JP7461325B2 - 酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法および半導体装置 - Google Patents
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Description
本明細書に開示する技術は、酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法、および、酸化ガリウム系半導体基板を用いた半導体装置に関する。
非特許文献１には、酸化ガリウム基板を用いて作製したショットキーバリアダイオードのデバイス構造が開示されている。
W. Li et al., "2.44 kV Ga2O3 vertical trench Schottky barrier diodes with very low reverse leakage current", IEEE International Electron Devices Meeting Tech. Dig., 2018, pp. 193-196.
酸化ガリウム系半導体基板の表面の界面準位を抑制することで、デバイス特性を向上させることが要求されている。例えば、ショットキー接合を形成する場合には、界面準位密度が高くなると、ショットキー障壁高さΦＢが低くなることによりリーク電流が増大してしまう。
本明細書に開示する酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法の一実施形態は、１５０Ｖ以上のセルフバイアスでドライエッチングすることで、酸化ガリウム系半導体基板の表面を平坦化する平坦化工程を備える。酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法は、平坦化工程が行われた酸化ガリウム系半導体基板の表面をＨ２ＳＯ４を含んだ薬液で洗浄することで、表面にステップテラス構造を表出させる工程を備える。
酸化ガリウム系半導体基板の表面に、変質層の薄膜が形成されている場合がある。ドライエッチング時に、変質層が除去できない領域が存在すると、変質層がマスクとなってエッチングが進まないため、表面の粗さが大きくなってしまう。本発明者らは、ドライエッチングのセルフバイアスを１５０Ｖ以上にすることで、この変質層を適切に除去できることを見出した。これにより、エッチング後の平坦性を高めることができる。また本発明者らは、ドライエッチング後の表面をＨ２ＳＯ４を含んだ薬液で洗浄することで、表面にステップテラス構造を表出させることができることを見出した。これにより、平坦度が高いとともに界面層が存在しない、理想的な表面状態を実現できるため、界面準位の発生を抑制することが可能となる。デバイス特性を向上させることが可能となる。
平坦化工程では、塩素を含んだガスを用いてドライエッチングを実行してもよい。
平坦化工程は、ボロンおよび塩素を含んだガスを用いてドライエッチングを実行する第１工程を備えていてもよい。平坦化工程は、第１工程の後に、ボロンを含まずに塩素を含んだガスを用いてドライエッチングを実行する第２工程を備えていてもよい。平坦化工程は、第２工程の後に、ボロンおよび塩素を含んだガスを用いてドライエッチングを実行する第３工程を備えていてもよい。
第１工程ではＢＣｌ３を含んだガスが用いられてもよい。第２工程ではＣｌ２を含んだガスが用いられてもよい。第３工程ではＢＣｌ３を含んだガスが用いられてもよい。
酸化ガリウム系半導体基板は、インジウム、アルミニウム、亜鉛の少なくとも一つを含んだ混晶の酸化ガリウム基板であってもよい。
本明細書に開示する半導体装置の一実施形態は、酸化ガリウム系半導体基板を備える。半導体装置は、酸化ガリウム系半導体基板の表面に配置された金属膜を備える。酸化ガリウム系半導体基板と金属膜との界面において、酸化ガリウム系半導体基板の表面にステップテラス構造が表出している。
本明細書に開示する半導体装置の一実施形態は、酸化ガリウム系半導体基板を備える。半導体装置は、酸化ガリウム系半導体基板の表面に配置された絶縁膜を備える。半導体装置は、絶縁膜の表面に配置された電極を備える。酸化ガリウム系半導体基板と絶縁膜との界面において、酸化ガリウム系半導体基板の表面にステップテラス構造が表出している。
（半導体装置１の構成）
図１に、本施例に係る半導体装置１の断面概略図を示す。半導体装置１は、ショットキーバリアダイオードである。半導体装置１は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、ｎ型の酸化ガリウム基板１１に、ｎ型の酸化ガリウム層１２が積層した構造を有している。酸化ガリウム層１２は、ＨＶＰＥ法でエピタキシャル成長させた層である。酸化ガリウム基板１１および酸化ガリウム層１２の表面は、（００１）面である。半導体基板１０の裏面には、カソード電極２１が配置されている。カソード電極２１は、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）が積層された構造を有している。半導体基板１０の表面１２ｓには、アノード電極２２が配置されている。アノード電極２２は、ニッケル（Ｎｉ）である。
図１に、本施例に係る半導体装置１の断面概略図を示す。半導体装置１は、ショットキーバリアダイオードである。半導体装置１は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、ｎ型の酸化ガリウム基板１１に、ｎ型の酸化ガリウム層１２が積層した構造を有している。酸化ガリウム層１２は、ＨＶＰＥ法でエピタキシャル成長させた層である。酸化ガリウム基板１１および酸化ガリウム層１２の表面は、（００１）面である。半導体基板１０の裏面には、カソード電極２１が配置されている。カソード電極２１は、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）が積層された構造を有している。半導体基板１０の表面１２ｓには、アノード電極２２が配置されている。アノード電極２２は、ニッケル（Ｎｉ）である。
（ドライエッチング装置３０およびセルフバイアス）
図２に、本実施例で用いたドライエッチング装置３０の概略図を示す。ドライエッチング装置３０は、誘導結合性プラズマ（Inductively coupled plasma: ICP）エッチング装置である。チャンバ３１内は真空ポンプ３２で減圧される。チャンバ３１内には、バイアス電極３４およびウェハ３５が格納されている。バイアス電極３４には、バイアスＲＦ電源３３が接続されている。チャンバ３１の上部には、誘導コイル３７が配置されている。誘導コイル３７には、アンテナＲＦ電源３８が接続されている。チャンバ内には、ガス供給管３６を介してエッチングガスが供給される。本実施例では、ＢＣｌ３およびＣｌ２が切り替え可能に供給される。
図２に、本実施例で用いたドライエッチング装置３０の概略図を示す。ドライエッチング装置３０は、誘導結合性プラズマ（Inductively coupled plasma: ICP）エッチング装置である。チャンバ３１内は真空ポンプ３２で減圧される。チャンバ３１内には、バイアス電極３４およびウェハ３５が格納されている。バイアス電極３４には、バイアスＲＦ電源３３が接続されている。チャンバ３１の上部には、誘導コイル３７が配置されている。誘導コイル３７には、アンテナＲＦ電源３８が接続されている。チャンバ内には、ガス供給管３６を介してエッチングガスが供給される。本実施例では、ＢＣｌ３およびＣｌ２が切り替え可能に供給される。
誘導コイル３７にアンテナパワーを印加すると、コイル直下にプラズマＰＬが生成される。またバイアス電極３４にバイアスパワーを印加することで、負の直流電圧であるセルフバイアスＶｄｓを発生させることができる。プラズマＰＬとウェハ３５の間には、シースＳＨが発生する。シースＳＨで発生している強い電界により、イオンをウェハ３５に向かって加速させることができる。
セルフバイアスは、シースＳＨの電圧である。換言すると、セルフバイアスは、プラズマＰＬとウェハ３５との間の電位差である。セルフバイアスは、バイアスＲＦ電源３３およびアンテナＲＦ電源３８のパワーや、エッチングガス種など、様々なパラメータによって定まる電圧である。セルフバイアスは、何れのドライエッチング装置においても測定することができる。またセルフバイアスは、エッチング中にモニタすることができる。よってセルフバイアスは、エッチング条件を規定するための、一般的かつ汎用性のある指標である。
（半導体装置１の製造方法）
図３のフローチャートを参照して、半導体装置１の製造方法について説明する。ステップＳ０において、半導体基板１０をドライエッチング装置３０のチャンバ３１内にセットする。
図３のフローチャートを参照して、半導体装置１の製造方法について説明する。ステップＳ０において、半導体基板１０をドライエッチング装置３０のチャンバ３１内にセットする。
ステップＳ１～Ｓ３において、半導体基板１０の表面１２ｓを平坦化する平坦化工程が行われる。平坦化工程は、第１～第３工程を備えている。平坦化工程では、１５０Ｖ以上のセルフバイアスでドライエッチングが行われる。これにより、エッチングレートを維持しつつ、平坦な凹凸のない表面を形成することができる。また塩素を含んだガスを用いてドライエッチングを実行する。本実施例では、アンテナＲＦ電源３８のパワーを８００Ｗ、チャンバ３１内の圧力を１Ｐａ、トータル流量を３０ｓｃｃｍ、エッチング時間を１０分、とした。以下に、第１～第３工程の各々を説明する。
ステップＳ１において、ＢＣｌ３ガスを用いて、１５０Ｖ以上のセルフバイアスでドライエッチングを実行する第１工程が行われる。半導体基板１０の表面１２ｓに、変質層の薄膜が形成されている場合がある。第１工程では、ボロン原子が酸化ガリウムの酸素原子と結合することで、この変質層を効果的に除去することができる。
ステップＳ２において、Ｃｌ２ガスを用いて、１５０Ｖ以上のセルフバイアスでドライエッチングを実行する第２工程が行われる。ボロンが含まれていないため、ボロン原子と酸素原子との結合が発生しない。このため、エッチングレートは低下するが、加工平坦度を高めることができる。
ステップＳ３において、ＢＣｌ３ガスを用いて、１５０Ｖ以上のセルフバイアスでドライエッチングを実行する第３工程が行われる。チャンバ３１内や大気中には、微量のシリコン原子が存在している。このシリコン原子が酸化ガリウムの酸素原子の吸着サイトに吸着すると、酸化ガリウムの抵抗が上昇してしまう。そこで、ボロンを含んだエッチングガスで仕上げを行うことにより、酸素の吸着サイトをボロン原子で終端させることができる。酸素原子の吸着サイトにシリコン原子が吸着することを抑制することが可能となる。
なお、ステップＳ１～Ｓ３は、エッチングガスを切り替えることで連続的に実行することができる。
ステップＳ４において、平坦化工程が行われた半導体基板１０をチャンバ３１から取り出す。そして、半導体基板１０の表面１２ｓを硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を含んだ薬液で洗浄する。これにより、半導体基板１０の表面１２ｓにステップテラス構造（すなわち、原子レベルで平坦な表面）を表出させることができる。本実施例では、硫酸と過酸化水素水とを混合したＳＰＭ（Sulfuric Acid Hydrogen Peroxide Mixture）処理を行った。
また、半導体基板１０の表面１２ｓに塩素が存在すると、表面準位を形成してしまう。その結果、ショットキー障壁高さΦＢが低下するため、逆方向リークの発生要因となってしまう。そこでステップＳ４の洗浄を実施することにより、半導体基板１０の表面１２ｓに残留している塩素を除去することができる。表面準位の形成を抑制することが可能となる。
ステップＳ５において、表面１２ｓに金属層（アノード電極２２）を形成する。本実施例では、ニッケル層を形成した。これにより、図１に示す半導体装置１が完成する。
（セルフバイアスの決定方法）
１５０Ｖ以上のセルフバイアスが必要とされる理由を説明する。図４に、平坦化工程（ステップＳ１～Ｓ３）の実施前における、酸化ガリウム層１２の表面１２ｓ近傍の断面図を示す。表面１２ｓに、変質層１２ａの薄膜が形成されている場合がある。変質層１２ａは、様々な元素が吸着することや、加工時のダメージによって、酸化ガリウムから変質している層である。ステップＳ１～Ｓ３のドライエッチング時に、変質層１２ａが除去できない領域が存在すると、残存した変質層１２ａがマスクとなってエッチングが停止してしまう。その結果、図５に示すように、残存した変質層１２ａの部分にナノカラムＮＣ（柱状の異物）が形成されてしまう。
１５０Ｖ以上のセルフバイアスが必要とされる理由を説明する。図４に、平坦化工程（ステップＳ１～Ｓ３）の実施前における、酸化ガリウム層１２の表面１２ｓ近傍の断面図を示す。表面１２ｓに、変質層１２ａの薄膜が形成されている場合がある。変質層１２ａは、様々な元素が吸着することや、加工時のダメージによって、酸化ガリウムから変質している層である。ステップＳ１～Ｓ３のドライエッチング時に、変質層１２ａが除去できない領域が存在すると、残存した変質層１２ａがマスクとなってエッチングが停止してしまう。その結果、図５に示すように、残存した変質層１２ａの部分にナノカラムＮＣ（柱状の異物）が形成されてしまう。
また図６に、ナノカラムＮＣのＳＥＭ観察画像を示す。ナノカラムＮＣが形成されると、表面１２ｓの平坦度が極端に悪化するため、問題である。
そこで本発明者らは、ナノカラムＮＣが形成されないセルフバイアスの範囲を、実験により求めた。図７および図８に、実験結果を示す。図７の横軸はアンテナＲＦ電源３８のアンテナパワーであり、縦軸はセルフバイアスである。図７の実験では、バイアスＲＦ電源３３のバイアスパワーは３０Ｗで固定した。図８の横軸はバイアスパワーであり、縦軸はセルフバイアスである。図８の実験では、アンテナパワーは８００Ｗで固定した。なお、図７および図８の実験では、エッチングガスにＢＣｌ３を使用し、トータル圧力を１Ｐａとしている。
図７および図８の各プロットに示す条件において、平坦化工程（ステップＳ１～Ｓ３）を実施した。そしてナノカラムＮＣの発生の有無を確認した。図中の白丸はナノカラムＮＣが形成されなかった条件を示しており、黒丸はナノカラムＮＣが形成された条件を示している。
図７に示すように、アンテナパワーを低下させることに応じて、セルフバイアスが上昇することが分かる。そして、セルフバイアスが１５０Ｖ以上の領域で、ナノカラムＮＣが形成されないことが分かる（領域Ｒ１参照）。また図８に示すように、バイアスパワーを上昇させることに応じて、セルフバイアスが上昇することが分かる。そして、セルフバイアスが１５０Ｖ以上の領域で、ナノカラムＮＣが形成されないことが分かる（領域Ｒ２参照）。
以上より本発明者らは、ドライエッチングのセルフバイアスを１５０Ｖ以上にすることで、変質層１２ａ（図４および図５参照）を適切に除去できることを見出した。これにより、ナノカラムＮＣの形成を防止できるため、エッチング後の平坦性を高めることが可能となる。酸化ガリウム層１２の表面１２ｓとアノード電極２２との接合界面の平坦度を高めることができるため、電界を抑制することができる。リーク電流を抑制することが可能となる。
（洗浄工程の効果）
図９および図１０に、酸化ガリウム層１２の表面１２ｓのＡＦＭ観察像を示す。面方位は（００１）面である。図９は、ステップＳ３のドライエッチング後の像である。図１０は、ステップＳ４の洗浄後の像である。図９および図１０は同一倍率である。
図９および図１０に、酸化ガリウム層１２の表面１２ｓのＡＦＭ観察像を示す。面方位は（００１）面である。図９は、ステップＳ３のドライエッチング後の像である。図１０は、ステップＳ４の洗浄後の像である。図９および図１０は同一倍率である。
図９のドライエッチング後の表面の算術平均粗さＲａは、０．３０ｎｍであった。一方、図１０の洗浄後の表面の算術平均粗さＲａは、０．１７ｎｍであった。これにより、洗浄工程によって表面粗さを小さくすることができることが分かる。
図９では、表面に規則性が観察されない。一方、図１０では、ステップテラス構造が観察されている。ステップテラス構造は、１原子以上の段差部位であるステップＳＴと、原子レベルで平坦なテラスＴＥとが繰り返される構造である。
以上により本発明者らは、ドライエッチング後の酸化ガリウム層の表面をＨ２ＳＯ４を含んだ薬液で洗浄することで、表面１２ｓにステップテラス構造を表出させることができることを見出した。ステップテラス構造が表出している表面は、平坦度が極めて高いとともに界面層が存在しない、理想的な表面状態である。これにより、界面準位の発生を抑制することができるため、ショットキー障壁高さΦＢの低下を抑制可能となる（ドライエッチング後：１．０９ｅＶ、洗浄後：１．１５ｅＶ）。リーク電流の抑制が可能となる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、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、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
（変形例）
本明細書の技術は、ショットキーバリアダイオードに限られず、様々なデバイス構造に適用可能である。例えば、絶縁膜を用いたＦＥＴ構造に適用してもよい。この場合、酸化ガリウム層表面に、絶縁膜を介して電極が配置される。酸化ガリウム層と絶縁膜との界面において、酸化ガリウム層の表面にステップテラス構造が表出している構造を実現できる。これにより、界面準位の発生を抑制することができるため、リーク電流の抑制やオン抵抗の抑制などが可能となる。デバイス特性を改善することができる。
本明細書の技術は、ショットキーバリアダイオードに限られず、様々なデバイス構造に適用可能である。例えば、絶縁膜を用いたＦＥＴ構造に適用してもよい。この場合、酸化ガリウム層表面に、絶縁膜を介して電極が配置される。酸化ガリウム層と絶縁膜との界面において、酸化ガリウム層の表面にステップテラス構造が表出している構造を実現できる。これにより、界面準位の発生を抑制することができるため、リーク電流の抑制やオン抵抗の抑制などが可能となる。デバイス特性を改善することができる。
ステップＳ１およびＳ３で用いられるエッチングガスは、ＢＣｌ３に限られない。ボロンおよび塩素を含んだガスであれば、ガス種類はいずれでもよい。ステップＳ２で用いられるエッチングガスは、Ｃｌ２に限られない。ボロンを含まずに塩素を含んだガスであれば、ガス種類はいずれでもよい。
酸化ガリウム層１２のステップテラス構造は様々であってよい。α型、β型の何れであっても本明細書の技術を適用可能である。
酸化ガリウム層１２は、インジウム、アルミニウム、亜鉛の少なくとも一つを含んだ混晶の酸化ガリウムであってもよい。例えば、（ＩｎＡｌＧａ）２Ｏ３、（ＡｌＧａ）２Ｏ３、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）、などが挙げられる。
１：半導体装置 １０：半導体基板 １１：酸化ガリウム基板 １２：酸化ガリウム層 １２ａ：変質層 １２ｓ：表面 ２２：アノード電極 ３０：ドライエッチング装置 ３３：バイアスＲＦ電源 ３４：バイアス電極 ３５：ウェハ ３７：誘導コイル ３８：アンテナＲＦ電源 ＮＣ：ナノカラム ＳＨ：シース ＰＬ：プラズマ
Claims (5)
- 酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法であって、
１５０Ｖ以上のセルフバイアスでドライエッチングすることで、前記酸化ガリウム系半導体基板の表面を平坦化する平坦化工程と、
前記平坦化工程が行われた前記酸化ガリウム系半導体基板の表面をＨ２ＳＯ４を含んだ薬液で洗浄することで、表面にステップテラス構造を表出させる工程と、
を備える、酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法。 - 前記平坦化工程では、塩素を含んだガスを用いて前記ドライエッチングを実行する、請求項１に記載の酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法。
- 前記平坦化工程は、
ボロンおよび塩素を含んだガスを用いて前記ドライエッチングを実行する第１工程と、
前記第１工程の後に、ボロンを含まずに塩素を含んだガスを用いて前記ドライエッチングを実行する第２工程と、
前記第２工程の後に、ボロンおよび塩素を含んだガスを用いて前記ドライエッチングを実行する第３工程と、
を備える、請求項２に記載の酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法。 - 前記第１工程ではＢＣｌ３を含んだガスが用いられ、
前記第２工程ではＣｌ２を含んだガスが用いられ、
前記第３工程ではＢＣｌ３を含んだガスが用いられる、請求項３に記載の酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法。 - 前記酸化ガリウム系半導体基板は、インジウム、アルミニウム、亜鉛の少なくとも一つを含んだ混晶の酸化ガリウム基板である、請求項１～４の何れか１項に記載の酸化ガリウム系半導体基板の表面処理方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2013056802A (ja) | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Tamura Seisakusho Co Ltd | β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の製造方法及び結晶積層構造体 |
| US20150179445A1 (en) | 2013-12-24 | 2015-06-25 | Tamura Corporation | Method of Forming Ga2O3-Based Crystal Film and Crystal Multilayer Structure |
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