨＥＭＴが構成されている。ソース−ゲート、ゲート−ドレイン間の距離は、目的とするデバイスのオン抵抗及び耐圧を鑑みて決定すればよい。
このように構成される横型のＨＥＭＴは、ゲート電極５に対してゲート電圧を印加することでスイッチング動作を行う。具体的には、ゲート電極５に対してゲート電圧を印加することで、ゲート電極５の下方におけるＧａＮ層２とＡｌＧａＮ層３のＧａＮ層側に２ＤＥＧで構成される電子層（チャネル）の密度を制御し、ソース−ドレイン間に電圧を加えることで、ソース−ドレイン間に電流を流すという動作を行う。
このような横型ＨＥＭＴでは、ゲート構造の下部におけるリセス形状部３ａの表面状態に応じて二次元電子ガスの濃度、及びチャネルの移動度が変化し、オン抵抗に影響を及ぼすことから、リセス形状部３ａの表面状態が良好であることが好ましい。また、ソース電極７やドレイン電極８とＡｌＧａＮ層３との接触部、つまり溝部３ｂ、３ｃの表面状態についても、ソース電極もしくはドレイン電極部からＡｌＧａＮ層３をトンネルしてソース電極７もしくはドレイン電極８のそれぞれに電子が到達する際に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面の２ＤＥＧ密度が小さいとＨＥＭＴの寄生抵抗成分であるコンタクト抵抗が増大する。すなわち、溝部３ｂ、３ｃの表面状態がコンタクト抵抗値に影響するため、溝部３ｂ、３ｃについても、表面状態が良好であることが好ましい。ここで表面状態が良好とは、ＡｌＧａＮ層３の表面及びその表面近傍のＡｌＧａＮ内部に外因的な結晶欠陥や転位、クラックや不純物の密度が小さく、２ＤＥＧ密度とその移動度がＡｌＧａＮ及びＧａＮエピタキシャル成長の時点から大きく低下していないことを示す。
したがって、本実施形態では、これらリセス形状部３ａ、３ｂを形成する際に、本発明の一実施形態にかかる製造方法を適用している。以下、本実施形態にかかる横型のＨＥＭＴの製造方法について、図２〜図４を参照して説明する。
〔図２（ａ）に示す工程〕
Ｓｉ（１１１）やＳｉＣ，及びサファイヤなどの半絶縁性基板１の表面に、ＧａＮ層２およびｎ型のＡｌＧａＮ層３が積層された構造を有する化合物半導体基板を用意する。例えば、半絶縁性基板１の表面に、ＧａＮ層２およびＡｌＧａＮ層３をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法や超高純度、高精度にしたＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）法などによって形成する。
〔図２（ｂ）に示す工程〕
ＡｌＧａＮ層３の表面に、層間膜となる酸化膜１０を形成した後、酸化膜１０の表面に第２マスクとなるレジスト１１を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程を経てレジスト１１をパターニングしたのち、このレジスト１１をマスクとして酸化膜１０をパターニングする。これにより、ＡｌＧａＮ層３の表面のうちリセス形状部３ａの形成予定位置においてレジスト１１および酸化膜１０が開口させられる。この後、レジスト１１および酸化膜１０をマスクとして用いたドライエッチング工程を行うことで、ＡｌＧａＮ層３の表面をリセス加工したリセス形状部３ａを形成する。このとき、ドライエッチング工程を図３に示すＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型）ドライエッチング装置を用いて行っている。
図３に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置には、エッチングが行われる部屋を構成するチャンバー２０と、ＩＣＰ電極２１と、バイアス電源２２およびランプ２３が備えられている。
チャンバー２０は、ステージ２０ａが内蔵されると共に、上面が石英などの透光材料で形成された入射部２０ｂが備えられた構成とされている。ステージ２０ａには、エッチング対象となる基板９、つまり半絶縁性基板１の上にＧａＮ層２やＡｌＧａＮ層３に加えてマスクとなる酸化膜１０およびレジスト１１が形成されたものを搭載し、ステージ２０ａの上方をプラズマ生成領域としてドライエッチングを行う。このとき、チャンバー２０には、入射部２０ｂを通じてランプ２３からの光をプラズマ生成領域やステージ２０ａ上に搭載された基板９の表面に向けて照射できるようになっている。また、チャンバー２０には、図示しないガス導入孔からエッチングガスや雰囲気ガスなどを導入できると共に、エッチング圧力を調整できる減圧機構などが備えられている。
ＩＣＰ電極２１は、チャンバー２に対して所定のＩＣＰパワーの電力を供給する。本実施形態の場合、ＩＣＰ電極２１は例えば円環状の電極によって構成されており、中空部を通じてランプ２３からの光がチャンバー２側に照射可能な構造とされている。バイアス電源２２は、ステージ２０ａを通じて基板９に所定のバイアスを印加する。
ランプ２３は、反応促進用の光を照射する光源となるもので、例えばＸｅ（キセノン）ランプ、Ｈｇ−Ｘｅ（水銀キセノン）ランプ、ＵＶ（紫外線）ランプのいずれかによって構成されており、本実施形態ではチャンバー２０の上方に配置されている。ランプ２３から照射する光の種類はいずれでも良いが、エッチング対象物（本実施形態の場合はＡｌＧａＮ）をドライエッチングする際のダメージ低減に最適な波長および強度のものを用いるのが好ましい。例えば、照射する光としては、プラズマ発生やエッチング反応を促進できる高パワーが得られる５００ｎｍよりも短波長成分を含む光とすると好ましい。また、ランプ２３は、光照射ムラを低減するために、ステージ２０ａに対して、つまりステージ２０ａ上の基板９に対して垂直方向から光照射が行える構成であるのが好ましい。例えば、基板９に対面する位置から平行光を照射できる光源、もしくは、１つの光源から発する拡散光をレンズなどによって集光して平行光にするものによってランプ２３を構成することができる。
このように構成されたＩＣＰドライエッチング装置を用いて、半絶縁性基板１の表面にＧａＮ層２およびＡｌＧａＮ層３が形成され、その上にレジスト１１および酸化膜１０によるマスクが形成された基板９をステージ２０ａに搭載し、ドライエッチングを行う。
まず、ＩＣＰ電極２１によるＩＣＰパワーを１０Ｗ〜１０００Ｗの範囲に設定すると共に、バイアス電源２２によるバイアスパワーを１００Ｗ以下とする。ＩＣＰパワーについては、ＩＣＰドライエッチングとして一般的に用いられているパワーに設定している。バイアスパワーについては、１００Ｗを超えるとバイアスが強すぎて光照射による効果が低下する可能性があるため、１００Ｗ以下に設定している。また、ランプ２３によるＸｅなどの発光に基づく光照射の強度については、被エッチング対象となる基板９の表面において０．０５ｍＷ／ｃｍ2以上、好ましくは０．１ｍＷ／ｃｍ2以上となるようにする。基板温度は、本実施形態のようにマスクにレジスト１１が含まれる場合には、２５０℃以下としており、酸化膜（ＳｉＯ2）などのハードマスクのみを用いる場合には、それ以上の温度としても構わない。
そして、チャンバー２０内の圧力を０．０１Ｐａ〜１０Ｐａの範囲に調圧し、チャンバー２０内にエッチングガスを導入する。チャンバー２０内の圧力については、上記範囲以外であっても構わないが、ドライエッチングするリセス形状部３ａの深さや側面の形状に応じて適宜選択すればよい。例えば、エッチングガスとしては、塩素ガスやそれを含む混合ガス、ＢＣｌ3などを用いている。これらのエッチングガスを用いると、高いエッチングレートを得ることができ、ドライエッチング時間を短縮化することが可能となる。その他、エッチングガスとしては目的とする被エッチング層の材質及び加工形状に応じて適宜、適したものを選択すればよい。
このようなドライエッチング工程を実施することにより、リセス形状部３ａを形成することができる。このようにすると、チャンバー２０内におけるプラズマ生成領域において、エッチングガスの構成元素によるプラズマが発生させられ、図４に示すように、基板９の表面に対してプラズマ照射と光照射が同時に行われた状態となる。これにより、ドライエッチングの反応を促進させることが可能となり、エッチング面にイオン衝突ダメージを印加する基板Ｂｉａｓ電圧を増大させることなく、より短時間でリセス形状部３ａを形成することが可能となり、リセス形状部３ａのダメージを低減することが可能となる。これは、エッチング表面のプラズマ雰囲気下への暴露時間が短くなることで、基板内部へ誘起される２ＤＥＧ移動度のクーロン散乱中心となる雰囲気元素の導入及び格子欠陥の濃度が低下するたである。
具体的には、ドライエッチングの反応速度は、プラズマの発生密度、プラズマ原子の供給速度と、エッチャントの基板表面拡散、エッチング反応の速度と、反応生成物の脱離速度のいずれか、もしくはその複数の成分によって律速されることになるが、光照射によってこれらの速度を増大できる。このため、ドライエッチングの反応を促進させることが可能となって上記効果が得られる。特に、本実施形態のように、基板９の表面に対して垂直方向に光照射が行われる形態については、基板表面のエッチング反応速度が律速過程となる際に適用されると好ましい。すなわち、本実施形態の場合、基板９に対して直接光照射が行われることから、基板表面のエッチング反応速度を上昇させることが可能となる。このため、基板表面のエッチング反応速度が律速過程となる場合には、特に、基板表面のエッチング反応速度を上昇させることで、効果的にドライエッチングの反応を促進させることが可能となる。ＡｌＧａＮのエッチング深さは、目的とするデバイスの閾値電圧及びチャネル抵抗を鑑みて決めればよい。エッチング深さを深くすると、閾値電圧は正電圧側に変化する。移動度は、本質的にはエッチング深さを深くするほど高くなるが、ＡｌＧａＮ残り膜厚が薄い領域では、エッチングにより印加される移動度劣化成分が顕在化し、両者のトレードオフにより移動度が決定される。
そして、リセス形状部３ａを形成した後、ドライエッチングのマスクとして用いたレジスト１１を除去することで、ドライエッチング工程を終了する。
なお、図中では、ドライエッチングによって形成するリセス形状部３ａの深さをＡｌＧａＮ層３の厚みよりも浅くする場合について例示してあるが、ＡｌＧａＮ層３とＧａＮ層２との界面もしくはＧａＮ層２内までの深さとし、ゲート絶縁膜／ＧａＮ界面のキャリア密度をゲート電圧によって制御するＨＥＭＴ構造にしても良い。
〔図２（ｃ）に示す工程〕
リセス形状部３ａ内を含め、ＡｌＧａＮ層３の表面に酸化膜などの絶縁膜、不純物をドープしたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌなどの金属材料を順に成膜したのち、図示しないマスクを用いてこれらをパターニングする。これにより、ゲート絶縁膜４、ゲート電極５およびゲート配線層６が形成される。
〔図２（ｄ）に示す工程〕
ゲート絶縁膜４、ゲート電極５およびゲート配線層６を覆いつつ、溝部３ｂ、３ｃの形成予定領域が開口する絶縁膜及びマスクを形成する。例えば、絶縁膜は酸化膜１２を形成した後、酸化膜１２の表面にマスクとなるレジスト１３を形成することで構成することができる。
この後、レジスト１３を用いて酸化膜１２及びＡｌＧａＮ層３のドライエッチング工程を行うことで、ＡｌＧａＮ層３の表面に溝部３ｂ、３ｃを形成する。このときのドライエッチング工程については、図２（ｂ）に示すリセス形状部３ａを形成した際のドライエッチング工程と同様である。溝部３ｂ、３ｃの深さは、コンタクト抵抗が最小になるように制御すればよい。深さが浅すぎると電極とＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面の距離が遠いため、コンタクト抵抗値が大きくなり、深すぎると、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面の２ＤＥＧ密度が減少することで、コンタクト抵抗が増大してしまう。この後、レジスト１３を除去する。
この後の工程については従来と同様であるが、層間絶縁膜形成工程やコンタクトホール形成工程、ソース電極７およびドレイン電極８の形成工程などを経て、図１に示した横型のＨＥＭＴを有する半導体装置が完成する。
以上説明したように、本実施形態では、化合物半導体の表面を加工するドライエッチング工程の際にプラズマ生成領域にＸｅ、Ｈｇ−Ｘｅ、ＵＶ光などを照射することでドライエッチングの反応を促進させるようにしている。これにより、より短時間かつ低い基板意Ｂｉａｓパワーにてリセス形状部３ａを形成することが可能となり、リセス形状部３ａのダメージを低減することが可能となる。したがって、ドライエッチング工程の後で熱処理や窒素プラズマを用いた後処理を行わなくても、ドライエッチング工程のみでダメージが低減されたリセス形状部３ａや溝部３ｂ、３ｃを形成することができる。よって、３族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体をドライエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法において、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
また、ドライエッチング工程のみによってダメージが低減されたリセス加工が行えるため、基板温度を２５０℃以下として行えば、レジスト１１、１３をマスクとして用いることもできる。このため、更なる製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
参考として、リセス形状部３ａや溝部３ｂ、３ｃの形成時のドライエッチング工程において、ランプ２３による光照射を行った場合と行っていない場合、更に比較としてエッチングによるダメージ印加のない、エピタキシャル成長制御によりＡｌＧａＮ膜厚を制御した場合、それぞれについて、２ＤＥＧ移動度をホール測定を用いて調べた。図５は、その結果を示したものであり、光照射を行った場合には、ダメージ印加のないエピタキシャル成長制御と同等の移動度が得られていた。また、光照射を行っていない場合には、サンプルよりも低移動度となった。
なお、この実験では、光照射を基板表面における強度を０．２４ｍＷ／ｃｍ2としている。基板表面における光照射の強度が０．０５ｍＷ／ｃｍ2以上であれば、移動度の低下量は光照射を行っていない場合に対して小さくなる。また、基板表面における光照射の強度が０．１ｍＷ／ｃｍ2以上であれば、エッチングレートの増大効果も生じる。したがって、実験結果に基づき、被エッチング対象となる基板９の表面において光照射の強度が０．０５ｍＷ／ｃｍ2以上、好ましくは０．１ｍＷ／ｃｍ2以上となるようにすると良い。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してドライエッチング工程で用いるドライエッチング装置の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図６に示すように、本実施形態では、チャンバー２０の側面と対向する位置にランプ２３を配置し、チャンバー２０の側面のうちランプ２３と対応する位置を石英などの透光材料で構成された入射部２０ｂとしている。
このように構成されるドライエッチング装置を用いて、上記した図２（ｂ）、（ｄ）に示すようなドライエッチング工程を行う場合にも、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態のようなチャンバー２０の側面と対向する位置にランプ２３を配置する場合、ランプ２３から発せられた光がプラズマ生成領域に主に照射されることになる。このため、ドライエッチングの反応速度がプラズマ原子の供給速度に律速されているような場合に、本実施形態の構成のドライエッチング装置を用いると、プラズマ原子の発生を促進させられ、プラズマ原子の供給速度を高めることができることから、特に有効である。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して被エッチング対象となる半導体装置の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図７に示すように、本実施形態では、半導体装置に備えられる横型のＨＥＭＴは、Ｓｉ（１１１）やＳｉＣ，及びサファイヤなどの半絶縁性基板１の表面にＧａＮ層２を形成し、このＧａＮ層２にリセス形状部２ａを形成した構成としてある。ＧａＮ層２の表面のうちリセス形状部２ａが配置された場所に、ゲート絶縁膜４およびゲート電極５にて構成されるゲート構造を備え、ゲート電極５の表面にＡｌなどで構成されるゲート配線層６を形成している。また、ＧａＮ層２の表面のうちゲート構造を挟んだ一方にソース電極７を形成し、他方にドレイン電極８を形成している。そして、ソース電極７やドレイン電極８がそれぞれＧａＮ層２の表面とオーミック接触させられることで、本実施形態にかかる横型のＨＥＭＴが構成されている。
このように、第１実施形態のようなＡｌＧａＮ層３／ＧａＮ層２をゲート部分に有するトランジスタ構造ではなく、本実施形態のようなＧａＮ層２をゲート部分に有するトランジスタ構造についても、上記したドライエッチング工程を適用できる。例えば、図８に示すように、ＧａＮ層２の表面に酸化膜１０およびレジスト１１にて構成されるマスクを配置したのち、このマスクを用いてドライエッチングを行うことでＧａＮ層２の表面にリセス加工を施し、リセス形状部２ａを形成する。この場合に、第１、第２実施形態で説明したドライエッチング工程を適用できる。
このようなＧａＮ層２をゲート部分に有するトランジスタ構造のＨＥＭＴを形成する際に、上記ドライエッチング工程を適用した場合にも、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。基板の比抵抗値は目的とするデバイスの特性により、基板内の不純物濃度により任意に調整すればよい。ＧａＮ層と基板１との間にはＡｌＧａＮ−ＧａＮ超格子層などを介在させ、ＧａＮ層の結晶性を良好なものにすることは有効である。ここでの結晶性とは、ＧａＮ層中の欠陥や転位などであり、電気的及び光学的な特性に対して影響を及ぼすものである。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して被エッチング対象となる半導体装置の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図９に示すように、本実施形態では、縦型のＭＯＳＦＥＴを有する半導体装置としている。縦型のＭＯＳＦＥＴは、ＧａＮ基板３１の表面に、ｎ-型ドリフト層３２とｐ型ベース領域３３およびｎ+型ソース領域３４を形成したものを化合物半導体基板として用いて形成される。ｎ-型ドリフト層３２とｐ型ベース領域３３およびｎ+型ソース領域３４は、ＧａＮ層にて構成されている。ｐ型ベース領域３３およびｎ+型ソース領域３４を貫通してｎ-型ドリフト層３２に達するトレンチ３５が形成されており、このトレンチ内に、ゲート絶縁膜３６を介してゲート電極３７が形成されている。また、ｎ+型ソース領域３４の表面にソース電極３８が形成されており、ＧａＮ基板３１の裏面にドレイン電極３９が形成されている。このような構造により、化合物半導体にて構成される縦型のＭＯＳＦＥＴが構成されている。
このように、第１実施形態のような横型のＭＯＳＦＥＴではなく、本実施形態のような縦型のＭＯＳＦＥＴについても、上記したドライエッチング工程を適用できる。例えば、図１０に示すように、ＧａＮ基板３１の表面に、ｎ-型ドリフト層３２とｐ型ベース領域３３およびｎ+型ソース領域３４を形成した化合物半導体基板を用意する。そして、この上に酸化膜４０およびレジスト４１にて構成されるマスクを配置したのち、このマスクを用いてドライエッチングを行うことでトレンチ３５を形成する。この場合に、第１、第２実施形態で説明したドライエッチング工程を適用できる。
このように構成される縦型のＭＯＳＦＥＴは、ゲート電極３７に対してゲート電圧を印加すると、ｐ型ベース領域３３のうちゲート絶縁膜３６の側面にチャネルが形成されることでソース−ドレイン間に電流を流す。このような縦型のＭＯＳＦＥＴでは、トレンチ３５を形成する際に、第１、第２実施形態で説明したドライエッチング工程を適用することができる。そして、このような縦型のＭＯＳＦＥＴを形成する際に、上記ドライエッチング工程を適用した場合にも、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、このような縦型のＭＯＳＦＥＴの場合、チャネルが形成されるトレンチ３５の側面においてダメージが低減されることがチャネルの移動度の向上に有効である。このため、ドライエッチング時の各種パワーや光照射の強度については、トレンチ３５の側面でのダメージが低減されるように適宜調整すると好ましい。
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、３族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体をドライエッチングする工程として、ゲート構造が配置されるリセス形状部２ａ、３ａやトレンチ３５を形成するドライエッチングについて説明した。しかしながら、これらは単なる一例を示したに過ぎず、３族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体をドライエッチングする工程であれば、他の部分をドライエッチングする場合にも適用可能である。また、３族元素の窒化物としては、上記各実施形態で挙げたＧａＮに限らず、ＡｌおよびＩｎの窒化物であっても良い。
また、上記第１実施形態では、リセス形状部３ａを形成した後に溝部３ｂ、３ｃを形成する場合について説明したが、これらの形成順序を逆にし、溝部３ｂ、３ｃをリセス形状部３ａの前に形成しても良い。
さらに、上記各実施形態で説明した横型もしくは縦型のＭＯＳＦＥＴのようなスイッチングデバイスに限らず、横型もしくは縦型の整流素子、例えばダイオードなどを形成する際のドライエッチング工程に本発明を適用しても良い。勿論、これらスイッチングデバイスや整流素子以外の素子を化合物半導体で形成する場合にも発明を適用できる。つまり、化合物半導体の表面の加工をドライエッチング工程にて行う場合に本発明を適用することができる。これにより、より短時間で化合物半導体の表面を加工することが可能となり、加工表面のダメージを低減することが可能となる。
１ 半絶縁性基板
２ ＧａＮ層
３ ＡｌＧａＮ層
３ａ リセス形状部
４ ゲート絶縁膜
５ ゲート電極
７ ソース電極
８ ドレイン電極
２０ チャンバー
２０ａ ステージ
２０ｂ 入射部
２０ｃ 光源

Claims (3)

  1. ３族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体（２、３）をチャンバー（２０）内に配置されるステージ（２０ａ）上に設置し、該チャンバー内にエッチングガスを供給すると共にプラズマを発生させて、ドライエッチングにて前記化合物半導体の表面を加工するドライエッチング工程を含み、
    前記ドライエッチング工程では、前記化合物半導体の表面の全面に対して平行光を照射する光源（２３）を有する誘導結合型ドライエッチング装置を用いたドライエッチングを行い、該誘導結合型ドライエッチング装置に備えられる誘導結合型電極（２１）に供給する電力を１０Ｗ〜１０００Ｗに設定すると共に、バイアス電源（２２）におけるバイアスパワーを１００Ｗ以下に設定し、該ドライエッチング中に前記チャンバー内に前記平行光による光照射を行うと共に、該光照射を前記化合物半導体の表面の全面に行い、かつ、該表面での前記光照射の強度を０．０５ｍＷ／ｃｍ 2 以上として、該表面でのエッチング反応速度に律速させて前記ドライエッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記ドライエッチング工程では、前記光照射される光の波長を５００ｎｍよりも短波長とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記ドライエッチング工程は、横型もしくは縦型の整流素子または横型もしくは縦型のスイッチングデバイスを備えた半導体装置であって、前記化合物半導体のうち、前記横型もしくは縦型の整流素子または前記横型もしくは縦型スイッチングデバイスにおける電極（５、７、８）が配置される表面をドライエッチングする際に適用されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
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