JP6332089B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、結晶成長前のIII 族窒化物半導体からなる基板に異物が付着しないようにする基板処理方法に関する。また、耐圧歩留りを向上させることができるIII 族窒化物半導体からなる半導体素子の製造方法である。

近年、ＧａＮ基板を用いたIII 族窒化物半導体からなるパワーデバイス、高周波デバイスなどが盛んに研究開発されている。

ＧａＮ基板上にIII 族窒化物半導体を成長させて半導体素子を作製すると、多数のピットが発生し、そのピットがリークパスとなるためにリーク電流が大きい。ピットの発生原因はＧａＮ基板上に付着した異物（たとえばIII 族窒化物半導体の雑晶や炭化物など結晶成長により生じる副生成物）であると考えられる。したがって、ＧａＮ基板を用いたIII 族窒化物半導体からなる半導体素子のリーク電流を抑制して耐圧歩留りを向上させるためには、ＧａＮ基板上の異物を低減する必要がある。

特許文献１には、ウェハ表面に対して平行に不活性ガスを流し、ウェハ表面に付着した異物を除去することが記載されている。

特許文献２には、ＭＯＣＶＤ装置内に基板を配置する前に１０ｍ／ｓ以上の流速で不活性ガスを流し、ＭＯＣＶＤ装置内の異物を吹き飛ばして除去することが記載されている。これにより、ＭＯＣＶＤ装置内の異物が基板に付着することを防止している。

特開２００６−１４０４９２号公報 特開２００６−３１８９５９号公報

しかし、成長基板としてＧａＮ基板を用いる場合、従来のクリーニング方法ではＧａＮ基板上に付着した異物を取りづらいという問題があった。

そこで本発明は、III 族窒化物半導体からなる基板に異物が付着するのを軽減することを目的とする。

第１発明は、III 族窒化物半導体からなる基板を気相成長装置内に配置する前に、気相成長装置内をIII 族窒化物半導体の成長温度以上に加熱しながら、気相成長装置内にガス流入口からキャリアガスを導入し、そのキャリアガスのガス流入口における流速を、第１の流速と第１の流速よりも遅い第２の流速とを交互に繰り返して周期的に脈動させる第１工程と、基板を気相成長装置内に配置した後、基板上にIII 族窒化物半導体を結晶成長させる前に、気相成長装置内をIII 族窒化物半導体の成長温度以下として気相成長装置内を真空引きし、その後キャリアガスを供給してIII 族窒化物半導体を成長させる成長圧力に戻す第２工程と、第２工程後、前記基板上にIII 族窒化物半導体からなる半導体層を形成する第３工程と、を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。

第１工程は、前記気相成長装置内を加熱しながら行うとよい。基板上に異物が付着するのをより軽減することができる。

第１工程における不活性ガスの流速の脈動は、第１の流速と前記第１の流速よりも遅い第２の流速とを交互に繰り返して周期的に脈動させるものとすることができる。このとき、繰り返し回数を５〜５０回とするのがよい。また、第１の流速と第２の流速との差を１〜５０ｍ／ｓとするのがよい。また第１の流速を５０ｍ／ｓ以下とするのがよい。いずれの場合も、基板上への異物の付着をより軽減するのに有効である。

第２工程における真空引きは、減圧速度を４×１０³ Ｐａ／ｍｉｎ以下とするとよい。また、気相成長装置内の圧力が２×１０^-3Ｐａ以下となるまで行うとよい。いずれの場合も、基板上に付着した異物をより効率的に除去することができる。

第２工程において真空引き後に成長圧力まで戻す際の不活性ガスの流速は、５０ｃｍ／ｓ以下とするのがよい。異物が飛散して基板上に付着するのを防止することができるためである。

第２工程は、気相成長装置内をIII 族窒化物半導体の成長温度以下として行うとよい。成長温度よりも高いと、異物が固まって取りづらくなるためである。

第１工程後、第２工程の前に、不活性ガス雰囲気で基板を熱処理する第３工程を有するとよい。基板上に付着した異物をさらに除去することができるためである。

（削除）

本発明によれば、不活性ガスの脈動による圧力差によって結晶成長装置内壁の異物を剥離させることができ、結晶成長装置内に浮遊する異物を除去することができる。そのため、結晶成長装置内に基板を配置した際に基板に異物が付着するのを防止することができる。

また、その後の真空引きによって、基板上に堆積した異物を基板から除去することができる。

したがって、本発明によれば基板上に付着した異物が低減された状態でIII 族窒化物半導体を成長させることができる。また、その基板を用いてIII 族窒化物半導体からなる半導体素子を作製すれば、基板上の異物が低減されているため耐圧歩留りを向上させることができる。

実施例１のショットキーバリアダイオードの構成を示した図。 基板処理工程を示したフローチャート。 キャリアガスの流速と時間との関係について示したグラフ。 ピット数と繰り返し回数の関係を示したグラフ。 ピット数と減圧速度との関係を示したグラフ。 ピット数とキャリアガスの流速との関係を示したグラフ。 実施例２のＭＯＳＦＥＴの構成を示した図。 実施例２のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示した図。 実施例３の基板処理工程を示したフローチャート。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１のショットキーバリアダイオードの構成を示した図である。図１のように、実施例１のショットキーバリアダイオードは、基板１０と、基板１０上に接して位置するｎ層１１と、ｎ層１１上に接して位置するショットキー電極１２と、基板１０の裏面（ｎ−ＧａＮ層１１形成側とは反対側の面）に接して位置するオーミック電極１３と、を有している。基板１０主面に垂直な方向に導通を取る縦型の素子である。

基板１０は、主面をｃ面とする直径２インチ以上の基板を個々の素子ごとに分割したものであり、たとえば３ｍｍ角である。また、基板１０は、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³ 以上のｎ−ＧａＮからなり、厚さ３００〜５００μｍである。

ｎ層１１は、基板１０上に接して位置する。ｎ層１１は、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下、Ｃ（炭素）濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下のｎ−ＧａＮからなる厚さ１０〜１５μｍの層である。

ショットキー電極１２は、ｎ層１１上に接して位置する。ショットキー電極１２は、ｎ層１１に対してショットキー接合する導電性材料からなり、たとえばＮｉである。

オーミック電極１３は、基板１０裏面に接して位置する。オーミック電極１３は、基板１０に対してオーミック接合する導電性材料からなり、たとえば、基板１０裏面側から順に、Ｔｉ、Ａｌを積層した材料である。

次に、実施例１のショットキーバリアダイオードの製造工程について説明する。

まず、基板１０上にｎ−ＧａＮ層１１を形成する前に、以下のようにして基板処理を行う。図２は、基板処理工程を示したフローチャートである。この図２のフローチャートに基づいて、基板処理工程を説明する。

［ステップＳ１０］
まず、結晶成長用の基板１０をＭＯＣＶＤ装置内に配置する前に、ＭＯＣＶＤ装置内に結晶成長において使用するキャリアガスを供給する。III 族窒化物半導体の結晶成長ではキャリアガスとしてＨ₂ 、Ｎ₂ を用いるので、そのどちらか、あるいは混合ガスを用いる。なお、キャリアガスに限らず不活性ガスであればよい。たとえばＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒなどの希ガスを用いてもよいし、希ガスとキャリアガスの混合ガスを用いてもよい。ただし、半導体素子の製造プロセスとの整合性の点でキャリアガスを用いるのがよい。

また、ＭＯＣＶＤ装置内の圧力（静圧）は常圧とする。ただし、減圧あるいは加圧して行ってもよい。また、ＭＯＣＶＤ装置内の温度（サセプタの温度）は常温としてもよいが、加熱して常温より高い温度とする方が望ましく、たとえばIII 族窒化物半導体の成長温度（およそ１０５０℃）以上とすることが望ましい。より望ましいのは１１００〜１２００℃である。

ここで、キャリアガスの流速は、図３のように周期的に脈動させる（ステップＳ１０）。より詳細には、流速を１０ｍ／ｓで維持する期間（流速が最大値Ｖｍａｘを取る期間）をＴ１、その後１０ｍ／ｓから０ｍ／ｓに流速を減少させる期間をＴ２、その後流速を０ｍ／ｓで維持する期間（流速が最小値Ｖｍｉｎを取る期間）をＴ３、その後０ｍ／ｓから１０ｍ／ｓに流速を増加させる期間をＴ４とし、このＴ１からＴ４までの期間を１周期Ｔとして、これを所定回数繰り返す。なお、流速はＭＯＣＶＤ装置へのガス流入口における値（ガス供給管内での値）である。

このようにステップＳ１０では、基板１０をＭＯＣＶＤ装置内に配置する前の段階で、ＭＯＣＶＤ装置内にキャリアガスを導入し、そのキャリアガスの流速を脈動させることにより、ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を変動させている。そして、その圧力変動による圧力差で、ＭＯＣＶＤ装置の内壁に存在する異物を剥離させることができる。剥離した異物やＭＯＣＶＤ装置内に浮遊している異物は、キャリアガスとともにＭＯＣＶＤ装置から排出され、一部の異物はＭＯＣＶＤ装置の底部に堆積する。したがって、ＭＯＣＶＤ装置内に基板１０を配置した際に、ＭＯＣＶＤ装置の内壁（底部以外）から異物が剥離して基板１０上に付着したり、ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気中に浮遊する異物が落下して基板１０上に付着することが軽減されている。特に、ステップＳ１０においてＭＯＣＶＤ装置内を加熱しながら行えば、異物の付着をより軽減することができて望ましい。

基板１０上に異物が堆積するのをより軽減するためには、キャリアガスの脈動に関する条件を以下の通りとすることが望ましい。

期間Ｔ１〜Ｔ４は、それぞれ１〜１０ｓとするのが望ましい。期間Ｔ１〜Ｔ４はそれぞれ等しくなくてもよい。より望ましくは１〜５ｓ、さらに望ましくは１〜２ｓである。

期間Ｔ２、Ｔ４はなるべく短い時間とするのがよく、使用するＭＯＣＶＤ装置において設定可能な範囲で最小の値とするのがよい。圧力変化率がより大きくなり、ＭＯＣＶＤ装置の内壁から異物が剥離しやすくなるためである。期間Ｔ２、Ｔ４において流速は必ずしも直線的に変化させる必要はない。また、期間Ｔ１、Ｔ３は等しくすることが望ましい。また、期間Ｔ１、Ｔ３の一方または双方を０ｓとしてもよい。つまり、流速が１０ｍ／ｓに達したらすぐに流速を減少させてもよく、流速が０ｍ／ｓに達したらすぐに流速を増加させてもよい。

繰り返し回数は５〜５０回とするのが望ましい。５回未満ではＭＯＣＶＤ装置内に基板１０を配置した後に基板１０上に異物が堆積してしまうのを十分に低減できず、歩留りを改善することができない。また、５０回より多いと低減効果が飽和してしまい、製造時間や原料コストを考慮すると５０回以下がよいためである。より望ましくは５〜２０回であり、さらに望ましくは７〜１５回である。

実施例１では流速の最大値Ｖｍａｘを１０ｍ／ｓとしているが、これに限るものではない。流速の最大値Ｖｍａｘは５０ｍ／ｓ以下とすることが望ましい。５０ｍ／ｓよりも速いと、異物がＭＯＣＶＤ装置内で飛散してしまう可能性があり望ましくない。流速の最大値Ｖｍａｘのより望ましい範囲は１０〜５０ｍ／ｓであり、さらに望ましくは３０〜５０ｍ／ｓである。また、実施例１では流速の最小値Ｖｍｉｎを０ｍ／ｓとしているが、流速の最小値Ｖｍｉｎは、０ｍ／ｓ以上であって、流速差ΔＶ（流速の最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎの差）が次の範囲内であればよい。

流速差ΔＶは、１〜５０ｍ／ｓとすることが望ましい。流速差ΔＶが大きいほどＭＯＣＶＤ装置内の圧力差（圧力の最大値と最小値の差）も大きくなり、ＭＯＣＶＤ装置の内壁に付着した異物を効率的に剥離させることができるためである。より望ましくは１０〜５０ｍ／ｓ、さらに望ましくは４０〜５０ｍ／ｓである。

なお、実施例１ではキャリアガスを速い流速と遅い流速とを交互に切り換えて周期的に脈動させているが、脈動させるのであれば周期的であっても非周期的であってもよい。たとえば、速い流速と遅い流速との間に中間の流速を挟んだ周期的な脈動であってもよい。また、たとえば、図３の流速の時間波形において、繰り返し毎に期間Ｔ１や期間Ｔ３を異ならせることで非周期的な脈動としたり、ＶｍａｘやＶｍｉｎを異ならせることで非周期的な脈動としてもよい。また、図３のように実施例１ではキャリアガスの供給初期は５ｍ／ｓで一定とし、その後に流速を脈動させているが、初期から周期的に脈動させてもよい。

［ステップＳ２０］
次に、ＭＯＣＶＤ装置内へのキャリアガスの供給を停止して、基板１０をＭＯＣＶＤ装置内に配置する（ステップＳ２０）。なお、ステップＳ１０の工程を加熱しながら行った場合には、常温まで降温してから基板１０の配置を行う。

［ステップＳ３０］
次に、ＭＯＣＶＤ装置内をドライポンプを用いて４×１０³ Ｐａ／ｍｉｎ以下の速度で２Ｐａまで真空引きし、その後さらにターボ分子ポンプを用いて２×１０^-3Ｐａ以下まで真空引きする（ステップＳ３０）。そして、２×１０^-3Ｐａ以下の状態を１〜１０分間維持する。これにより、基板１０に付着していた異物を剥離させて除去する。

なお、真空引きは常温でなくともよく、III 族窒化物半導体の成長温度（およそ１０５０℃）以下とすればよい。III 族窒化物半導体の成長温度より高い温度とすると、基板１０上に付着した異物が固まって取れなくなってしまうため望ましくない。

また、真空引きにおいては、基板１０上の異物を低減するために圧力を低下させる速度（減圧速度）はなるべく遅いことが望ましい。そこで実施例１では４×１０³ Ｐａ／ｍｉｎ以下の速度で真空引きをしている。また、減圧速度が遅すぎると目的とする圧力に達するまでの時間がかかりすぎてしまうため、１×１０³ Ｐａ／ｍｉｎ以上とすることが望ましい。より望ましくは１×１０³ Ｐａ／ｍｉｎ以上３×１０³ Ｐａ／ｍｉｎ以下である。

また、ステップＳ３０では２×１０^-3Ｐａ以下まで真空引きしているが、圧力は低いほど望ましく、１×１０^-3Ｐａ以下とするのが望ましい。基板１０上の異物をより低減することができる。さらに望ましくは５×１０^-4Ｐａ以下である。また、手間やコストなどを考えると４×１０^-4Ｐａ以上とすることが望ましい。

また、２×１０^-3Ｐａ以下の状態を維持する時間は、５〜１０分間とすることがより望ましい。基板１０上の異物をより効率的に低減することができる。

［ステップＳ４０］
次に、流速０．５ｃｍ／ｓでキャリアガスを供給して次工程のIII 族窒化物半導体の成長圧力まで戻す（ステップＳ４０）。これにより、ＭＯＣＶＤ装置内に残留する異物が飛散して基板１０上に付着しないようにする。

なお、成長圧力まで戻すときのキャリアガスの流速は０．５ｃｍ／ｓに限るものではないが、なるべく遅いことが望ましい。基板１０上に付着する異物の数をより低減できるためである。従来よりも異物の数を低減するためにはキャリアガスの流速を５０ｃｍ／ｓ以下とする必要がある。また、歩留りを十分に改善するためには１ｃｍ／ｓ以下とすることが望ましく、０．５ｃｍ／ｓ以下とすることがより望ましい。

以上の基板処理によれば、基板１０をＭＯＣＶＤ装置内に配置する前に、キャリアガスをＭＯＣＶＤ装置内に導入してガス流を脈動させているため、その脈動による圧力差によってＭＯＣＶＤ装置の内壁に付着した異物を剥離させて除去することができ、またＭＯＣＶＤ装置内に浮遊する異物を除去することができる。その結果、ＭＯＣＶＤ装置内に基板１０を配置した際に基板１０に異物が付着するのを防止することができる。また、ＭＯＣＶＤ装置内に基板１０を配置した際に基板１０上にすでに異物が付着していたとしても、真空引きすることにより基板１０上に堆積した異物を除去することができる。

具体的には、従来は基板１０上にIII 族窒化物半導体を形成すると異物に起因してIII 族窒化物半導体にウェハあたり１００個程度のピットが発生したが、この基板処理を用いることで１０個程度まで低減することができる。

続いて、原料ガスとドーパントガスをＭＯＣＶＤ装置内に供給し、基板１０上に、ｎ層１１を形成する。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）、ｎ型ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ₄ ）、キャリアガスとしてＨ₂ である。

ｎ層１１の形成において、圧力は２５〜１００ｋＰａ、温度は、９００〜１０５０℃、Ｖ／ＩＩＩ比（トリメチルガリウム供給量に対するアンモニア供給量の比）は、２５００〜１００００とした。このような条件で成長させることで、Ｃ濃度を１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下とすることができ、耐圧性能の向上を図ることができる。また、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下となるように、シランの供給量を調整する。

次に、ＭＯＣＶＤ装置からウェハを取り出して蒸着装置内に配置し、ｎ層１１上にショットキー電極１２、基板１０裏面にオーミック電極１３をそれぞれ蒸着によって形成する。以上により、図１示す実施例１のショットキーバリアダイオードを作製する。

上記製造方法により製造された実施例１のショットキーバリアダイオードは、基板１０上の異物が低減された状態でｎ層１１が形成されたため、異物に起因してｎ層１１にピットが発生するのを低減することができる。その結果、１のウェハから得られるすべての素子で均一な耐圧性を得ることができ、耐圧歩留りを向上させることができる。

［実験例１］
実施例１の基板処理のステップＳ１０において、キャリアガスを周期的に脈動させる際の繰り返し回数を変化させ、実施例１の基板処理後に基板１０上にｎ層１１を形成したときの、１ウェハあたりのｎ層１１のピット数を測定した。

図４は、ピット数と繰り返し回数の関係を示したグラフである。図４のように、繰り返し回数が増加するとピット数は双曲線的に減少することがわかった。繰り返し回数が５回までは繰り返し回数の増加に伴いピット数は大きく減少し、繰り返し回数が５回より多く２０回あたりまではゆるやかにピット数が減少し、２０回以降はピット数の減少は非常にゆるやかであった。したがって効率的にピット数を減少させるためには繰り返し回数は５回以上がよいことがわかった。また、図４のように繰り返し回数が多くなるとピット数の低減効果は飽和していくため、製造時間や原料コストを考慮すれば繰り返し回数は５０回以下とすることがよいとわかった。

［実験例２］
実施例１の基板処理のステップＳ３０において、真空引きする際の減圧速度を変化させ、実験例１と同様にしてピット数を測定した。

図５は、ピット数と減圧速度との関係を示したグラフである。減圧速度は１分あたりの圧力の変化量で単位はＰａ／ｍｉｎである。また、減圧速度は平均値であり、常圧から２Ｐａまでの圧力変化を、それに要した時間で割った値である。図５のように、減圧速度が小さいほどピット数が減少することがわかった。この結果から、真空引きする際の減圧速度はなるべく小さいことが望ましいことがわかった。たとえば、４×１０³ Ｐａ／ｍｉｎ以下の減圧速度とすればよい。

［実験例３］
実施例１の基板処理のステップＳ４０において、成長圧力まで戻す際のキャリアガスの流速を変化させて、実験例１と同様にしてピット数を測定した。

図６は、ピット数とキャリアガスの流速との関係を示したグラフである。図６のように、流速の増加に伴いピット数が増加することがわかった。２インチ基板でチップサイズが３ｍｍ角の場合、９０％以上の歩留りを得るにはピット数が２個以下である必要があるが、図６からそのためにはキャリアガスの流速が０．５ｃｍ／ｓ以下であればよいことがわかった。

図７は、実施例２のパワーＭＯＳＦＥＴの構成を示した図である。実施例２のパワーＭＯＳＦＥＴは、基板１０と、基板１０上に順に積層された第１のｎ層２１、ｐ層２２、第２のｎ層２３と、ドレイン電極２４、ゲート電極２５、ソース電極２６、ｐボディ電極２７と、ゲート絶縁膜２８と、を有している。なお、基板１０は実施例１と同様である。

第１のｎ層２１は、基板１０上に接して位置する厚さ１０〜１５μｍのｎ−ＧａＮからなる層である。Ｓｉ濃度は１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下、Ｃ（炭素）濃度は１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下である。

ｐ層２２は、第１のｎ層２１上に接して位置する厚さ０．５〜１μｍのｐ−ＧａＮからなる層である。Ｍｇ濃度は１×１０¹⁸〜１×１０²⁰／ｃｍ³ である。

第２のｎ層２３は、ｐ層２２上の一部領域に接して位置する厚さ０．１〜０．５μｍのｎ−ＧａＮからなる層である。Ｓｉ濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³ 以上、Ｃ（炭素）濃度は１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下である。また、第２のｎ層２３の一部領域には、深さが第１のｎ層２１に達する溝２９が形成されていて、その溝２９の底面２９ａには第１のｎ層２１が露出し、側面２９ｂには第１のｎ層２１、ｐ層２２、第２のｎ層２３が露出している。

ドレイン電極２４は、基板１０裏面（第１のｎ層２１側とは反対側の面）に接して位置しており、たとえば基板１０裏面側から順にＴｉ、Ａｌを積層した材料からなる。

ゲート絶縁膜２８は、第２のｎ層２３表面から溝２９側面２９ｂ、さらに溝２９底面２９ａと連続して膜状に設けられている。ゲート絶縁膜２８は、たとえばＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、ＳｉＮなどからなる。

ゲート電極２５は、ゲート絶縁膜２８を介して第２のｎ層２３表面から溝２９側面２９ｂ、さらに溝２９底面２９ａと連続して設けられている。ゲート電極２５は、たとえばＡｌなどからなる。

ｐボディ電極２７は、ｐ層２２の表面（第１のｎ層２１側の面）のうち、第２のｎ層２３が形成されずに露出した領域に接して位置している。ｐボディ電極２７は、たとえばｐボディ電極２７側から順にＶ、Ａｌを積層した材料からなる。

ソース電極２６は、第２のｎ層２３上に位置している。ソース電極２６は、たとえばドレイン電極２４と同一材料である。

実施例２のパワーＭＯＳＦＥＴは、溝２９側面２９ｂに露出するｐ層２２側面をチャネルとして動作し、ゲート電極２５への電圧印加によってドレイン電極２４とソース電極２６との間の電流を制御するトレンチゲート型の構造である。実施例２のパワーＭＯＳＦＥＴでは、第１のｎ層２１および第２のｎ層２３のＣ濃度を１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下とすることにより耐圧性能の向上を図っている。

次に、実施例２のＭＯＳＦＥＴの製造工程について、図８を参照に説明する。

まず、基板１０上に半導体層を形成する前に、実施例１と同様に基板処理を行う。すなわち、図２のフローチャートに示した工程を行う。これにより、基板１０上にIII 族窒化物半導体を成長させる前に基板１０上の異物を十分に低減する。

続いて、原料ガスとドーパントガスをＭＯＣＶＤ装置内に供給し、基板１０上に、第１のｎ層２１、ｐ層２２、第２のｎ層２３の順に積層する（図８（ａ）参照）。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）、ｎ型ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ₄ ）、ｐ型ドーパントガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ ）、キャリアガスとしてＨ₂ である。

第１のｎ層２１および第２のｎ層２３の形成において、圧力は２５〜１００ｋＰａ、温度は、９００〜１０５０℃、Ｖ／ＩＩＩ比（トリメチルガリウム供給量に対するアンモニア供給量の比）は、２５００〜１００００とした。このような条件で成長させることで、Ｃ濃度を１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下とすることができ、耐圧性能の向上を図ることができる。また、第１のｎ層２１の形成において、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下となるように、第２のｎ層２３の形成において、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³ 以上となるように、シランの供給量を調整する。

また、ｐ層２２の形成において、圧力は２５〜１００ｋＰａ、温度は、９００〜１０５０℃、Ｖ／ＩＩＩ比は１〜５００とするのがよい。このような条件で成長させることで、Ｃ濃度を５×１０¹⁶／ｃｍ³ 以上とすることができ、チャネル移動度の向上を図ることができる。また、Ｍｇ濃度が１×１０¹⁸〜１×１０²⁰／ｃｍ³ となるようにシクロペンタジエニルマグネシウムの供給量を調整する。

次に、ＭＯＣＶＤ装置からウェハを取り出してドライエッチング装置内に配置し、第２のｎ層２３の一部をドライエッチングしてｐ層２２表面を一部露出させる。また、第２のｎ層２３の一部領域を第１のｎ層２１に達する深さまでエッチングして溝２９を形成する（図８（ｂ）参照）。

次に、ドライエッチング装置からウェハを取り出してアニール装置内に配置し、窒素雰囲気で７００〜９００℃で５〜６０分間、熱処理を行う。これによりｐ層２２のＭｇを活性化させ、ｐ層２２をｐ型化する。

次に、アニール装置からウェハを取り出して蒸着装置内に配置し、溝２９の底面２９ａ、側面２９ｂ、および第２のｎ層２３表面の溝２９近傍の領域に連続してゲート絶縁膜２８を蒸着により形成し（図８（ｃ）参照）、さらに基板１０裏面、ｐ層２２上、第２のｎ層２３上にドレイン電極２４、ｐボディ電極２７、ソース電極２６を形成する。また、ゲート絶縁膜２８を介して、溝２９の底面２９ａ、側面２９ｂ、および第２のｎ層２３表面の溝２９近傍の領域に連続してゲート電極２５を形成する。以上により図７に示す実施例２のパワーＭＯＳＦＥＴを作製する。

実施例２のパワーＭＯＳＦＥＴは、基板１０上に第１のｎ層２１を形成する前に、実施例１と同様に基板処理をしている。そのため、基板１０上の異物が低減された状態で第１のｎ層２１を形成することができ、異物に起因して第１のｎ層２１、ｐ層２２、第２のｎ層２３にピットが発生するのを低減することができる。その結果、１のウェハから得られるすべての素子で均一な耐圧性を得ることができ、耐圧歩留りを向上させることができる。

実施例３は、図９のように、実施例１、２の図２の基板処理においてステップＳ２０とステップＳ３０との間に基板１０を加熱して熱処理する工程を加えたものである（ステップＳ２５）。熱処理はキャリアガス雰囲気、圧力１０ｋ〜１０１ｋＰａ、２００〜１０５０℃で０．５〜５分間行う。キャリアガス雰囲気に限らず不活性ガスで行ってもよい。

この基板熱処理を行うことで、基板１０上に異物が付着するのをさらに抑制することができるため、半導体素子の耐圧歩留りをさらに向上させることができる。

より望ましい基板１０の熱処理条件は以下の通りである。圧力は３０ｋ〜５０ｋＰａとすることがより望ましく、さらに望ましくは３０ｋ〜４０ｋＰａである。温度は５００〜１０５０℃とすることがより望ましく、さらに望ましくは８００〜１０５０℃である。熱処理時間は１〜５分間とすることがより望ましく、さらに望ましくは３〜５分間である。

［各種変形例］
実施例１〜３ではIII 族窒化物半導体の成長基板としてＧａＮからなる基板を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、III 族窒化物半導体からなる基板であればよい。ＧａＮ以外にたとえば、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどの基板を用いてもよい。また、実施例では基板にｎ型不純物をドープしているが、ノンドープやｐ型不純物ドープであってもよい。

また、実施例１〜３では、気相成長装置としてＭＯＣＶＤ装置を用いてIII 族窒化物半導体を結晶成長させているが、III 族窒化物半導体の気相成長装置として従来知られている他のものを用いる場合についても、本発明を適用することができる。たとえば、ＨＶＰＥ装置である。

また、実施例１ではショットキーバリアダイオード、実施例２ではパワーＭＯＳＦＥＴの例を示したが、本発明は任意の半導体素子に適用することができる。たとえば、ＬＥＤ、ＬＤなどの発光素子や、バイポーラトランジスタなどにも本発明は適用することができ、実施例１、２と同様に１のウェハから得られるすべての素子で均一な耐圧性を得ることができ、耐圧歩留りを向上させることができる。

本発明によれば、III 族窒化物半導体素子の耐圧歩留りを向上させることができるため、パワーデバイスなどに有効である。

１０：基板
１１：ｎ層
１２：ショットキー電極
１３：オーミック電極
２１：第１のｎ層
２２：ｐ層
２３：第２のｎ層
２４：ドレイン電極
２５：ゲート電極
２６：ソース電極
２７：ｐボディ電極
２８：ゲート絶縁膜
２９：溝

Claims (8)

1. III 族窒化物半導体からなる基板を気相成長装置内に配置する前に、前記気相成長装置内をIII 族窒化物半導体の成長温度以上に加熱しながら、前記気相成長装置内にガス流入口からキャリアガスを導入し、そのキャリアガスの前記ガス流入口における流速を、第１の流速と前記第１の流速よりも遅い第２の流速とを交互に繰り返して周期的に脈動させる第１工程と、
   前記基板を前記気相成長装置内に配置した後、前記基板上にIII 族窒化物半導体を結晶成長させる前に、前記気相成長装置内をIII 族窒化物半導体の成長温度以下として前記気相成長装置内を真空引きし、その後キャリアガスを供給してIII 族窒化物半導体を成長させる成長圧力に戻す第２工程と、
   前記第２工程後、前記基板上にIII 族窒化物半導体からなる半導体層を形成する第３工程と、
   を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 前記第１工程におけるキャリアガスの流速の周期的な脈動は、繰り返し回数を５〜５０回とする、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
3. 前記第１の流速と前記第２の流速との差を１〜５０ｍ／ｓとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記第１の流速は、５０ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
5. 前記第２工程における真空引きは、減圧速度を４×１０³ Ｐａ／ｍｉｎ以下とする、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
6. 前記第２工程における真空引きは、前記気相成長装置内の圧力が２×１０^-3Ｐａ以下となるまで行う、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
7. 前記第２工程において真空引き後に前記成長圧力まで戻す際のキャリアガスの前記ガス流入口における流速は、５０ｃｍ／ｓ以下とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
8. 前記第１工程後、前記第２工程の前に、キャリアガス雰囲気で前記基板を熱処理する第４工程を有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。

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