(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３族窒化物半導体の電極形成方法において、
塩素を含むガスと、不活性ガスと、塩素を含むガスに対して流量比で1/100〜1/10の割合の酸素ガスとの混合ガスを用いて３族窒化物半導体をプラズマエッチングし、
前記プラズマエッチングの後処理として、３族窒化物半導体のエッチング後に、不活性ガスを用いて、前記３族窒化物半導体の表面を洗浄し、
前記プラズマエッチングされた３族窒化物半導体の表面に金属を蒸着して電極を形成することを特徴とする３族窒化物半導体の電極形成方法。
【請求項２】
前記プラズマエッチングにおいて、前記塩素を含むガスはBCl3であり、前記不活性ガスはArであることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体の電極形成方法。
【請求項３】
前記プラズマエッチングの前処理として、３族窒化物半導体を設置した反応室内に不活性ガスを流し、前記３族窒化物半導体の表面を洗浄することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３族窒化物半導体の電極形成方法。
【請求項４】
前記前処理又は前記後処理の前記不活性ガスがArガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の３族窒化物半導体の電極形成方法。
【請求項５】
前記プラズマエッチングは反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の３族窒化物半導体の電極形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、３族窒化物半導体のドライエッチング速度を向上させると共に、オーミック性を改良し、特に、接触抵抗を低下させるための窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
３族窒化物半導体（  例えば、ＡｌＧａＩｎＮ）は青色発光ダイオードとして注目されている材料である。この半導体のエッチングとして、ＢＣｌ３のプラズマガスによるエッチングが提案されている（特開平４−３４９２９号公報）。又、３族窒化物半導体の表面に電極を形成する方法として、炭素と、塩素又は／及びフッ素を含む化合物ガスのプラズマガスで、表面をドライエンチングして、その後に、不活性ガスのプラズマガスでドライエッチングして、その面に金属を蒸着する方法が知られている（特開平３−１０８７７９号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のエッチング方法はエッチング速度が低く、エッチング面に残査物が堆積し易く、上記の方法によりエッチングされた面に金属を蒸着する方法では、オーミック性は良くなるが、接触抵抗が、未だ、大きいという問題がある。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、３族窒化物半導体のエッチング速度を向上させることと、３族窒化物半導体に対する電極において、オーミック性を良好にすると共に接触抵抗を低下させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、塩素を含むガスと、不活性ガスと、酸素ガスの混合ガスを用いて、３族窒化物半導体をプラズマエッチングすることで、不活性ガスによりエッチング面の残査物が除去され、塩素を含むガスでのプラズマエッチングに比べて、約２倍のエッチング速度が得られた。また、酸素ガスを混合したので、塩素を含むガスがより活性化され、塩素を含むガスだけでエッチングした場合に比べて、エッチング速度を向上させることができた。このようなプラズマエッチングされた３族窒化物半導体の表面に金属を蒸着して電極を形成したので、従来の炭素、塩素又は／及びフッ素を含むガスでプラズマエッチグした後、Arでプラズマエッチングして、その表面に金属を蒸着した場合に比べて、その電極のオーミック特性をより、良好にでき、且つ、接触抵抗を約１／３に低下させることができた。
更に、塩素を含むガスに対して酸素ガスを流量比で1/100 〜1/10の割合で３族窒化物半導体をプラズマエッチングすることで、塩素を含むガスがより活性化され、塩素を含むガスだけでエッチングした場合に比べて、エッチング速度を約２倍に向上させることができた。
更に、プラズマエッチングの後処理として、３族窒化物半導体のエッチング後に、不活性ガスを用いために、エッチングの表面の不純物の付着を防止できる。よって、その面に金属を蒸着して電極を形成する場合に、その特性を改善することができる。
請求項２の発明では、BCl3とArとの混合ガスでプラズマエッチングすることで、Arがエッチング面上の残査物を除去するために、エッチング速度を１５０Å／分とすることができ、BCl3ガスだけでエッチングした場合に比べて、エッチング速度を約２倍にすることができた。
請求項３の発明では、プラズマエッチングの前処理として、３族窒化物半導体を設置した反応室内に不活性ガスを流して３族窒化物半導体の表面を洗浄したので、反応室内の構成元素の分布を均一にでき、エッチングを安定化することができる。
請求項４の発明では、前処理又は後処理の不活性ガスをArとして、３族窒化物半導体の表面を洗浄したために、エッチングの表面の不純物の付着を防止できる。よって、その面に金属を蒸着して電極を形成する場合に、その特性を改善することができる。
請求項５の発明では、プラズマエッチングは反応性イオンエッチングとすることで、エッチング面の清潔度、エッチング速度の改善が見られた。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
３族窒化物半導体としては、例えば、２元、３元、４元の一般式（Ａｌ  ｘ  Ｇａ１−ｘ  ）  ｙ  Ｉｎ１−ｙ  Ｎ  ；  （０≦ｘ  ≦１，０  ≦ｙ  ≦１）  で表される半導体である。まず、ＧａＮ  について、次のようにエッチングを行った。
【０００７】
本実施例方法で使用された半導体は、有機金属化合物気相成長法（  以下「Ｍ０ＶＰＥ  」と記す）  による気相成長により図２に示す構造に作成された。
【０００８】
用いられたガスは、ＮＨ３  とキャリアガスＨ２とトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）（以下「ＴＭＧ  」と記す）  とトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）（以下「ＴＭＡ  」と記す）  である。
【０００９】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したｃ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をＭ０ＶＰＥ  装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、反応室内の圧力を  ５Ｔｏｒｒに減圧し、Ｈ２を流速  ０．３  ｌｉｔｅｒ／分で反応室に流しながら温度１１００℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１０】
次に、温度を  ８００℃まで低下させて、Ｈ２を流速３ｌｉｔｅｒ／分、ＮＨ３  を流速  ２ｌｉｔｅｒ  ／分、ＴＭＡ  を  ７×１０−６モル／分で供給して１  分間熱処理した。この熱処理によりＡｌＮ  のバッファ層２が約  ５００Åの厚さに形成された。次に、１分経過した時にＴＭＡ  の供給を停止して、サファイア基板１の温度を１１５０℃に保持し、Ｈ２を  ２．５ｌｉｔｅｒ  ／分、ＮＨ３  を  １．５ｌｉｔｅｒ  ／分、ＴＭＧ  を  １．７×１０−５モル／分で６０分間供給し、膜厚約  ３μｍの  ｎ型のＧａＮ  層３を形成した。
【００１１】
次に、このようにして形成されたＧａＮ  層３の上面に金属マスク４を図３のように蒸着により形成した試料３０を作成し、図１に示す平行平板電極型のプラズマエッチング装置により、露出したＧａＮ  層３をエッチングした。
【００１２】
次に、そのエッチング装置について図１を参照して説明する。
図１に示す平行電極型電極装置において、反応室２０を形成するステンレス製の真空容器１０の側壁には、エッチング用のガスを導入する導入管１２が連設されており、その導入管１２はガス流速を可変できるマスフローコントローラ１４、１５、３６を介してＢＣｌ３ガス、Ｏ２がス、Ａｒガスを、それぞれ、貯蔵したボンベ１６、１７、３８に接続されている。そして、ＢＣｌ３ガス、Ｏ２ガス又はＡｒガスがそのボンベ１６、１７、３８からマスフローコントローラ１４、１５、３６を介して反応室２０に導入される。又、反応室２０はロータリポンプ２５、２７、拡散ポンプ１９、メカニカルブースターポンプ１３により排気されており、反応室２０の真空度は、バルブ１８により調整される。
【００１３】
一方、反応室２０内には上下方向に対向して、真空容器１０から絶縁された電極２２と電極２４とが配設されている。そして、電極２２は接地され、電極２４には高周波電力が供給される。その高周波電力は周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源２８から整合器２６を介して供給される。
【００１４】
又、電極２４の上には石英板２５が載置されており、その石英板２９上に、図３図に示す試料３０が載置される。
次に、拡散ポンプ１９により反応室２０内を十分に排気して、反応室２０の真空度を  １×１０−５Ｔｏｒｒ以下にする。その後、Ａｒガスがマスフローコントローラ３６により流量８．５ｃｃ／分で供給され、コンダクタンスバルブ１８により反応室２０の真空度は正確に０．０６Ｔｏｒｒに調整された。そして、電極２４と電極２２間に０．２  Ｗ／ｃｍ２  （４００Ｗ）の高周波電力が供給されて電極間でグロー放電が開始され、導入されたＡｒガスはプラズマ状態となり、試料３０，３２の表面の前処理としてのエッチング洗浄がが開始された。
【００１５】
次に、一旦、電力の供給を停止して、反応室２０の真空度が  １×１０−５Ｔｏｒｒ以下になるまで排気して、ＢＣｌ３ガスがマスフローコントローラ１４により流速７．５  ｃｃ／分、Ａｒガスがマスフローコントローラ３６により流速２１ｃｃ／分に制御されて反応室２０に導入され、コンダクタンスバルブ１８により反応室２０の真空度は正確に０．０２Ｔｏｒｒに調整された。そして、電極２４と電極２２間に０．２  Ｗ／ｃｍ２  （４００Ｗ）の高周波電力が供給されて電極間でグロー放電が開始され、導入されたＢＣｌ３とＡｒガスはプラズマ状態となり、試料３０，３２のエッチングが開始された。
【００１６】
１６０  分間、エッチングを行った結果、試料３０は図４に示す構造にエッチングされた。即ち、マスク４で覆われたＧａＮ  層３の部分はエッチングされず、露出したＧａＮ  層３のみが図示する形状にエッチングされた。
【００１７】
次に、一旦、電力の供給を停止し、ＢＣｌ３ガスの供給を停止して、反応室２０の真空度が  １×１０−５Ｔｏｒｒ以下になるまで排気した。その後、Ａｒガスがマスフローコントローラ３６により流量８．５ｃｃ／分で供給され、コンダクタンスバルブ１８により反応室２０の真空度は正確に０．０６Ｔｏｒｒに調整された。そして、電極２４と電極２２間に０．２  Ｗ／ｃｍ２  （４００Ｗ）の高周波電力が供給されて電極間でグロー放電が開始され、導入されたＡｒガスはプラズマ状態となり、試料３０，３２のエッチングされた表面の後処理としてのエッチング洗浄がが開始された。
【００１８】
このようにしてエッチングされた試料３０、３２をエッチング装置から取り出し、試料３０、３２の上の金属マスク４を除去した。
その後、その試料に穴径１４０  μｍφ，４００μｍピッチの穴のあいたステンレス板をマスクとしてアルミニウムを厚さ１．５  μｍに蒸着して、図５に示すように電極６を形成した。このようにして形成された電極６の電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）を測定した。その結果を図６に示す。良好なオーミック特性が得られているのが分かる。図から０．２５Ｖ  の時、２０ｍＡの電流が流れているのが分かる。このことから、接触抵抗は、１２．５Ωであることが分かる。
【００１９】
尚、前処理としてのＡｒガスによるエッチング条件としては、Ａｒガスの流量は２ｃｃ／分〜５００ｃｃ／分、ＲＦパワーは１００Ｗ    〜１ｋｗ  、エッチング時間は１  分〜１０分の範囲で行うとき、良好なエッチング洗浄が実行される。
【００２０】
又、本エッチングの条件としては、ＢＣｌ３ガスの流量は２ｃｃ／分〜２００ｃｃ／分、Ａｒガスの流量は２ｃｃ／分〜５００ｃｃ／分、ＲＦパワーは１００Ｗ    〜１ｋｗ  の範囲で行うとき、エッチング速度が、ＢＣｌ３ガスだけでエッチングする場合に比べて、２倍に向上した。
【００２１】
又、後処理としてのＡｒガスによるエッチング条件としては、前処理と同様に、Ａｒガスの流量は２ｃｃ／分〜５００ｃｃ／分、ＲＦパワーは１００Ｗ    〜１ｋｗ  、エッチング時間は１  分〜１０分の範囲で行うとき、良好なエッチング洗浄が実行され、そのエッチングされた表面に金属を蒸着して電極を形成する場合に、良好なオーミック性が得られた。尚、Ａｒガスによる後処理のエッチング洗浄を実行しない場合にはオーミック性は得られなかった。
又、このようにして形成された電極は、従来の炭素、塩素又は／及びフッ素を含むガスでドライエッチグした後、Ａｒでドライエッチングして、その表面に金属を蒸着した場合に比べて、その電極のオーミック特性をより、良好にでき、且つ、接触抵抗を約１／３に低下させることができた。
【００２２】
本エッチングにおいて、Ａｒ：ＢＣｌ３  のガス流量比を１：３，１：２，１：１  として、それぞれの場合において、ＢＣｌ３ガスの流量を変化させた時のエッチッグ速度を測定した。その結果を図７に示す。ＢＣｌ３ガスの流量が増加するに連れて、エッチング速度が向上しているのが分かる。又、Ａｒガスの比率が高くなる程、エッチング速度の向上が見られる。又、ＢＣｌ３ガスの流量を４０ｃｃ／  分に固定して、Ａｒガスの流量を０  〜１２０ｃｃ／分で変化させた時のエッチング速度を測定した。その結果を図８に示す。ＢＣｌ３ガスの流量に対するＡｒガスの流量比を多くするほど、エッチング速度が向上しているのが分かる。しかし、Ａｒ：ＢＣｌ３  ＝１：１  で、エッチング速度は飽和する傾向があるが、Ａｒガスが存在しない場合に比べてＡｒガスが存在する場合には、確実に、エッチング速度は向上している。
【００２３】
又、本エッチングにおいて、酸素ガスをＢＣｌ３ガスに対して、１／１００  〜１／１０の範囲の割合で混合することで、エッチング速度が、酸素ガスが存在しない場合に比べて、２倍に向上した。
【００２４】
上記実施例では、ｎ−ＧａＮ  について示したが、ｐ−ＧａＮ  についても、同様にエッチング速度の改善が見られ、エッチングした表面に、ＮｉとＡｕの２重層による電極を形成したが、オーミック性が改善され、接触抵抗も低下した。さらに、ＡｌＸ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ  、ＩｎＸ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ  、一般式（Ａｌ  ｘ  Ｇａ１−ｘ  ）  ｙ  Ｉｎ１−ｙ  Ｎ  ；  （０≦ｘ  ≦１，０  ≦ｙ  ≦１）の半導体について、上記と同様にエッチングし、電極を形成したが、同様な効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチッグする装置を示した構成図。
【図２】エッチングする試料の構成を示した断面図。
【図３】エッチングする試料の構成を示した断面図。
【図４】エッチングされた試料の形状を示した断面図。
【図５】接触抵抗を測定するために電極の形成された試料の構成を示した断面図。
【図６】エッチングされた面に電極を形成してＶ−Ｉ特性を測定した測定図。
【図７】本エッチングにおいて、ＢＣｌ３ガスとＡｒガスの流量比率を変化させると共に、ＢＣｌ３ガスの流量を変化させた時のエッチング速度の測定結果を示す特性図。
【図８】本エッチングにおいて、ＢＣｌ３ガスに対してＡｒガスの流量比を変化させた時の、Ａｒガスの流量比に対するエッチング速度の測定結果を示す特性図。
【符号の説明】
１…サファイア基板
２…バッファ層
３…ＧａＮ  層
４…マスク
５…電極形成部
６…電極
１０…真空容器
１２，３４…導入管
１４，１５，３６…マスフローコントローラ
１６，１７，３８…タンク
１９…拡散ポンプ
１８…コンダクタンスバルブ
２２，２４…電極
２８…高周波電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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