JP6436036B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置として、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物から主に形成される１つ以上の半導体層と、半導体層の（０００−１）面と接する電極層と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１）。半導体層の（０００−１）面と接する電極層との密着性及び導電性を向上させる観点から、特許文献１には、窒化ガリウム基板の（０００−１）面をウェットエッチングすることにより、窒化ガリウム基板の（０００−１）面に凹凸を形成した後、この面に電極層を形成する方法が記載されている。

特開２００４−７１６５７号公報

しかし、本発明者らが窒化ガリウム基板の（０００−１）面に凹凸を形成した結果、凹凸の高さのばらつきが生じることがあることを発見した。また、その後、発明者らが凹凸を形成した窒化ガリウム基板の面に電極層を形成したところ、凹凸の高さのばらつきに起因して、窒化ガリウム基板と電極層との密着性や導電性が低い部分があることを発見した。

このため、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物半導体における凹凸の高さのばらつきを抑制する技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、
ＩＩＩ族窒化物の半導体基板の第１の面に処理を行なう第１の面処理工程と、
前記第１の面処理工程の後、前記第１の面とは異なる面であり、（０００−１）面である第２の面に、酸素とオゾンとの少なくとも一つを用いてプラズマ処理を行なうプラズマ工程と、
前記プラズマ工程の後、ウェットエッチングを行なうことにより、前記第２の面に凹凸を形成する凹凸形成工程であって、前記ウェットエッチングは、ＴＭＡＨを用いて行なわれ、前記ウェットエッチングの溶液温度は６０℃以下である、凹凸形成工程と、
前記凹凸形成工程の後、前記第２の面に金属膜を形成する膜形成工程と、
を備え、
前記凹凸形成工程を経ることにより、前記凹凸の高さを、２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とする、半導体装置の製造方法である。また、本発明は以下の形態として実現することもできる。

（１）本発明の一形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法は、ＩＩI族窒化物の半導体基板の第１の面に処理を行なう第１の面処理工程と、前記第１の面処理工程の後、前記第１の面とは異なる面であり、（０００−１）面である第２の面に、酸素とオゾンとの少なくとも一つを用いてプラズマ処理を行なうプラズマ工程と、前記プラズマ工程の後、ウェットエッチングを行なうことにより、前記第２の面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、前記凹凸形成工程の後、前記第２の面に金属膜を形成する膜形成工程と、を備える。この形態の半導体装置の製造方法によれば、凹凸の高さのばらつきを抑制することができる。

（２）上述の製造方法において、前記ウェットエッチングは、ＴＭＡＨを用いて行なわれてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、ＴＭＡＨは比較的低温で扱うことができ、溶液温度の制御が容易であるため、基板の結晶品質に起因する凹凸の高さのばらつきを吸収できる。

（３）上述の製造方法において、前記プラズマ処理の処理時間は、０．５分以上としてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、凹凸の高さのばらつきを抑制することができる。

（４）上述の製造方法において、前記プラズマ処理の処理時間は、１２０分以下としてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、凹凸の高さのばらつきを抑制することができる。

（５）上述の製造方法において、前記ウェットエッチングの溶液温度は６０℃以下としてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、溶液温度の制御が容易であり、エッチング速度の制御が容易であるため、基板の結晶品質に起因する凹凸の高さのばらつきを吸収できる。

（６）上述の製造方法において、前記ウェットエッチングの処理時間は、１分以上としてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、基板と金属膜との導電性を高くするために必要な高さの凹凸を形成することができる。

（７）上述の製造方法において、前記ウェットエッチングの処理時間は、１０分以下としてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、基板と金属膜との密着性が低下しないために必要な高さの凹凸を形成することができる。

（８）上述の製造方法において、前記膜形成工程の後、熱処理を行う熱処理工程を備えてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、基板と金属膜との導電性を高くすることができる。

（９）上述の製造方法において、前記熱処理は、３５０℃以上５５０℃以下で行われてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、基板と金属膜との密着性や導電性を高くすることができる。

（１０）上述の製造方法において、前記半導体基板は、主に、窒化ガリウムにより形成されていてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、より確実に凹凸の高さのばらつきを抑制することができる。

本発明は、半導体装置の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、半導体装置や、半導体装置の製造方法により半導体装置を製造する製造装置などの形態で実現することができる。

本願発明の半導体装置の製造方法によれば、凹凸の高さのばらつきを抑制することができる。

第１実施形態における半導体装置１０の構成を模式的に示す断面図。 半導体装置１０の製造方法を示す工程図。 配線層１６０が形成された状態を示す模式図。 プラズマ処理が行われている状態を示す模式図。 ウェットエッチング後の状態を示す模式図。 上記効果を裏付ける評価試験の結果を示す図。 密着性及び接触抵抗と凹凸１１５の高さとの関係を示す図。

Ａ．第１実施形態
Ａ−１．半導体装置の構成
図１は、第１実施形態における半導体装置１０の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態では、半導体装置１０は、縦型のショットキーバリアダイオードである。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。

図１のＸＹＺ軸のうち、Ｘ軸は、図１の紙面左から紙面右に向かう軸であり、＋Ｘ軸方向は、紙面右に向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、紙面左に向かう方向である。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｙ軸は、図１の紙面手前から紙面奥に向かう軸であり、＋Ｙ軸方向は、紙面奥に向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、紙面手前に向かう方向である。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｚ軸は、図１の紙面下から紙面上に向かう軸であり、＋Ｚ軸方向は、紙面上に向かう方向であり、−Ｚ軸方向は、紙面下に向かう方向である。

半導体装置１０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いて形成されたＧａＮ系の半導体装置である。半導体装置１０は、基板１１０と、半導体層１２０と、配線層１６０と、絶縁層１８０と、ショットキー電極１９０と、裏面電極１７０とを備える。

半導体装置１０の基板１１０は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って広がる半導体層である。本実施形態では、基板１１０は、ＩＩＩ族窒化物から主に形成され、ケイ素（Ｓｉ）をドナーとして含有するｎ型半導体層である。本実施形態では、ＩＩＩ族窒化物として、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いる。本明細書において、「主に形成される」とは、モル分率において９０％以上含有することを示す。本実施形態では、基板１１０として、約５．０ｃｍ以上の基板を用いる。

基板１１０の＋Ｚ軸方向の面である表面は（０００１）面であり、第１の面とも呼ぶ。一方、基板１１０の−Ｚ軸方向の面である裏面は、（０００−１）面であり、第２の面とも呼ぶ。本実施形態の基板１１０の第２の面には、凹凸１１５が形成されている。凹凸１１５の高さＨは、基板１１０と裏面電極１７０との接触抵抗をより低減するため、２００ｎｍ以上が好ましく、３００ｎｍ以上がより好ましい。また、凹凸１１５の高さＨは、基板１１０と裏面電極１７０との密着性を向上させるため、２０００ｎｍ以下が好ましい。凹凸１１５の高さＨとは、−Ｚ軸方向における凹凸１１５の幅をいう。本実施例における凹凸１１５の高さＨは、約５００ｎｍである。

半導体装置１０の半導体層１２０は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って広がるｎ型半導体層である。本実施形態では、半導体層１２０は、ＩＩＩ族窒化物から主に形成され、ケイ素（Ｓｉ）をドナーとして含有する。本実施形態では、ＩＩＩ族窒化物として、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いる。半導体層１２０は、基板１１０の＋Ｚ軸方向側に積層されている。半導体層１２０は、界面１２１を有する。界面１２１は、半導体層１２０が広がるＸＹ平面に沿うとともに＋Ｚ軸方向を向いた面である。本実施形態において、半導体層１２０の膜厚は１０μｍであり、ドナー濃度は１×１０^１６ｃｍ^−３である。

半導体装置１０の絶縁層１８０は、電気絶縁性を有し、半導体層１２０の＋Ｚ軸方向側の面を被覆する。絶縁層１８０は、特に材料に限定されないが、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の少なくとも一つを含む酸化物や窒化物、酸窒化物を挙げることができる。絶縁層１８０は、単層でもよく、複数の層から形成されていてもよい。絶縁層１８０の膜厚は、例えば、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。本実施形態において、絶縁層１８０は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）から形成され、絶縁層１８０の厚みは、１００ｎｍである。

絶縁層１８０には、絶縁層１８０を貫通する開口部１８５が形成されている。開口部１８５は、ウェットエッチングとドライエッチングとの少なくとも一方により形成される。本実施形態では、開口部１８５は、ウェットエッチングにより形成される。

半導体装置１０のショットキー電極１９０は、導電性を有し、半導体層１２０の界面１２１にショットキー接合された電極である。ショットキー電極１９０は、半導体層１２０の界面１２１及び絶縁層１８０の上に形成されている。本実施形態において、ショットキー電極１９０は、主にニッケル（Ｎｉ）から形成されるニッケル層であり、ニッケル層の厚みは、１００ｎｍである。ショットキー電極１９０の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。

半導体装置１０の配線層１６０は、パッド電極や引き出し配線用の電極としてショットキー電極の上に設けられた電極層である。配線層１６０は、ショットキー電極１９０の上および絶縁層１８０の上に形成されている。配線層１６０は、一般的に、ショットキー電極層よりも抵抗が小さくなるよう、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などの比較的抵抗率の低い金属合金を含み、ショットキー電極１９０よりも厚く設けることが多い。また、配線層１６０の膜厚は、例えば、２０００ｎｍ以上とすることができる。

本実施形態において、配線層１６０は、アルミニウム（Ａｌ）を含む層である。本実施形態において、配線層１６０は、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から形成されている。配線層１６０は、アルミニウム（Ａｌ）にシリコン（Ｓｉ）が１％添加されたアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から形成されている。なお、配線層１６０としては、主に、アルミニウムにより形成されている層としてもよい。また、配線層１６０は、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）から形成されていてもよい。本実施形態において、アルミニウム層の厚みは、２０００ｎｍである。配線層１６０およびショットキー電極１９０が、ショットキーバリアダイオードのアノード電極となる。

半導体装置１０の裏面電極１７０は、基板１１０の−Ｚ軸方向側の面にオーミック接合された電極である。裏面電極１７０は、基板１１０と接する層から順に、（ｉ）オーミック層１７１としての、チタン（Ｔｉ）から形成されるチタン層と、主に、アルミニウム（Ａｌ）から形成されるアルミニウム層と、（ｉｉ）バリアメタル層１７３としての、窒化チタン（ＴｉＮ）から形成される窒化チタン層と、（ｉｉｉ）ボンディングメタル層１７５としての、（ｉｖ）銀（Ａｇ）から形成される銀層と、を備える。

オーミック層１７１としてのチタン層の膜厚は、基板１１０と裏面電極１７０との接触抵抗を低減させるために、１０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以下が好ましい。オーミック層１７１として、チタン層の変わりに、バナジウム（Ｖ）を含むバナジウム層としてもよい。オーミック層１７１としてのアルミニウム層の膜厚は、基板１１０と裏面電極１７０との接触抵抗を低減させるために、２００ｎｍ以上が好ましく、５００ｎｍ以下が好ましい。

基板１１０と裏面電極１７０との密着性を向上させるために、バリアメタル層１７３の膜厚は、基板１１０の凹凸１１５の高さＨよりも大きいことが好ましく、基板１１０の凹凸１１５の高さＨの２倍以上がより好ましく、基板１１０の凹凸１１５の高さＨの３倍以上がさらに好ましい。好ましい範囲とすることにより、基板１１０の凹凸１１５の高さＨに対してバリアメタル層１７３の膜厚が小さいことに起因して生じるオーミック層１７１とボンディングメタル層１７５との接触を抑制できる。また、バリアメタル層１７３の応力により基板１１０からバリアメタル層１７３が剥がれることを抑制するため、バリアメタル層１７３の膜厚は、２０００ｎｍ以下とすることが好ましい。

バリアメタル層１７３としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つから形成される層を挙げることができる。バリアメタル層１７３は、単層としてもよく、複数の層としてもよい。

ボンディングメタル層１７５としては、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ｃｕ）の少なくとも一つから形成される層を挙げることができる。ボンディングメタル層１７５は、単層としてもよく、複数の層としてもよい。ボンディングメタル層１７５の膜厚は、１００ｎｍ以上が好ましい。一方、ボンディングメタル層１７５の膜厚は、１００００ｎｍ以下が好ましく、５０００ｎｍ以下がより好ましい。

本実施形態において、オーミック層１７１としてのチタン層の厚みは３０ｎｍであり、オーミック層１７１としてのアルミニウム層の厚みは３００ｎｍであり、バリアメタル層１７３としての窒化チタン層の厚みは１０００ｎｍであり、ボンディングメタル層１７５としての銀層の厚みは１００ｎｍである。

Ａ−２．半導体装置の製造方法
図２は、半導体装置１０の製造方法を示す工程図である。半導体装置１０を製造する際には、製造者は、まず、工程Ｐ１００において、基板１１０の（０００１）面に以下に説明する処理を行う。基板１１０の（０００１）面は、基板１１０の第１の面であり、工程Ｐ１００は、第１の面処理工程とも呼ぶ。工程Ｐ１００は、工程Ｐ１１０と、工程Ｐ１１５と、工程Ｐ１１７と、工程Ｐ１２０と、工程Ｐ１３０と、を備える。

まず、製造者は、工程Ｐ１１０において、エピタキシャル成長によって基板１１０の上に半導体層１２０を形成する。本実施形態では、製造者は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を実現するＭＯＣＶＤ装置を用いたエピタキシャル成長によって、基板１１０上に半導体層１２０を形成する。

半導体層１２０を形成した（工程Ｐ１１０）後、製造者は、工程Ｐ１１５において、半導体層１２０の上に、絶縁層１８０を形成する。本実施形態では、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により、絶縁層１８０が形成される。

絶縁層１８０を形成した（工程Ｐ１１５）後、製造者は、工程Ｐ１１７において、絶縁層１８０に開口部１８５を形成する。本実施形態では、製造者は、絶縁層１８０の上にポジ型フォトレジストを用いてパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、開口部１８５を形成する。エッチングとしては、ドライエッチングを用いてもよく、ウェットエッチングを用いてもよく、ドライエッチングとウェットエッチングとを組み合わせて用いてもよい。ドライエッチングに使用するガスとしては、例えば、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）が挙げられる。ウェットエッチングに使用する溶液としては、例えば、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）溶液、フッ酸（ＨＦ）溶液が挙げられる。

絶縁層１８０に開口部１８５を形成した（工程Ｐ１１７）後、製造者は、工程Ｐ１２０において、絶縁層１８０の開口部１８５により露出する半導体層１２０の界面１２１の上及び絶縁層１８０の上に、ショットキー電極１９０を形成する。

本実施形態では、製造者は、半導体層１２０の界面１２１側から順に、ニッケル層と、パラジウム層と、モリブデン層とを形成する。本実施形態では、ＥＢ（Electron Beam）蒸着により形成する。なお、ＥＢ蒸着に代えて、例えば、抵抗加熱蒸着を用いてもよく、スパッタ法を用いてもよい。

ショットキー電極１９０を形成した（工程Ｐ１２０）後、製造者は、工程Ｐ１３０において、絶縁層１８０及びショットキー電極１９０の上に、配線層１６０を形成する。本実施形態では、ＥＢ蒸着により形成する。

図３は、配線層１６０が形成された状態を示す模式図である。以上により、第１の面処理工程（工程Ｐ１００）が完了する。

第１の面処理工程（工程Ｐ１００）が完了した後、製造者は、工程Ｐ１４０において、基板１１０の−Ｚ軸方向側の面である第２の面に、酸素（Ｏ_２）とオゾン（Ｏ_３）との少なくとも一つを用いてプラズマ処理を行う。工程Ｐ１４０は、プラズマ工程とも呼ぶ。

本実施形態におけるプラズマ処理は、基板１１０の（０００−１）面（第２の面）に存在する付着物を除去することを目的としており、基板１１０の形状を加工する目的はない。一方、ドライエッチングは、基板１１０の形状を加工する目的で行われる。

本実施形態におけるプラズマ処理に使用するガスとして、酸素（Ｏ_２）とオゾン（Ｏ_３）との少なくとも一つを用いる。一方、ドライエッチングに使用するガスとしては、例えば、塩素（Ｃｌ）系のガスや、塩素（Ｃｌ）系のガスと酸素（Ｏ_２）との混合ガスを用いる。塩素（Ｃｌ）系のガスとしては、例えば、塩素（Ｃｌ_２）、塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）が挙げられる。塩素系のガスと酸素（Ｏ_２）との混合ガスの混合比（塩素（Ｃｌ）系のガス対酸素（Ｏ_２））は、例えば、９対１としてもよい。つまり、本実施形態におけるプラズマ処理に使用するガスとして、基板１１０を腐食するガスを用いない。

また、本実施形態におけるプラズマ処理の高周波電力は、例えば、５０Ｗ以上２００Ｗ以下としてもよい。本実施形態におけるプラズマ処理の高周波電力は、１００Ｗである。一方、ドライエッチングの高周波電力は、例えば、３００Ｗから４００Ｗである。つまり、プラズマ処理の高周波電力は、ドライエッチングの高周波電力と比較して小さい。換言すると、プラズマ処理の高周波電力は、ドライエッチングの高周波電力と比較して、プラズマ密度が低く、また、プラズマによりイオン化したイオン種の密度が低い。

本実施形態のプラズマ処理における装置内圧力は、５０Ｐａ以上が好ましく、本実施形態では、１５０Ｐａである。一方、ドライエッチングにおける装置内圧力は、例えば、０．１Ｐａから１Ｐａである。つまり、プラズマ処理における装置内圧力は、ドライエッチングにおける装置内圧力と比較して、高い。圧力が低いと、プラズマによりイオン化したイオン種の平均自由行程が長く、散乱の影響を受けにくいため、イオン種の衝突エネルギーが失われにくい。逆に、圧力が高いと、プラズマによりイオン化したイオン種の平均自由行程が短く、散乱の影響を受けるため、イオン種の衝突エネルギーが低くなる。つまり、本実施形態のプラズマ処理における衝突エネルギーは、基板１１０に対してイオンエッチングがされないほどの低エネルギーである。

また、ドライエッチングにおいて、イオン種やラジカル種を試料に向けて加速するため、バイアス電力を、例えば、１００Ｗから４００Ｗ印加する。しかし、本実施形態におけるプラズマ処理においては、バイアス電力を印加しない。つまり、ドライエッチングでは、イオンが試料に向けて加速する。一方、本実施形態のプラズマ処理では、イオンが試料に向けて加速しない。このため、本実施形態のプラズマ処理では、ドライエッチングと比較して、イオンの衝突エネルギーが極めて小さい。つまり、本実施形態のプラズマ処理では、原則としてイオンエッチングされず、本実施形態のプラズマ処理におけるプラズマ密度および衝突エネルギーは、基板１１０に対してイオンエッチングがされないほどの低密度および低エネルギーである。

また、ドライエッチングにおいて、基板１１０に対してラジカルエッチングを行う作用がある。一方、本実施形態のプラズマ処理において、装置内において基板１１０に対するラジカルエッチャントを含まない。このため、本実施形態のプラズマ処理において、基板１１０に対してラジカルエッチングを行う作用はない。

図４は、プラズマ処理が行われている状態を示す模式図である。本実施形態においてプラズマ処理に使用するガスは酸素（Ｏ_２）である。プラズマ処理は、基板１１０の第２の面（（０００−１）面）に存在する付着物を除去する機能を有する。プラズマ処理の時間は、基板１１０の第２の面（（０００−１）面）に存在する付着物をより確実に除去するため、０．５分以上が好ましく、２分以上がより好ましく、４分以上がさらに好ましい。半導体装置１０の製造時間を削減する観点から、プラズマ処理の時間は、１２０分以下が好ましい。本実施形態において、プラズマ処理の時間は、４分である。

プラズマ工程（工程Ｐ１４０）後、製造者は、工程Ｐ１５０において、基板１１０第２の面（（０００−１）面）にウェットエッチングを行う。この工程により、基板１１０の第２の面に凹凸１１５が形成される。工程Ｐ１５０は、凹凸形成工程とも呼ぶ。

図５は、ウェットエッチング後の状態を示す模式図である。図５から、ウェットエッチングにより、基板１１０の第２の面（−Ｚ軸方向側の面）に凹凸１１５が形成されていることが分かる。

本実施形態では、エッチャントとして、ＴＭＡＨ（Tetra-methyl-ammonium hydroxide）を含む溶液を用いるが、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液や水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、燐酸（Ｈ_３ＰＯ_４）溶液を用いてもよい。

本実施形態における溶液温度は、６０℃である。溶液温度を６０℃以下とすることにより、半導体装置１０を大量に作製する場合、それぞれの基板１１０の結晶品質に起因する凹凸１１５のばらつきを吸収できる。また、ウェットエッチング時間は、基板１１０の凹凸１１５の高さを好ましい範囲とする観点から、１分以上１０分以下とすることが好ましい。本実施形態のエッチング時間は、５分である。

凹凸形成工程（工程Ｐ１５０）後、製造者は、工程Ｐ１６０において、基板１１０の第２の面（−Ｚ軸方向側の面）を酸溶液により洗浄する。本実施形態では、酸溶液としてフッ酸（ＨＦ）溶液を用いるが、希フッ酸（ＤＨＦ）溶液、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）溶液を用いてもよい。確実に洗浄を行うため、洗浄時間は０．５分以上が好ましい。本実施形態の洗浄時間は０．５分である。

基板１１０の洗浄をした（工程Ｐ１６０）後、製造者は、工程Ｐ１７０において、基板１１０の第２の面（−Ｚ軸方向側の面）に金属膜である裏面電極１７０を形成する。工程Ｐ１７０は、膜形成工程本実施形態では、製造者は、基板１１０の−Ｚ軸方向側に、（ｉ）オーミック層１７１としての、チタン層及びアルミニウム層と、（ｉｉ）バリアメタル層１７３としての窒化チタン層と、（ｉｉｉ）ボンディングメタル層１７５としての銀層と、をこの順に形成する。本実施形態において、裏面電極１７０の形成は、スパッタ法を用いるが、蒸着法を用いてもよい。

裏面電極１７０を形成した（工程Ｐ１７０）後、製造者は、工程Ｐ１８０において、熱処理を行なう。工程Ｐ１８０は、熱処理工程とも呼ぶ。熱処理の温度は、３５０℃以上が好ましく、５５０℃以下が好ましい。本実施形態における熱処理は、窒素雰囲気において４００℃３０分行なう。なお、熱処理は窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）が混合された雰囲気において行なわれてもよい。

これらの工程を経て、半導体装置１０が完成する。

基板１１０の（０００−１）面である第２の面には、付着物が付着することがある。付着物のなかにはエッチングを妨げる働きがあるものがある。しかし、本実施形態の半導体装置１０製造方法は、エッチングを行う工程である凹凸形成工程（工程Ｐ１５０）の前に、第２の面から付着物を除去するプラズマ工程（工程Ｐ１４０）を備える。このため、凹凸形成工程（工程Ｐ１５０）において、基板１１０の（０００−１）面である第２の面が均一にエッチングされ、この結果として、凹凸１１５の高さのばらつきが抑制される。この結果として、基板１１０と裏面電極１７０との接触抵抗が低減でき、また、基板１１０と裏面電極１７０との密着性が向上する。なお、エッチングを妨げる働きがある付着物は、特に、第１の面処理工程（工程Ｐ１００）において、基板１１０の（０００−１）面である第２の面へ付着することがある。このため、第１の面処理工程（工程Ｐ１００）後、プラズマ工程（工程Ｐ１４０）を経て、凹凸形成工程（工程Ｐ１５０）を行うことにより、基板１１０の（０００−１）面である第２の面への付着物を除去でき、この結果として、基板１１０と裏面電極１７０との接触抵抗が低減でき、また、基板１１０と裏面電極１７０との密着性が向上する。

なお、裏面電極１７０を形成後に、第１の面処理工程（工程Ｐ１００）を行う場合、第１の面処理工程（工程Ｐ１００）の中の絶縁層１８０を形成する工程（工程Ｐ１１５）において、絶縁層を形成する装置内の金属汚染が発生するおそれがある。しかし、本発明の実施形態によれば、第１の面処理工程（工程Ｐ１００）の後に裏面電極１７０を形成するため、このようなおそれは生ぜず、好ましい。

また、本実施形態の凹凸形成工程（工程Ｐ１５０）では、エッチャントとしてＴＭＡＨ溶液を用いる。エッチャントとしてＴＭＡＨ溶液を用いる場合、エッチャントとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液や燐酸（Ｈ_３ＰＯ_４）溶液を用いる場合と比較して、エッチングは低温で行われる。このため、エッチャントとしてＴＭＡＨ溶液を用いる場合、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液や燐酸（Ｈ_３ＰＯ_４）溶液を用いる場合と比較して、溶液温度の制御が容易であるため、溶液温度に起因する基板１１０のエッチング速度のばらつきを小さくすることができる。このため、半導体装置１０を大量に作製する場合、各基板１１０の結晶品質に起因する凹凸１１５のばらつきを吸収できる。この結果、凹凸形成工程（工程Ｐ１５０）後の基板１１０の凹凸１１５の高さのばらつきを抑制できる。このため、基板１１０と裏面電極１７０との接触抵抗がより低減でき、また、基板１１０と裏面電極１７０との密着性がより向上する。

Ａ−３．試験結果
図６は、上記効果を裏付ける評価試験の結果を示す図である。評価試験には、以下の試料を用いた。実施例は、上記製造方法により作製したものである。一方、比較例は、プラズマ工程（工程Ｐ１４０）を行わずに作製したものである。実施例と比較例は、プラズマ工程（工程Ｐ１４０）の実施の有無以外は同じ工程により作製された。

図６は、比較例と実施例とのそれぞれについての、（ｉ）裏面電極を形成した（工程Ｐ１７０）後における基板１１０の−Ｚ軸方向の面を撮影した写真と、（ｉｉ）基板１１０の−Ｚ軸方向の面における中央付近の断面画像と、（ｉｉｉ）基板１１０の−Ｚ軸方向の面における周辺付近の断面画像と、を示す。断面画像は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）により取得した。

また、図６において、基板１１０の−Ｚ軸方向の面における中央付近の断面画像内の凹凸１１５の高さＨＡと、基板１１０の−Ｚ軸方向の面における周辺付近の断面画像内の凹凸１１５の高さＨＢとが記載されており、比較例と実施例とのそれぞれにおけるＨＡとＨＢとの比（ＨＡ：ＨＢ）についても記載されている。

図６の（ｉｉ）基板１１０の−Ｚ軸方向の面における中央付近の断面画像と、（ｉｉｉ）基板１１０の−Ｚ軸方向の面における周辺付近の断面画像とから、以下のことが分かる。つまり、比較例においては、基板１１０の−Ｚ軸方向の面の中央付近における凹凸１１５の高さＨＡと、基板１１０の−Ｚ軸方向の面の周辺付近の断面画像内の凹凸１１５の高さＨＢとが大きく異なる。具体的には、比較例における凹凸１１５の高さＨＡは０．１４μｍであり、凹凸１１５の高さＨＢは１．１３μｍであるため、ＨＡとＨＢとの比（ＨＡ：ＨＢ）は約１：８である。一方、実施例においては、基板１１０の−Ｚ軸方向の面の中央付近における凹凸１１５の高さＨＡと、基板１１０の−Ｚ軸方向の面の周辺付近の断面画像内の凹凸１１５の高さＨＢとが略均一である。具体的には、実施例における凹凸１１５の高さＨＡは０．８８μｍであり、凹凸１１５の高さＨＢは０．８６μｍであるため、ＨＡとＨＢとの比（ＨＡ：ＨＢ）は約１：１である。

この違いは、図６の（ｉ）裏面電極を形成した（工程Ｐ１７０）後における基板１１０の−Ｚ軸方向の面を撮影した写真からも分かる。つまり、実施例の写真では、基板１１０の−Ｚ軸方向の面における中央付近と、基板１１０の−Ｚ軸方向の面における周辺付近とが同じ色である。しかし、比較例の写真では、基板１１０の−Ｚ軸方向の面における中央付近と、基板１１０の−Ｚ軸方向の面における周辺付近とが異なる色である。比較例におけるこの色の差は、基板１１０の凹凸１１５の高さの違いに起因すると考えられる。

以上の結果から、プラズマ工程（工程Ｐ１４０）後に、凹凸形成工程（工程Ｐ１５０）を行うことにより、基板１１０の凹凸１１５の高さのばらつきが抑制できることが分かる。

なお、比較例の結果から、エッチングを妨げる働きがある付着物が、特に、基板１１０の−Ｚ軸方向側の面における中央付近に付着しやすいことが推測され、この結果、基板１１０の−Ｚ軸方向側の面における中央付近の凹凸１１５の高さが、基板１１０の−Ｚ軸方向側の面における周辺付近の凹凸１１５の高さに比べて低くなっているのではないかと考えられる。

また、（ｉ）基板１１０と裏面電極１７０との密着性及び基板１１０と裏面電極１７０との接触抵抗と、（ｉｉ）凹凸１１５の高さとの関係を示す結果を以下に示す。

図７は、密着性及び接触抵抗と凹凸１１５の高さとの関係を示す図である。評価試験には、以下の複数の試料を用いた。具体的には、試験者は、まず、上記製造方法で用いた基板を用意し、基板の−Ｚ軸方向の面に対してＴＭＡＨ溶液によるウェットエッチングを行った。ＴＭＡＨ溶液の温度は、６０℃とした。各試料は、それぞれ処理時間が異なる。具体的には、処理時間を、１０秒もの試料と、３０秒の試料と、１分の試料と、２分の試料と、５分の試料と、３０分の試料とを用意した。そして、試験者は、それぞれの試料に対して、基板の−Ｚ軸方向の面にオーミック層としてチタン層とアルミニウム層とをこの順に、形成した。チタン層の膜厚は３０ｎｍであり、アルミニウム層の膜厚は３００ｎｍである。その後、４００℃３０分の熱処理を行った。試験者は、伝送長法（ＴＬＭ：Transfer length method）を用いて、各試料の基板とオーミック層との界面における接触抵抗を測定した。測定のｎ数は５である。その後、試験者は、試料を劈開し、ＳＥＭによる画像を用いて凹凸の高さを測定した。

図７は、縦軸は接触抵抗（Ωｃｍ^２）を示し、横軸は凹凸の高さ（ｎｍ）を示す。図７の結果から、以下のことが分かる。つまり、凹凸の高さを高くするほど、接触抵抗が下がる傾向にあることが分かる。例えば、接触抵抗を５．０×１０^−５Ωｃｍ^２とするためには、凹凸の高さを２００ｎｍ以上とすることが好ましい。しかし、凹凸の高さを５００ｎｍ以上としても、接触抵抗はそれほど変わらないことが図６から分かる。反対に、凹凸の高さを、裏面電極のバリアメタル層の高さ以上とすると、裏面電極のオーミック層と裏面電極のボンディングメタル層とがバリアメタル層を介さずに接触してしまうおそれがある。この結果、裏面電極と基板との密着性が低下する。このため、凹凸の高さは、バリアメタル層の高さよりも小さくすることが好ましい。本実施形態の半導体装置１０では、バリアメタル層１７３の応力により基板１１０からバリアメタル層１７３が剥がれることを抑制するため、基板１１０と裏面電極１７０との密着性の観点から、バリアメタル層１７３の膜厚は、２０００ｎｍ以下とすることが好ましい。このため、凹凸の高さについても、２０００ｎｍ以下とすることが好ましい。

以上の結果より、凹凸の高さのばらつきが大きい場合、凹凸の高さのばらつきが小さい場合と比較して、場所により基板の−Ｚ軸方向の面の場所によって、基板と電極との接触抵抗や基板と電極との密着性が異なることが分かる。

Ｂ．その他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上述の実施形態において、ＩＩＩ族窒化物として窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いているが、本発明はこれに限られない。ＩＩＩ族窒化物としては、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を用いてもよい。

上述の実施形態において、絶縁層の各層を形成する手法は、ＡＬＤ法やＣＶＤ法に限らず、スパッタ法や塗布法などであってもよい。

上述の実施形態において、ショットキー電極１９０は、主にニッケル（Ｎｉ）から形成されるニッケルである。しかし、本発明はこれに限られない。ショットキー電極１９０としては、半導体層１２０と接する層から順に、（ｉ）ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、の少なくとも一つから形成される層と、その上に、（ｉｉ）モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の少なくとも一つから形成される窒化物および／または酸化物層とを備えてもよい。

上述の実施形態において、配線層１６０は、アルミニウム（Ａｌ）を含む層である。しかし、本発明はこれに限られない。配線層１６０を複数の層としてもよい。配線層１６０を複数の層とする場合、例えば、ショットキー電極１９０の上に、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一つから形成される層を備え、その上に、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）合金や金（Ａｕ）合金から形成される層を備えてもよい。

上述の実施形態において、ｎ型半導体層に含まれるドナーは、ケイ素（Ｓｉ）に限らず、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、酸素（Ｏ）などであってもよい。

上述の実施形態において、第１の面処理工程（工程Ｐ１００）が完了した後、プラズマ工程（工程Ｐ１４０）を行う。しかし、本発明はこれに限られない。第１の面処理工程（工程Ｐ１００）とプラズマ工程（工程Ｐ１４０）との間に、基板１１０を第２の面から研磨などにより削ることによって、基板１１０の厚さを薄くする工程を設けてもよい。

１０…半導体装置
１１０…基板
１１５…凹凸
１２０…半導体層
１２１…界面
１６０…配線層
１６８…アルミニウム層
１７０…裏面電極
１７１…オーミック層
１７３…バリアメタル層
１７５…ボンディングメタル層
１８０…絶縁層
１８５…開口部
１９０…ショットキー電極

Claims (8)

1. ＩＩＩ族窒化物の半導体基板の第１の面に処理を行なう第１の面処理工程と、
   前記第１の面処理工程の後、前記第１の面とは異なる面であり、（０００−１）面である第２の面に、酸素とオゾンとの少なくとも一つを用いてプラズマ処理を行なうプラズマ工程と、
   前記プラズマ工程の後、ウェットエッチングを行なうことにより、前記第２の面に凹凸を形成する凹凸形成工程であって、前記ウェットエッチングは、ＴＭＡＨを用いて行なわれ、前記ウェットエッチングの溶液温度は６０℃以下である、凹凸形成工程と、
   前記凹凸形成工程の後、前記第２の面に金属膜を形成する膜形成工程と、
   を備え、
   前記凹凸形成工程を経ることにより、前記凹凸の高さを、２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とする、半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記プラズマ処理の処理時間は、０．５分以上である、半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記プラズマ処理の処理時間は、１２０分以下である、半導体装置の製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記ウェットエッチングの処理時間は、１分以上である、半導体装置の製造方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記ウェットエッチングの処理時間は、１０分以下である、半導体装置の製造方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、さらに、
   前記膜形成工程の後、熱処理を行う熱処理工程を備える、半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記熱処理は、３５０℃以上５５０℃以下で行われる、半導体装置の製造方法。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体基板は、窒化ガリウムにより形成されている、半導体装置の製造方法。

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