JPH0955366A - 三族窒化物半導体の製造方法 - Google Patents

三族窒化物半導体の製造方法

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JPH0955366A
JPH0955366A JP20862095A JP20862095A JPH0955366A JP H0955366 A JPH0955366 A JP H0955366A JP 20862095 A JP20862095 A JP 20862095A JP 20862095 A JP20862095 A JP 20862095A JP H0955366 A JPH0955366 A JP H0955366A
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JP
Japan
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film
group iii
nitride semiconductor
iii nitride
gan layer
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JP20862095A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Matsui
俊之 松井
Takeshi Suzuki
健 鈴木
Hiroshi Kamijo
洋 上條
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】AlN、GaN、InN等の三族窒化物半導体
の選択エッチングを行う。 【解決手段】Au、Pt等化学的に安定な金属膜のパタ
ーンを形成し、その膜をマスクとして、湿式エッチング
を行う。特にAu、Pt等は、n型のAlN、GaN、
InNに対してオーミック接触が得られるので、マスク
として使った金属膜を電極としても利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウ
ム、窒化ガリウム、窒化インジウム(以下それぞれAl
N、GaN、InNと記す)等の三族窒化物半導体の製
造方法、特にその選択エッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】AlN、GaN、InN等のいわゆる三
族窒化物は、化学的、熱的に非常に安定であり、しか
も、電子移動度が高く、光学ギャップも広いことから、
500〜280nm程度の波長域の発光素子や、高温で
動作可能なトランジスタ等の半導体応用が研究されてい
る。特に、トランジスタ等の能動素子を作成する場合に
は、材料の微細加工が必要になる。
【0003】これらの材料に対するエッチング方法とし
ては、化学的な気相エッチングでは、ジクロロジフロロ
メタン(CCl2 2 )とアルゴン(Ar)の混合ガ
ス、三塩化ほう素(BCl3 )とArの混合ガス、或い
はメタン(CH4 )と水素(H 2 )とArの混合ガスが
最近報告されている(エス、ジェー、ピアトン他:ジャ
ーナルオブバキュウムサイエンスエンドテクノロジィ
A11巻4号1772頁1993年による)。また、物
理的な気相エッチングでは、Arを使ったイオンミリン
グが行われている。
【0004】一方、湿式エッチングでは、50〜200
℃に過熱された燐酸(しんたに他:ジャーナルオブエレ
クトロケミカルソサイエティ 123巻5号705頁1
976年による)や50%水酸化ナトリウム水溶液が報
告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】例えばGaNの気相エ
ッチングのエッチング速度は、前記文献によれば最大で
も約30nm・min-1である。しかも塩素系のガスや
可燃性のガスを使うため、特殊な真空装置や排気設備が
必要になる。物理的な気相エッチングは一般的に、化学
的な気相エッチングよりエッチング速度が遅い。
【0006】これに対し、加熱した燐酸では、1μm・
min-1程度のエッチング速度が得られ、しかも真空装
置は必要でない。従ってGaNのエッチングを、容易に
しかも短時間に行おうとした場合には、気相エッチング
よりも湿式エッチングのほうが有利である。ところで、
三族窒化物半導体の製造工程において、選択的なエッチ
ングが必要になることがある。加熱した燐酸で充分なエ
ッチング速度を得るには、100℃以上の温度に加熱し
なければならない。
【0007】このように100℃以上に加熱された燐酸
や、50%水酸化ナトリウム水溶液のような強酸、強ア
ルカリ溶液では、通常のレジストを用いたエッチングで
は、レジストが剥離してしまい設計通りの微細構造が得
られないという問題がある。以上の問題に鑑みて、本発
明の目的は、容易に短時間で選択エッチングが可能で微
細加工のできる三族窒化物半導体の製造方法を提供する
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため本
発明の三族化合物半導体の製造方法は、三族窒化物半導
体上に、これらの半導体のエッチング液に対して安定な
金属膜のパターンを形成し、それをマスクとして選択エ
ッチングするものである。そのようにすれば、マスク材
の剥離等がない。
【0009】特に、選択エッチングのマスクとして使用
した金属膜の少なくとも一部をオーミック電極として使
用するとよい。そのようにすれば、金属膜が電極として
も使用できる。三族窒化物半導体としては例えば、n型
のAlN、GaN、InNまたは、これらの混晶のいず
れかが、また、エッチング液としては、加熱した燐酸
が、また、マスクとする金属膜としては、金、白金、パ
ラジウム(以下それぞれAu、Pt、Pd)またはこれ
らの金属を主成分として含む合金のいずれかとすれば、
確実にマスク作用があり選択エッチングができる。
【0010】
【発明の実施の形態】上記課題解決のため、本発明の製
造方法は、高温の酸に耐える金属膜をマスクとして、選
択エッチングするものである。特に三族窒化物半導体と
オーミックな接触をする金属膜とすれば、電極材として
も使えるので、工程上便利である。耐エッチング性と、
接触性を備えた金属膜としては、例えばAu、Pt、P
dおよびそれらを主成分として含む合金が相当する。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の三族窒化
物半導体の製造方法を説明する。実施例としては、n型
三族窒化物半導体にGaNを、マスク用の金属にはAu
を用いた例を取り上げる。GaNは、窒素ラジカル銃と
金属Ga源を使ったMBE(分子線エピタキシー)シス
テムによりサファイア基板上に成膜した。
【0012】〔実施例1〕図1は、本発明のGaN層の
製造方法を説明するための工程順に並べた主な工程ごと
の断面図である。先ず、サファイア基板1上にMBE法
により低温GaN層2を200nmの膜厚に堆積した
〔図1(a)〕。基板温度は600℃とした。基板温度
を600℃と低温に設定することによって、膜中にドナ
ーとなる欠陥が導入され、抵抗の低いn型のGaNが得
られる。なお、GaNの膜厚は200nmとした。次
に、基板温度を室温まで下げ、低温GaN層2上に、ス
パッタリング法によりAu膜3を100nm堆積した
〔同図(b)〕。次に、Au膜3の上にフォトレジスト
4を塗布し、通常のフォトリソグラフィー技術を使っ
て、所定の形状にフォトレジスト4を加工した。フォト
レジスト4としては、東京応化(株)製のポジ型のOF
PR800を使用した。その後、この試料を沃化カリウ
ム+沃素(KI+I2 )水溶液中に浸し、露出している
部分のAu膜3を除去した。このとき、KI+I2 水溶
液中に対し、低温GaN層2は溶けないため、Au膜3
が除去された部分には低温GaN層2が露出する〔同図
(c)〕。
【0013】次に、アセトン中での超音波洗浄によりフ
ォトレジスト4の剥離を行った〔同図(d)〕。また、
酸素プラズマやOFPR用剥離液を使ってもレジスト剥
離は可能である。フォトレジスト4の剥離後、試料を約
150℃に加熱した燐酸中に浸し、低温GaN層2のエ
ッチングを行った〔同図(e)〕。Au膜3は、150
℃に加熱した燐酸に対して安定であり、燐酸中でも従来
のフォトレジストのように剥離することがなかった。従
って、低温GaN層2上にAu膜3が存在する領域は、
燐酸が直接低温GaN層2に触れないため、エッチング
されず、低温GaN層2が露出した部分のみエッチング
され、選択エッチングができた。最後に、試料を再びK
I+I2 水溶液中に浸し、金属マスクとして使用したA
u膜3を除去しエッチングが終了した〔同図(f)〕。
【0014】〔実施例2〕この例では、GaN薄膜を使
った電界効果トランジスタの製造方法について述べる。
図2は、本発明の電界効果トランジスタの製造方法を説
明するための工程順に並べた主な工程ごとの断面図また
は斜視図である。基板をゲート電極として使用するた
め、n型の(111)面方位の単結晶のシリコン基板1
1上に、前記MBE装置により、基板温度800℃で、
格子歪みの緩和のためのバツファー層となるAlN層1
2とゲート絶縁膜となる高温GaN層13を積層した。
基板温度800℃で堆積した高温GaN層13は、単結
晶に近い構造となり、電気的には絶縁体である。その
後、その上に実施例1と同様に、基板温度600℃で低
温GaN層2を形成し、室温でAu膜3を堆積した〔図
2(a)〕。
【0015】次に、実施例1と同様の手法で、フォトリ
ソグラフィ技術を使って、Au膜3をパターン形成し、
そのAu膜3をマスクとした湿式エッチングにより、低
温GaN層2、高温GaN層13、AlN層12をエッ
チングする〔同図(b)〕。続いて、金属マスクとして
使っていたAu膜3のパターニングのため、再びフォト
レジスト4を塗布し、フォトリソグラフィーによるフォ
トレジスト4のパターン形成をおこなう〔同図
(c)〕。その後、KI+I2 水溶液中に浸しAu膜3
のエッチングをおこない、ソース電極14、ドレイン電
極15とする〔同図(d)〕。最後に、フォトレジスト
4を剥離し、シリコン基板11の裏面に金属膜を蒸着
し、ゲート電極として電界効果トランジスタが完成する
〔同図(e)〕。
【0016】なお、実施例1では、低温GaN層2のエ
ッチング後にAu膜3を除去したが、実施例2のように
Au膜3を除去せずに電極として使用することもでき
る。このようにすれば、三族窒化物半導体の微細加工が
容易に、短時間でできるだけでなく、電極形成のための
金属膜を改めて形成する工程は省略できる。上記実施例
は、GaNとAu膜の組合せを取り上げたが、InN、
AlNやPt、Pd膜との組合せでも同様に選択エッチ
ングができた。
【0017】AuやPt等の金属は化学的に安定な材料
であり、200℃に加熱された燐酸中でも腐食しない。
なお、AuやPtは貴金属ではあるが、使用する膜厚は
100nm程度、すなわち1cm2 当たり10-4g程度
であり、コスト的に問題になるような量ではない。ま
た、これらの材料は、上記実施例のKI+I2 溶液の他
に、物理的な気相エッチング方法であるArイオンによ
るエッチングに対するマスク材としても可能である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法
は、化学的に安定な材料であるAuやPt等の金属をエ
ッチング時のマスクとして使うことにより、エッチング
中のマスクの剥離といった問題はなく、微細加工ができ
る。しかも、オーミック接触が取れる材料であれば、そ
の金属膜を利用して電極形成が可能となる。よつて、三
族窒化物半導体の性能向上および工程短縮が実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法にかかるGaN半導体の工程
順に並べた主な工程ごとの断面図
【図2】本発明の製造方法にかかるGaN電界効果トラ
ンジスタの工程順に並べた主な工程ごとの断面図または
斜視図
【符号の説明】 1 サファイア基板 2 低温GaN層 3 Au膜 4 フォトレジスト 11 シリコン基板 12 AlNバッファー層 13 高温GaN層 14 ソース電極 15 ドレイン電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三族窒化物半導体上に、これらの半導体の
    エッチング液に対して安定な金属膜のパターンを形成
    し、それをマスクとして選択エッチングすることを特徴
    とする三族窒化物半導体の製造方法。
  2. 【請求項2】選択エッチングのマスクとして使用した金
    属膜の少なくとも一部をオーミック電極として使用する
    ことを特徴とする請求項1に記載の三族窒化物半導体の
    製造方法。
  3. 【請求項3】三族窒化物半導体が、n型のAlN、Ga
    N、InNまたは、これらの混晶のいずれかであること
    を特徴とする請求項1または2にに記載の三族窒化物半
    導体の製造方法。
  4. 【請求項4】加熱した燐酸でエッチングすることを特徴
    とする請求項1ないし3のいずれかに記載の三族窒化物
    半導体の製造方法。
  5. 【請求項5】Pt、Au、Pd、またはこれらの金属を
    主成分として含む合金のいずれかをマスクとすることを
    特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の三族窒
    化物半導体の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6605548B1 (en) * 1999-06-01 2003-08-12 National Research Council Of Canada Process for etching gallium nitride compound based semiconductors
JP2011082216A (ja) * 2009-10-02 2011-04-21 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置及びその製造方法

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