JP7120051B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、窒化物半導体基板を有する半導体装置の製造方法が開示されている。この製造方法は、絶縁膜形成工程、コンタクトホール形成工程、及び、電極形成工程を有する。絶縁膜形成工程では、窒化物半導体基板の表面に絶縁膜を形成する。コンタクトホール形成工程では、絶縁膜を部分的にドライエッチングすることによってコンタクトホールを形成する。電極形成工程では、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面に接する電極を形成する。

特開２００９－９９６１３号公報

特許文献１の製造方法のコンタクトホール形成工程では、絶縁膜を部分的にドライエッチングすることによってコンタクトホールを形成する。コンタクトホール内に窒化物半導体基板の表面を確実に露出させるためにオーバーエッチングを行う必要がある。このため、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面もドライエッチングされる。したがって、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面にダメージが生じる。このようにダメージを受けた窒化物半導体基板の表面（すなわち、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面）に電極を形成すると、電極の窒化物半導体基板に対する接触抵抗が高くなり、また、当該接触抵抗のばらつきが大きくなるという問題が生じる。したがって、本明細書では、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面にダメージが生じることを抑制しながら、コンタクトホール及び電極を形成する技術を提案する。

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、絶縁膜形成工程と、絶縁膜貼り付け工程と、ダミー基板除去工程と、電極形成工程を有する。前記絶縁膜形成工程では、ダミー基板の表面に、コンタクトホールを有する絶縁膜を形成する。前記絶縁膜貼り付け工程では、窒化物半導体基板の表面に前記ダミー基板の前記表面に形成された前記絶縁膜を貼り付ける。前記ダミー基板除去工程では、前記ダミー基板を除去する。前記電極形成工程では、前記コンタクトホール内の前記窒化物半導体基板の前記表面に接する電極を形成する。

この製造方法では、ダミー基板の表面に、コンタクトホールを有する絶縁膜を形成する。そして、ダミー基板の表面に形成された絶縁膜を、窒化物半導体基板の表面に張り付ける。その後、ダミー基板が除去される。その結果、窒化物半導体基板の表面に、コンタクトホールを有する絶縁膜が残存する。絶縁膜のコンタクトホール内には、窒化物半導体基板の表面が露出する。この方法によれば、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面がドライエッチングされないので、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面にダメージがほとんど生じない。その後、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面に電極が形成される。コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面が有するダメージが小さいので、窒化物半導体基板に対する接触抵抗が低い電極を安定して形成することができる。

絶縁膜形成工程の説明図。 絶縁膜形成工程の説明図。 絶縁膜形成工程の説明図。 素子構造形成工程の説明図。 素子構造形成工程の説明図。 素子構造形成工程の説明図。 素子構造形成工程の説明図。 素子構造形成工程の説明図。 絶縁膜貼り付け工程の説明図。 ダミー基板除去工程の説明図。 ダミー基板除去工程の説明図。 電極形成工程の説明図。

実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。実施形態の製造方法は、絶縁膜形成工程、素子構造形成工程、絶縁膜貼り付け工程、ダミー基板除去工程、及び、電極形成工程を有する。絶縁膜形成工程では、ダミー基板の表面に絶縁膜を形成する。素子構造形成工程では、窒化物半導体基板内に半導体素子構造を形成する。絶縁膜貼り付け工程では、ダミー基板の表面に形成された絶縁膜を、窒化物半導体基板の表面に張り付ける。ダミー基板除去工程では、窒化物半導体基板に張り付けられたダミー基板を除去する。電極形成工程では、窒化物半導体基板の表面に電極を形成する。以下に、各工程について説明する。

（絶縁膜形成工程）
図１～３は、絶縁膜形成工程を示している。ここでは、ダミー基板１２として、シリコンにより構成された半導体基板を用意する。最初に、図１に示すように、ダミー基板１２の表面に絶縁膜１４を形成する。ここでは、熱酸化法によってダミー基板１２の表面を酸化させることによって、絶縁膜１４（すなわち、酸化シリコン膜）を形成する。次に、図２に示すように、絶縁膜１４とダミー基板１２を部分的にドライエッチングすることによって、アライメントマーク１６を形成する。次に、図３に示すように、絶縁膜１４を部分的にドライエッチングすることによって、絶縁膜１４に複数のコンタクトホール１８を形成する。各コンタクトホール１８は、絶縁膜１４を貫通するように形成される。したがって、各コンタクトホール１８内に、ダミー基板１２の表面が露出する。各コンタクトホール１８を形成するときに、コンタクトホール１８内のダミー基板１２の表面がドライエッチングによってダメージを受ける。

（素子構造形成工程）
図４～８は、素子構造形成工程を示している。素子形成工程では、まず、図４に示すように、ｎ型のＧａＮ（窒化ガリウム）により構成されたＧａＮ基板２２上にｎ型のドリフト層２４をエピタキシャル成長させる。さらに、ドリフト層２４上に、ｐ型のボディ層２６をエピタキシャル成長させる。ドリフト層２４とボディ層２６は、ＧａＮにより構成されている。ドリフト層２４のｎ型不純物濃度は、ＧａＮ基板２２のｎ型不純物濃度よりも低い。以下では、ＧａＮ基板２２、ドリフト層２４、及び、ボディ層２６の全体を、窒化物半導体基板２０という。

次に、図５に示すように、ＧａＮ基板２２の下面を部分的にドライエッチングすることによって、アライメントマーク２０ａを形成する。

次に、図６に示すように、ボディ層２６の上面の一部をドライエッチングすることによって、ボディ層２６の上面に溝２６ａを形成する。ここでは、溝２６ａの底面にドリフト層２４が露出するように、溝２６ａを形成する。次に、溝２６ａの内面とボディ層２６の上面に、ｎ型のＧａＮ層２８をエピタキシャル成長させる。ＧａＮ層２８のｎ型不純物濃度は、ドリフト層２４のｎ型不純物濃度と略等しい。

次に、図７に示すように、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）によってＧａＮ層２８を研磨することによって、ボディ層２６の上面よりも上側のＧａＮ層２８を除去する。

次に、図８に示すように、イオン注入によってボディ層２６の一部にｎ型のソース層３０を形成する。より詳細には、まず、ボディ層２６の一部にシリコンイオンを注入する。次に、窒化物半導体基板２０をアニールして、注入したシリコンイオンを活性化させる。これによって、ソース層３０を形成する。

（絶縁膜貼り付け工程）
絶縁膜形成工程と素子構造形成工程が完了したら、図９に示すように、ダミー基板１２の表面に設けられた絶縁膜１４の表面が窒化物半導体基板２０の上面に接触するように、絶縁膜１４を窒化物半導体基板２０に張り付ける。このとき、窒化物半導体基板２０の下面側からアライメントマーク１６とアライメントマーク２０ａを撮影して、絶縁膜１４と窒化物半導体基板２０の相対位置を調節する。これによって、コンタクトホール１８を窒化物半導体基板２０に対して正確に位置決めする。

（ダミー基板除去工程）
次に、図１０に示すように、ＣＭＰによってダミー基板１２の表面を研磨することによって、ダミー基板１２を薄板化する。さらに、図１１に示すように、ダミー基板１２をウェットエッチングすることによって、ダミー基板１２を除去する。その結果、図１１に示すように、窒化物半導体基板２０の上面に、絶縁膜１４が残存する。なお、ダミー基板１２をウェットエッチングするときに、窒化物半導体基板２０がエッチング液に曝される。しかしながら、窒化物半導体基板２０がエッチング液に曝されても、窒化物半導体基板２０にダメージはほとんど生じない。したがって、コンタクトホール１８内に露出する窒化物半導体基板２０の上面にダメージが生じることを抑制することができる。ダミー基板１２を除去したら、窒化物半導体基板２０をアニールして、絶縁膜１４と窒化物半導体基板２０の界面における界面準位密度を低減する。

（電極形成工程）
次に、図１２に示すように、蒸着またはスパッタリングによって、ソース電極４０、ボディ電極４２、ゲート電極４４、及び、ドレイン電極４６を形成する。ソース電極４０は、コンタクトホール１８内で窒化物半導体基板２０の上面に接するように形成される。ソース電極４０は、ソース層３０に接続される。コンタクトホール１８内の窒化物半導体基板２０の上面にダメージがほとんど生じていないので、ソース電極４０はソース層３０に対して低い接触抵抗でオーミック接触する。この製造方法によれば、ソース層３０に対する接触抵抗が低いソース電極４０を安定して形成することができる。ボディ電極４２は、コンタクトホール１８内で窒化物半導体基板２０の上面に接するように形成される。ボディ電極４２は、ボディ層２６に接続される。コンタクトホール１８内の窒化物半導体基板２０の上面にダメージがほとんど生じていないので、ボディ電極４２はボディ層２６に対して低い接触抵抗でオーミック接触する。この製造方法によれば、ボディ層２６に対する接触抵抗が低いボディ電極４２を安定して形成することができる。ゲート電極４４は、絶縁膜１４上に形成される。ドレイン電極４６は、窒化物半導体基板２０の下面に形成される。以上の工程によって、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field effect transistor）の構造が完成する。ゲート電極４４の下部の絶縁膜１４は、ゲート絶縁膜として機能する。その後、窒化物半導体基板２０をダイシングすることで、半導体装置が完成する。ダイシング時に、アライメントマーク２０ａが除去される。

以上に説明したように、本実施形態の製造方法では、ダミー基板１２の表面にコンタクトホール１８を有する絶縁膜１４を形成し、絶縁膜１４を窒化物半導体基板２０の上面に貼り付ける。そして、ダミー基板１２を除去し、窒化物半導体基板２０の上面に絶縁膜１４を残存させる。この方法によれば、コンタクトホール１８内の窒化物半導体基板２０の上面にダメージが生じ難い。したがって、その後にコンタクトホール１８内にソース電極４０及びボディ電極４２を形成するときに、ソース電極４０及びボディ電極４２が窒化物半導体基板２０に対して低い接触抵抗で接触することができる。このように、この製造方法によれば、コンタクトホール１８内に、接触抵抗が低い電極を安定して形成することができる。

また、本実施形態の製造方法では、ダミー基板１２がシリコンにより構成されており、ダミー基板１２を酸化させることで絶縁膜１４を形成する。この方法によれば、高品質の絶縁膜１４を形成することができる。このようにして形成された絶縁膜１４がゲート絶縁膜として利用されるので、本実施形態の製造方法により製造される半導体装置は、優れた特性を有する。

本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。

上述した実施形態の製造方法では、ダミー基板がシリコンにより構成されていてもよい。この場合、絶縁膜が、ダミー基板を酸化することによって形成されてもよい。

この構成によれば、高品質の絶縁膜を形成することができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１２ ：ダミー基板
１４ ：絶縁膜
１６ ：アライメントマーク
１８ ：コンタクトホール
２０ ：窒化物半導体基板
２０ａ ：アライメントマーク
２２ ：ＧａＮ基板
２４ ：ドリフト層
２６ ：ボディ層
２８ ：ＧａＮ層
３０ ：ソース層
４０ ：ソース電極
４２ ：ボディ電極
４４ ：ゲート電極
４６ ：ドレイン電極

Claims (1)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   ダミー基板の表面に、コンタクトホールを有する絶縁膜を形成する工程と、
   窒化物半導体基板の表面に前記ダミー基板の前記表面に形成された前記絶縁膜を貼り付ける工程と、
   前記ダミー基板を除去する工程と、
   前記コンタクトホール内の前記窒化物半導体基板の前記表面に接する電極を形成する工程、
   を有する製造方法。

Images