JP6597253B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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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）から主に形成される窒化ガリウム層と、ＧａＮ基板のＮ面と接する電極層と、を備える半導体基板が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、窒化ガリウム層と、窒化ガリウム層のＮ面と接する電極層との接触抵抗を改善する方法として、窒化ガリウム層のＮ面に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を形成した後、フッ酸によりこの絶縁層を全て除去する方法が開示されている。特許文献１には、さらに、窒化ガリウム層と、窒化ガリウム層のＮ面と接する電極層との接触抵抗を改善する方法として、フッ酸によりこの絶縁層を全て除去した後に、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や熱リン酸（Ｈ３ＰＯ４）によるウェットエッチングを行う方法が開示されている。
しかし、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や熱リン酸（Ｈ３ＰＯ４）によるウェットエッチングを行う場合、窒化ガリウム層のＧａ面を保護するために、ウェットエッチング前に窒化ガリウム層のＧａ面に保護膜を別途形成する必要がある。また、この場合、ウェットエッチング後に保護膜を除去する必要がある。このため、従来の製造方法では、煩雑な作業が必要であるという課題があり、製造の容易化が望まれていた。
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。
［形態１］本開示の一形態によれば、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、窒化ガリウム層と、前記窒化ガリウム層のＧａ面である表面の一部と接する第１の電極層と、前記第１の電極層と接していない前記表面と前記第１の電極層とを覆う絶縁層と、を備える窒化ガリウム基板を準備する準備工程と、前記窒化ガリウム基板のＮ面である裏面に、ウェットエッチングを行うエッチング工程と、前記エッチング工程の後に、前記絶縁層を貫通して前記第１の電極層まで達する開口部を形成する開口部形成工程と、前記開口部に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、を備える。前記ウェットエッチングは、ＴＭＡＨ（Tetra-methyl-ammonium hydroxide）を用いて行われる。前記第２の電極層形成工程では、前記第２の電極層は、前記開口部を形成する前記第１の電極層から前記絶縁層の表面まで達するように形成される。
［形態１］本開示の一形態によれば、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、窒化ガリウム層と、前記窒化ガリウム層のＧａ面である表面の一部と接する第１の電極層と、前記第１の電極層と接していない前記表面と前記第１の電極層とを覆う絶縁層と、を備える窒化ガリウム基板を準備する準備工程と、前記窒化ガリウム基板のＮ面である裏面に、ウェットエッチングを行うエッチング工程と、前記エッチング工程の後に、前記絶縁層を貫通して前記第１の電極層まで達する開口部を形成する開口部形成工程と、前記開口部に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、を備える。前記ウェットエッチングは、ＴＭＡＨ（Tetra-methyl-ammonium hydroxide）を用いて行われる。前記第２の電極層形成工程では、前記第２の電極層は、前記開口部を形成する前記第１の電極層から前記絶縁層の表面まで達するように形成される。
（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、窒化ガリウム層と、前記窒化ガリウム層のＧａ面である表面の一部と接する第１の電極層と、前記第１の電極層と接していない前記表面と前記第１の電極層とを覆う絶縁層と、を備える窒化ガリウム基板を準備する準備工程と、前記窒化ガリウム基板のＮ面である裏面に、ウェットエッチングを行うエッチング工程と、前記エッチング工程の後に、前記絶縁層を貫通して前記第１の電極層まで達する開口部を形成する開口部形成工程と、前記開口部に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、を備える。この形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の一部を構成する絶縁層を、ウェットエッチングにおいて窒化ガリウム層の表面を保護する機能を有するマスク（保護層）として利用することができる。この結果として、半導体装置の製造の容易化を図ることができる。
（２）上述の製造方法において、前記絶縁層は、前記窒化ガリウム層と接する層から順に、酸化アルミニウムから形成される層と、酸化ケイ素から形成される層と、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、酸化アルミニウムから形成される層は、窒化ガリウム層と密着性が高いため、これらの層の密着性を向上させることができる。また、この形態の半導体装置の製造方法によれば、酸化ケイ素から形成される層が酸化アルミニウムから形成される層を覆うため、エッチング工程において絶縁層が削れることを抑制できる。
（３）上述の製造方法において、前記絶縁層の厚みは、２ｎｍ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、ウェットエッチングにおいて、窒化ガリウム層の表面をより確実に保護することができる。
（４）上述の製造方法において、前記絶縁層は、酸化ケイ素から形成され、前記絶縁層の厚みは、５ｎｍ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、ウェットエッチングにおいて、窒化ガリウム層の表面をより確実に保護することができる。
（５）上述の製造方法において、前記ウェットエッチングは、ＴＭＡＨ（Tetra-methyl-ammonium hydroxide）を用いて行われてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、ＴＭＡＨはエッチング速度が遅いため、窒化ガリウム層の結晶品質に起因する凹凸の高さのばらつきを抑制できる。
（６）上述の製造方法において、前記第２の電極層形成工程では、前記第２の電極層は、前記開口部を形成する前記第１の電極層から前記絶縁層の表面まで達するように形成されてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、フィールドプレート構造を有する半導体装置を製造することができる。
（７）上述の製造方法において、エッチング工程の後、かつ、前記開口部形成工程の前において、前記窒化ガリウム基板の裏面に裏面電極層を形成する裏面電極層形成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、開口部形成工程において窒化ガリウム基板の裏面に不純物が付着することを抑制できる。この結果として、開口部形成工程後に裏面電極層形成工程を行う場合と比較して、窒化ガリウム基板と裏面電極層との接触抵抗が上昇することを抑制できる。
（８）上述の製造方法において、前記絶縁層は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸窒化ジルコニウム、窒化ケイ素、および酸化ハフニウムからなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備えてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の一部を構成する絶縁層を、ウェットエッチングにおいて窒化ガリウム層の表面を保護する機能を有するマスク（保護層）として利用することができる。この結果として、半導体装置の製造の容易化を図ることができる。
（９）上述の製造方法において、前記開口部形成工程において、前記開口部は、ウェットエッチングにより形成されてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の一部を構成する絶縁層を、ウェットエッチングにおいて窒化ガリウム層の表面を保護する機能を有するマスク（保護層）として利用することができる。この結果として、半導体装置の製造の容易化を図ることができる。
（１０）上述の製造方法において、前記開口部形成工程において、前記開口部は、ドライエッチングにより形成されてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の一部を構成する絶縁層を、ウェットエッチングにおいて窒化ガリウム層の表面を保護する機能を有するマスク（保護層）として利用することができる。この結果として、半導体装置の製造の容易化を図ることができる。
（１１）上述の製造方法において、前記第１の電極層は、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、およびモリブデンからなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備えてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の一部を構成する絶縁層を、ウェットエッチングにおいて窒化ガリウム層の表面を保護する機能を有するマスク（保護層）として利用することができる。この結果として、半導体装置の製造の容易化を図ることができる。
（１２）上述の製造方法において、前記第２の電極層は、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、およびモリブデンからなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備えてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の一部を構成する絶縁層を、ウェットエッチングにおいて窒化ガリウム層の表面を保護する機能を有するマスク（保護層）として利用することができる。この結果として、半導体装置の製造の容易化を図ることができる。
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、半導体装置の一部を構成する絶縁層を、ウェットエッチングにおいて窒化ガリウム層の表面を保護する機能を有するマスク（保護層）として利用することができる。この結果として、半導体装置の製造の容易化を図ることができる。
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。
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、窒化ガリウム層１３０と、絶縁層１８０と、第１の電極層１６０と、第２の電極層１９０と、裏面電極層１７０とを備える。窒化ガリウム層１３０は、第１の半導体層１１０と第２の半導体層１２０とを備える。
半導体装置１０の第１の半導体層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、第１の半導体層１１０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）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。
第１の半導体層１１０の−Ｚ軸方向の面はＮ面であり、裏面とも呼ぶ。本実施形態の第１の半導体層１１０の裏面には、後述するウェットエッチングにより微細な凹凸が形成されている。第１の半導体層１１０の裏面に凹凸を備えることにより、第１の半導体層１１０と裏面電極層１７０との接触抵抗をより低減することができる。
半導体装置１０の第２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、第２の半導体層１２０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）から主に形成され、ケイ素（Ｓｉ）をドナーとして含有する。第２の半導体層１２０は、第１の半導体層１１０の＋Ｚ軸方向側に積層されている。第２の半導体層１２０の＋Ｚ軸方向の面はＧａ面であり、表面とも呼ぶ。
半導体装置１０の第１の電極層１６０は、導電性を有し、第２の半導体層１２０にショットキー接合された電極である。第１の電極層１６０は、第２の半導体層１２０の表面（+Ｚ軸方向側の面）の一部に形成されている。本実施形態において、第１の電極層１６０は、第２の半導体層１２０と接する層から順に、ニッケル（Ｎｉ）から形成されるニッケル層と、パラジウム（Ｐｄ）から形成されるパラジウム層と、モリブデン（Ｍｏ）から形成されるモリブデン層とを備える。実施形態において、ニッケル層の厚みは１００ｎｍであり、パラジウム層の厚みは１００ｎｍであり、モリブデン層の厚みは２０ｎｍである。
半導体装置１０の絶縁層１８０は、電気絶縁性を有し、第１の電極層１６０と、第１の電極層１６０に接していない第２の半導体層１２０の＋Ｚ軸方向側の面と、を覆う。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。
本実施形態において、絶縁層１８０の厚みは、１００ｎｍである。後述するウェットエッチング工程において、第２の半導体層１２０の表面（+Ｚ軸方向側の面）を保護する観点から、絶縁層１８０の膜厚は、２ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上がさらに好ましい。一方、絶縁層１８０の膜厚は、半導体装置１０を小型化する観点から、１００００ｎｍ以下が好ましく、１０００ｎｍ以下がより好ましく、８００ｎｍ以下がさらに好ましい。なお、絶縁層１８０の膜厚を１００００ｎｍ以下とすることにより、開口部１８５の表面から底面までの距離が短くなり、フィールドプレート構造による電界集中緩和効果を向上させることができるため、好ましい。本実施形態において、絶縁層１８０は、第２の半導体層１２０と接する層から順に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）から形成される層と、酸化ケイ素（ＳＯ２）から形成される層とを備える。
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の第２の電極層１９０は、パッド電極や引き出し配線用の電極として設けられた電極層である。第２の電極層１９０は、開口部１８５により露出する第１の電極層１６０の上に形成されている。第２の電極層１９０は、一般に、ショットキー電極層である第１の電極層１６０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む。また、第２の電極層１９０は、一般に、第１の電極層１６０よりも厚く設けることが多い。
本実施形態において、第２の電極層１９０は、第１の電極層１６０と接する層から順に、チタン（Ｔｉ）により形成されるチタン層と、窒化チタン（ＴｉＮ）から形成される窒化チタン層と、チタン（Ｔｉ）により形成されるチタン層と、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から形成されるアルミニウムシリコン層とを備える。本実施形態において、第２の電極層１９０の各層の厚みは、第１の電極層１６０と接する層から順に、２０ｎｍ（チタン層の厚み）、２００ｎｍ（窒化チタン層の厚み）、２０ｎｍ（チタン層の厚み）、２０００ｎｍ（アルミニウム層の厚み）である。第２の電極層１９０および第１の電極層１６０が、ショットキーバリアダイオードとしての半導体装置１０のアノード電極となる。
半導体装置１０の裏面電極層１７０は、第１の半導体層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。裏面電極層１７０は、第１の半導体層１１０と接する層から順に、（ｉ）チタン（Ｔｉ）から形成されるチタン層と、（ｉｉ）主に、アルミニウム（Ａｌ）から形成されるアルミニウム層と、（ｉｉｉ）チタン（Ｔｉ）から形成されるチタン層と、（ｉｖ）窒化チタン（ＴｉＮ）から形成される窒化チタン層と、（ｖ）チタン（Ｔｉ）から形成されるチタン層と、（ｖｉ）銀（Ａｇ）から形成される銀層と、を備える。本実施形態において、裏面電極層１７０の各層の厚みは、第１の半導体層１１０と接する層から順に、３０ｎｍ（チタン層の厚み）、３００ｎｍ（アルミニウム層の厚み）、１０ｎｍ（チタン層の厚み）、１０００ｎｍ（窒化チタン層の厚み）、１０ｎｍ（チタン層の厚み）、５０００ｎｍ（銀層の厚み）である。裏面電極層１７０が、ショットキーバリアダイオードとしての半導体装置１０のカソード電極となる。
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、窒化ガリウム基板２０を準備する準備工程を行う。本実施形態において、工程Ｐ１００は、工程Ｐ１１０と、工程Ｐ１１５と、工程Ｐ１２０と、を備える。
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、窒化ガリウム基板２０を準備する準備工程を行う。本実施形態において、工程Ｐ１００は、工程Ｐ１１０と、工程Ｐ１１５と、工程Ｐ１２０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第１の半導体層１１０の上に第２の半導体層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、第１の半導体層１１０上に第２の半導体層１２０を形成する。
第２の半導体層１２０を形成した（工程Ｐ１１０）後、製造者は、工程Ｐ１１５において、第２の半導体層１２０のＧａ面である表面（+Ｚ軸方向側の面）上に、第２の半導体層１２０の一部と接する第１の電極層１６０を形成する。なお、図３に示すように、第１の半導体層１１０の裏面には、後に詳述する変質層１１５が存在する。
図３は、第１の電極層１６０が形成された状態を示す模式図である。本実施形態において、製造者は、第１の電極層１６０をＥＢ（Electron Beam）蒸着装置を用いてリフトオフ法により形成する。
第１の電極層１６０を形成した（工程Ｐ１１５）（図２参照）後、製造者は、工程Ｐ１２０において、絶縁層１８０を形成する。具体的には、絶縁層１８０が、第１の電極層１６０と接していない第２の半導体層１２０の表面と、第１の電極層１６０の+Ｚ軸方向側の面とに接するように、製造者は絶縁層１８０を形成する。
図４は、絶縁層１８０が形成された状態を示す模式図である。本実施形態において、製造者は、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により、絶縁層１８０を形成する。本実施形態において、製造者は、絶縁層１８０として、まず、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）から形成される層を形成し、次に、酸化ケイ素（ＳＯ２）から形成される層を形成する。
以上により、準備工程（工程Ｐ１００）（図２参照）が完了する。つまり、準備工程（工程Ｐ１００）により、窒化ガリウム層１３０と、窒化ガリウム層１３０のＧａ面である表面の一部と接する第１の電極層１６０と、第１の電極層１６０と接していない窒化ガリウム層１３０の表面及び第１の電極層１６０とに接する絶縁層１８０と、を備える窒化ガリウム基板２０が得られる。なお、本実施形態では、窒化ガリウム基板２０を作製しているが、予め作製された窒化ガリウム基板２０を用いてもよい。
準備工程（工程Ｐ１００）の後、製造者は、工程Ｐ１３０において、窒化ガリウム基板２０のＮ面である裏面（−Ｚ軸方向の面）に、ウェットエッチングを行う。工程Ｐ１３０を、エッチング工程とも呼ぶ。本実施形態において、エッチャントとして、ＴＭＡＨ（Tetra-methyl-ammonium hydroxide）溶液を用いる。本実施形態において、ＴＭＡＨ溶液の濃度は、２２質量％とする。なお、エッチャントとして、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液や水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、熱燐酸（Ｈ３ＰＯ４）溶液を用いてもよい。
エッチング工程（工程Ｐ１３０）を行うことにより、第１の半導体層１１０の裏面（−Ｚ軸方向側の面）に存在する変質層１１５を除去することができる。変質層１１５は、第２の半導体層１２０の裏面（−Ｚ軸方向側の面）に存在する層である。変質層１１５は、第１の半導体層１１０の裏面（−Ｚ軸方向側の面）のコンタクト抵抗が高くなる原因と考えられる層である。窒化物半導体から形成される第１の半導体層１１０のＮ面は、炭素（Ｃ）を吸着しやすい。また、第１の半導体層１１０のＮ面に吸着された炭素（Ｃ）はＮ面において安定に存在し続ける。このため、変質層１１５は、炭素（Ｃ）を含む層であるとが考えられる。また、エッチング工程（工程Ｐ１３０）を行うことにより、第１の半導体層１１０の裏面（−Ｚ軸方向側の面）に凹凸を形成することができる。
図５は、工程Ｐ１３０を行った後の状態を示す模式図である。本実施形態におけるＴＭＡＨ溶液の温度は、６０℃である。また、ウェットエッチング時間は、第１の半導体層１１０の凹凸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。
エッチング工程（工程Ｐ１３０）（図２参照）後、製造者は、工程Ｐ１４０において、絶縁層１８０を貫通して第１の電極層１６０まで達する開口部１８５を形成する。工程Ｐ１４０を、開口部形成工程とも呼ぶ。本実施形態では、製造者は、まず、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する。
図６は、レジストパターン１４０が形成された状態を示す模式図である。レジストパターン１４０の形成後、製造者は、絶縁層１８０のエッチングを行う。
図７は、エッチングが行われた状態を示す模式図である。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。本実施形態では、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）溶液を用いたウェットエッチングを行う。エッチングの後、製造者は、レジストパターン１４０を除去する。本実施形態では、製造者は、フォトレジストをアセトン（ＣＨ３ＣＯＣＨ３）に５分浸すことにより、レジストパターン１４０を除去する。以上により、エッチング工程（工程Ｐ１４０）が完了する。
図８は、開口部１８５が形成された状態を示す模式図である。絶縁層１８０に開口部１８５を形成した（工程Ｐ１４０）（図２参照）後、製造者は、工程Ｐ１５０において、第１の半導体層１１０の裏面（−Ｚ軸方向側の面）に金属膜である裏面電極層１７０を形成する。工程Ｐ１５０を、裏面電極層形成工程とも呼ぶ。
図９は、裏面電極層１７０が形成された状態を示す模式図である。本実施形態では、製造者は、まず、第１の半導体層１１０と接する層から順に、（ｉ）チタン層と、（ｉｉ）アルミニウム層と、を形成する。その後、製造者は、窒素（Ｎ２）雰囲気において、４５０℃で３０分間の熱処理を行う。そして、製造者は、（ｉｉ）アルミニウム層の上に、（ｉｉｉ）チタン層と、（ｉｖ）窒化チタン層と、（ｖ）チタン層と、（ｖｉ）銀層と、をこの順に形成する。本実施形態において、裏面電極層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。なお、熱処理は窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）が混合された雰囲気において行なわれてもよい。
裏面電極形成工程（工程Ｐ１５０）の後、製造者は、工程Ｐ１６０において、絶縁層１８０の開口部１８５により露出する第１の電極層１６０の上及び絶縁層１８０の上に、第２の電極層１９０を形成する。つまり、製造者は、開口部１８５を形成する第１の電極層１６０から絶縁層１８０の表面まで達するように第２の電極層１９０を形成する。
本実施形態では、製造者は、第２の電極層１９０として、第１の電極層１６０と接する層から順に、チタン層と、窒化チタン層と、チタン層と、アルミニウムシリコン層とを形成する。本実施形態では、製造者は、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。
これらの工程を経て、半導体装置１０が完成する。
この形態の半導体装置１０の製造方法では、エッチング工程（工程Ｐ１３０）の後に、開口部形成工程（工程Ｐ１４０）を経て、第２の電極層１９０を形成する。
一方、特許文献１（特許第４９１６４３４号）に記載の製造方法を用いて、本実施形態の半導体装置１０を製造する場合、以下のような工程を経ると考えられる。
図１０から図１８は、特許文献１の記載から想定される製造方法の各工程における半導体装置の中間体の状態を示す図である。まず、製造者は、第１の半導体層１１０Ａと第２の半導体層１２０Ａとを備える窒化ガリウム層１３０Ａの上に保護膜２００Ａを形成する（図１０参照）。次に、製造者は、第１の半導体層１１０ＡのＮ面である裏面（−Ｚ軸方向の面）にウェットエッチングを行うことにより、変質層１１５Ａを除去する（図１１参照）。
次に、製造者は、窒化ガリウム層１３０Ａから保護膜２００Ａを除去する（図１２参照）。そして、窒化ガリウム層１３０ＡのＮ面である裏面に裏面電極層１７０Ａを形成後（図１３参照）、製造者は、窒化ガリウム層１３０ＡのＧａ面である表面（＋Ｚ軸方向側の面）上に、第１の電極層１６０Ａを形成する（図１４参照）。
その後、製造者は、第１の電極層１６０Ａと接していない第２の半導体層１２０Ａの表面と、第１の電極層１６０Ａの＋Ｚ軸方向側の面とに接するように、絶縁層１８０Ａを形成する（図１５参照）。そして、製造者は、絶縁層１８０Ａの上にレジストパターン１４０Ａの形成後（図１６参照）、エッチングを行うことにより、開口部１８５Ａを形成する（図１７参照）。
製造者は、レジストパターン１４０Ａを除去後（図１８参照）、絶縁層１８０Ａにより露出する第１の電極層１６０Ａの上および絶縁層１８０Ａの上に第２の電極層１９０を形成することにより、図１と同様の半導体装置１０を得る。
以上に説明した従来の製造方法では、ウェットエッチングを行う場合、窒化ガリウム層１３０ＡのＧａ面を保護するために、ウェットエッチング前に窒化ガリウム層１３０ＡのＧａ面に保護膜２００Ａを別途形成する必要がある。また、この場合、ウェットエッチング後に保護膜２００Ａを除去する必要がある。
一方、本実施形態の半導体装置１０の製造方法によれば、半導体装置１０の一部を構成する絶縁層１８０を、ウェットエッチングにおいて窒化ガリウム層１３０の表面を保護する機能を有するマスク（保護層）として利用することができる。このため、本実施形態の半導体装置１０の製造方法は、保護膜２００Ａの形成および除去の工程を経ずに、半導体装置１０を製造できる。この結果として、半導体装置１０の製造の容易化を図ることができ、かつ、製造時間の短縮化を図ることができる。また、本実施形態の半導体装置１０の製造方法によれば、保護膜２００Ａの形成および除去による窒化ガリウム層１３０のＧａ面の汚染を防止できる。この結果として、窒化ガリウム層１３０のＧａ面の汚染に起因する半導体装置１０のリーク電流の発生を防止できる。
また、エッチング工程（工程Ｐ１３０）前において、絶縁層１８０の表面（＋Ｚ軸方向側の面）に不純物が付着した場合においても、エッチング工程（工程Ｐ１３０）によって不純物が取り除かれる。この結果、開口部形成工程（工程Ｐ１４０）において、絶縁層１８０とレジストパターン１４０との密着性が向上することにより、開口部１８５を形成する際のエッチングにおいて、サイドエッチングが抑制され、開口部１８５の形成精度を向上させることができる。また、絶縁層１８０と第２の電極層１９０との密着性についても向上することにより、フィールドプレート構造による電界集中緩和効果を向上させることができる。
また、本実施形態の半導体装置１０の製造方法によれば、エッチング工程（工程Ｐ１３０）を行うことにより、第１の半導体層１１０の裏面（−Ｚ軸方向側の面）に凹凸を形成することができる。この結果、第１の半導体層１１０と裏面電極層１７０と接触面積が増加し、第１の半導体層１１０と裏面電極層１７０とのコンタクト抵抗を低減できる。
また、本実施形態の半導体装置１０の製造方法において、絶縁層１８０は、窒化ガリウム層１３０と接する層から順に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から形成される層と、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成される層と、を備える。酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から形成される層は、窒化ガリウム層１３０と密着性が高いため、これらの層の密着性を向上させることができる。また、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成される層が酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から形成される層を覆うため、エッチング工程（工程Ｐ１３０）において絶縁層１８０が削れることを抑制できる。
また、本実施形態の半導体装置１０の製造方法において、前記ウェットエッチングは、ＴＭＡＨを用いて行われる。ＴＭＡＨはエッチング速度が遅いため、窒化ガリウム層１３０の結晶品質に起因する凹凸の高さのばらつきを抑制できる。
また、第２の電極層形成工程（工程Ｐ１６０）では、第２の電極層１９０は、開口部１８５を形成する第１の電極層１６０から絶縁層１８０の表面まで達するように形成される。このため、この形態の製造方法によれば、フィールドプレート構造を有する半導体装置を製造することができる。この結果として、絶縁層１８０と第２の電極層１９０とが接触する部分の端部における電界を緩和することができる。
Ｂ．その他の実施形態
本発明は、上述の実施形態、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、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。
本発明は、上述の実施形態、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、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、裏面電極形成工程（工程Ｐ１５０）は、開口部形成工程（工程Ｐ１４０）の後、第２の電極層形成工程（工程Ｐ１６０）の前に行われている。しかし、本発明はこれに限られない。裏面電極形成工程（工程Ｐ１５０）は、エッチング工程（工程Ｐ１３０）の後、かつ、開口部形成工程（工程Ｐ１４０）の前において行われてもよい。このようにすることにより、開口部形成工程（工程Ｐ１４０）において窒化ガリウム基板２０の裏面に不純物が付着することを抑制できる。この結果として、開口部形成工程後に裏面電極層形成工程を行う場合と比較して、窒化ガリウム基板２０と裏面電極層１７０との接触抵抗が上昇することを抑制できる。
上述の実施形態において、絶縁層１８０は、窒化ガリウム層１３０と接する層から順に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から形成される層と、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成される層と、を備える。しかし、本発明はこれに限られない。絶縁層としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸窒化ジルコニウム（ＺｒＯＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）からなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備えてもよい。絶縁層が、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成される場合、絶縁層の厚みを５ｎｍ以上とすることにより、エッチング工程（工程Ｐ１３０）において窒化ガリウム層１３０の表面をより確実に保護することができる。
上述の実施形態において、絶縁層１８０を形成する手法として、ＣＶＤ法を用いる。しかし、本発明はこれに限られない。絶縁層を形成する手法として、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法や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、第２の電極層形成工程（工程Ｐ１６０）では、第２の電極層１９０は、開口部１８５を形成する第１の電極層１６０から絶縁層１８０の表面まで達するように形成される。しかし、本発明はこれに限られない。第２の電極層形成工程（工程Ｐ１６０）では、第２の電極層１９０は、開口部１８５を形成する第１の電極層１６０の表面のみに形成されていてもよい。
上述の実施形態において、第１の電極層１６０は、第２の半導体層１２０と接する層から順に、ニッケル（Ｎｉ）から形成されるニッケル層と、パラジウム（Ｐｄ）から形成されるパラジウム層と、モリブデン（Ｍｏ）から形成されるモリブデン層とを備える。しかし、本発明はこれに限られない。第１の電極層１６０は、例えば、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備えてもよい。
上述の実施形態において、第２の電極層１９０は、第１の電極層１６０と接する層から順に、チタン（Ｔｉ）により形成されるチタン層と、窒化チタン（ＴｉＮ）から形成される窒化チタン層と、チタン（Ｔｉ）により形成されるチタン層と、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から形成されるアルミニウムシリコン層とを備える。しかし、本発明はこれに限られない。第２の電極層１９０は、例えば、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備えてもよい。
上述の実施形態において、窒化ガリウム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、窒化ガリウム層１３０は、第１の半導体層１１０と第２の半導体層１２０との２層を備える。しかし、本発明はこれに限らない。窒化ガリウム層１３０は、１層でもよく、３層以上でもよい。
１０…半導体装置
２０…窒化ガリウム基板
１１０…第１の半導体層
１１０Ａ…第１の半導体層
１１５…変質層
１１５Ａ…変質層
１２０…第２の半導体層
１２０Ａ…第２の半導体層
１３０…窒化ガリウム層
１３０Ａ…窒化ガリウム層
１４０…レジストパターン
１４０Ａ…レジストパターン
１６０…第１の電極層
１６０Ａ…第１の電極層
１７０…裏面電極層
１７０Ａ…裏面電極層
１８０…絶縁層
１８０Ａ…絶縁層
１８５…開口部
１８５Ａ…開口部
１９０…第２の電極層
２００Ａ…保護膜
２０…窒化ガリウム基板
１１０…第１の半導体層
１１０Ａ…第１の半導体層
１１５…変質層
１１５Ａ…変質層
１２０…第２の半導体層
１２０Ａ…第２の半導体層
１３０…窒化ガリウム層
１３０Ａ…窒化ガリウム層
１４０…レジストパターン
１４０Ａ…レジストパターン
１６０…第１の電極層
１６０Ａ…第１の電極層
１７０…裏面電極層
１７０Ａ…裏面電極層
１８０…絶縁層
１８０Ａ…絶縁層
１８５…開口部
１８５Ａ…開口部
１９０…第２の電極層
２００Ａ…保護膜
Claims (10)
- 窒化ガリウム層と、前記窒化ガリウム層のＧａ面である表面の一部と接する第１の電極層と、前記第１の電極層と接していない前記表面と前記第１の電極層とを覆う絶縁層と、を備える窒化ガリウム基板を準備する準備工程と、
前記窒化ガリウム基板のＮ面である裏面に、ウェットエッチングを行うエッチング工程と、
前記エッチング工程の後に、前記絶縁層を貫通して前記第１の電極層まで達する開口部を形成する開口部形成工程と、
前記開口部に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、を備え、
前記ウェットエッチングは、ＴＭＡＨ（Tetra-methyl-ammonium hydroxide）を用いて行われ、
前記第２の電極層形成工程では、前記第２の電極層は、前記開口部を形成する前記第１の電極層から前記絶縁層の表面まで達するように形成される、半導体装置の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁層は、前記窒化ガリウム層と接する層から順に、酸化アルミニウムから形成される層と、酸化ケイ素から形成される層と、を備える、半導体装置の製造方法。 - 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、
前記絶縁層の厚みは、２ｎｍ以上である、半導体装置の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁層は、酸化ケイ素から形成され、
前記絶縁層の厚みは、５ｎｍ以上である、半導体装置の製造方法。 - 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、
前記エッチング工程の後、かつ、前記開口部形成工程の前において、
前記窒化ガリウム基板の前記裏面に裏面電極層を形成する裏面電極層形成工程を備える、半導体装置の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁層は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸窒化ジルコニウム、窒化ケイ素、および酸化ハフニウムからなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備える、半導体装置の製造方法。 - 請求項１から請求項６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、
前記開口部形成工程において、前記開口部は、ウェットエッチングにより形成される、半導体装置の製造方法。 - 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、
前記開口部形成工程において、前記開口部は、ドライエッチングにより形成される、半導体装置の製造方法。 - 請求項１から請求項８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、
前記第１の電極層は、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、およびモリブデンからなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備える、半導体装置の製造方法。 - 請求項１から請求項９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、
前記第２の電極層は、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、およびモリブデンからなる群より選ばれた少なくとも一つを含む層を備える、半導体装置の製造方法。
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