(57)【要約】  【課題】  プレーナー構造で、かつ高抵抗の素子分離が可能な窒化物半導体装置の製造方法を提供する。    【解決手段】  基板上に積層したIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置の製造方法であって、素子分離領域表面に、鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを含む被覆膜を形成した後、加熱処理することによって鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの１つを不純物として窒化物半導体層中に拡散させ、高い絶縁性を有する素子分離領域を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置の製造方法において、
基板上に、前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体層を形成する工程と、
該窒化物半導体層表面の前記窒化物半導体装置形成領域を区画する領域に、鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを不純物として含む被覆膜を形成した後、加熱処理を行い、前記窒化物半導体層中に前記不純物を拡散させ、前記窒化物半導体装置の素子分離領域を形成する工程と、
前記被覆膜を除去し、前記窒化物半導体装置形成領域を露出する工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒化物半導体装置の製造方法において、
前記窒化物半導体装置形成領域の前記窒化物半導体層表面に、前記窒化物半導体装置形成領域を被覆し、該窒化物半導体装置形成領域を区画する領域を露出するようにマスク材をパターニングし、該マスク材及び露出する前記窒化物半導体層表面に、前記被覆膜を形成する工程を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２いずれか記載の窒化物半導体装置の製造方法において、
前記被覆膜としてＳＯＧ膜を用いることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動層に窒化物半導体を用いた窒化物半導体装置の製造方法に関し、特にリーク電流が少なく、プレーナー構造の素子分離を行うことができる窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のIII−Ｖ族窒化物半導体からなる窒化物半導体装置の平面図（図３ａ）及び断面図（図３ａのＡ−Ａ’面の断面図を図３ｂに示し、図３ａのＢ−Ｂ’面の断面図を図３ｃに示す）である。図３に示す窒化物半導体装置は、いわゆるＨＥＭＴ構造であり、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３、ノンドープの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるスペーサ層１４、ｎ型窒化アルミニウムガリウムからなるキャリア供給層１５、ノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層１６が順次積層した構造となっており、チャネル層１３とスペーサ層１４とからなるヘテロ接合界面近傍には、ポテンシャル井戸からなる電子移動度が極めて大きい２次元電子ガス層が形成される。このような構造の窒化物半導体装置では、ショットキ層１６にショットキ接触するゲート電極２１に印加する電圧を制御することにより、ソース電極２０ａとドレイン電極２０ｂとの間を流れるキャリア（２次元電子ガス）を制御している。
【０００３】
このような窒化物半導体装置の素子分離は、窒化物半導体装置形成領域を区画する領域の半導体層をドライエッチング法による除去し、凹部２２を形成することで行われる（図３ａ、図３ｂ）。このような構造では、ゲート電極２１は凹部２２の段差を横切り、パッド等の引き出し部は、凹部２２の底面部に形成される構造となっていた（図３ｃ）。このように凹部２２を形成する構造の素子分離方法は、メサ構造と呼ばれるもので、この種の半導体装置の製造工程において、慣用的に行われている方法である。
【０００４】
また、エッチングの代わりに、例えば窒素イオンを加速エネルギー２０ｋｅＶ、１００ｋｅＶ、ドーズ量がいずれも１×１０14ｃｍ-2として、二重にイオン注入することにより、シート抵抗が１×１０8Ω／□の素子分離領域を形成することにより、プレーナー構造の素子分離を行う方法が報告されている（非特許文献１）。
【非特許文献１】中山他、「フィールドプレートを有する高耐圧・高出力ＡｌＧａＮ／ＧａＮリセスゲートＦＥＴ」、電子情報通信学会技術研究報告、社団法人電子通信学会、２００４年１月１２日、Ｖｏｌ．１０３、Ｎｏ．５５８、ｐ．５７〜６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来のメサ構造の素子分離では、ゲート電極をリフトオフ法で形成する場合、少なくとも凹部２２の段差以上の膜厚のホトレジストを形成する必要があり、ゲート長の短いゲート電極を形成することができないという問題があった。
【０００６】
また、従来報告されているプレーナー構造の素子分離において、さらにゲート電極のリーク電流を低減するため、シート抵抗の大きい素子分離領域を形成する必要があった。
【０００７】
本発明は上記問題を解消し、プレーナー構造で、かつ高抵抗の素子分離が可能な窒化物半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置の製造方法において、基板上に、前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体層を形成する工程と、該窒化物半導体層表面の前記窒化物半導体装置形成領域を区画する領域に、鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを不純物として含む被覆膜を形成した後、加熱処理を行い、前記窒化物半導体層中に前記不純物を拡散させ、前記窒化物半導体装置の素子分離領域を形成する工程と、前記被覆膜を除去し、前記窒化物半導体装置形成領域を露出する工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記窒化物半導体装置形成領域の前記窒化物半導体層表面に、前記窒化物半導体装置形成領域を被覆し、該窒化物半導体装置形成領域を区画する領域を露出するようにマスク材をパターニングし、該マスク材及び露出する前記窒化物半導体層表面に、前記被覆膜を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２いずれか記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記被覆膜としてＳＯＧ膜を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の製造方法によれば、被覆膜から鉄、炭素、亜鉛あるいはマグネシウムの少なくとも１つを不純物として窒化物半導体層に熱拡散させて素子分離領域とすることで、素子分離領域のシート抵抗が１×１０9Ω／□以上となり、従来よりリーク電流を低減することができる。特に、素子分離領域にゲート電極が形成される構造の半導体装置では、ゲート電極からのリーク電流を少なくすることができる。
【００１２】
また本発明の製造方法は、通常の窒化物半導体装置の製造工程に従う、マスク膜のパターニング、ＳＯＧ膜の形成、加熱処理など、通常の製造工程のみで構成されるため、製造工程の制御性が良く、素子分離特性の優れた窒化物半導体装置を歩留まり良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の窒化物半導体装置について、主に不純物として鉄をドーピングする場合を例にとり、その製造工程に従い、説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明について、III−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置であるＨＥＭＴを例にとり、製造工程に従い、詳細に説明する。図１は本発明により形成した窒化物半導体装置の平面図（図１ａ）及び断面図（図１ａのＡ−Ａ’面の断面図を図１ｂに示し、図１ａのＢ−Ｂ’面の断面図を図１ｃに示す）である。図２は、本発明の窒化物半導体装置の製造工程を示している。
【００１５】
まず、図２（ａ）に示すように炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、厚さ２.５μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３、厚さ７ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるスペーサ層１４、厚さ１５ｎｍのｎ型窒化アルミニウムガリウムからなるキャリア供給層１５、厚さ３ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層１６が順次積層された構造の半導体基板を用意する。ここで、窒化物半導体層は、通常のＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法あるいはＭＢＥ（分子線ビームエピタキシャル）法で成長させることができる。
【００１６】
次に窒化物半導体装置の形成予定領域を覆うように、鉄の拡散マスクとなる酸化シリコン膜１７をパターニングする。次に、ショットキ層１６及び酸化シリコン膜１７表面に、鉄化合物を添加したＳＯＧ（スピンオングラス）膜１８（被覆膜）を形成する。具体的には、シラノール化合物（ＲnＳｉ（ＯＨ）4-n）を含む有機溶剤（例えば、東京応化社製ＯＣＤｔｙｐｅ−１）１００ｍｌに対し、鉄化合物（Ｆｅ（ＮＯ3）・９Ｈ2Ｏ）を１ｇ添加した溶液を用意し、ショットキ層１６及び酸化シリコン膜１７上に回転塗布する。これを焼成してＳＯＧ膜１８を形成する。その後加熱処理することで、ＳＯＧ膜１８に添加されている鉄（Ｆｅ）を拡散させ、鉄（Ｆｅ）が拡散した窒化ガリウム層、つまり鉄ドープ層１９を形成する。この鉄ドープ層１９は、高い絶縁性（シート抵抗が１×１０9Ω／□以上）を示し、ＳＯＧ膜１８を除去した表面は、ＨＥＭＴ形成領域と同一面となる（図２ｃ）。
【００１７】
次に、酸化シリコン膜１７を除去し、露出したショットキ層１６上にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）の積層体等からなるソース電極２０ａ、ドレイン電極２０ｂをパターン形成し、８００℃、３０秒の急速加熱処理によりオーミック接触を形成した後、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層体等からなるゲート電極２１をパターン形成し、ショットキ層１６との間にショットキ接触を形成する（図２ｄ）。以下、通常の製造工程により、ＨＥＭＴを形成することができる。
【００１８】
このようにして形成した窒化物半導体装置は、高い絶縁性の鉄ドープ層１９を備えたプレーナー構造となり（図１ｃ）、ゲート電極の段間切れを心配することがないので、製造工程の歩留まりや信頼性が向上する。
【００１９】
また、そのシート抵抗は、１×１０9Ω／□以上となり、従来提案されていたイオン注入法より、１０倍以上大きなシート抵抗の素子分離領域を形成することができる。
【００２０】
なお本発明では、拡散マスクとして酸化シリコン膜１７を使用したが、拡散マスクとなり、窒化物半導体装置形成領域に鉄を拡散させず、除去可能な材料であれば、これに限定されることはない。同様に被覆膜としてＳＯＧ膜１９を使用したが、鉄（Ｆｅ）を不純物として含み、加熱処理することにより、その鉄を窒化物半導体層に拡散させることができる膜であれば、これに限定されることはない。さらにパターニングすることができる被覆膜を用いると、素子分離領域を被覆するように被覆膜をパターニングした後、加熱処理を行うことができ、拡散マスクの形成が不要となる。
【００２１】
以上、不純物として鉄（Ｆｅ）を熱拡散させる場合について詳細に説明したが、本発明は、鉄（Ｆｅ）の他、炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）を熱拡散させることもできる。これらの不純物を熱拡散する場合には、周知の製造方法に従い、加熱処理することにより、被覆膜中に含まれる上記不純物を窒化物半導体層に拡散させればよい。たとえば、ＳＯＧ膜を用いて亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）を拡散させる場合には、シラノール化合物（ＲnＳｉ（ＯＨ）4-n）を含む有機溶剤にこれらの金属化合物を添加した溶液を用意し、半導体層上に回転塗布した後、焼成して被覆膜形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明により形成された窒化物半導体装置の説明図で、（ａ）は平面図を、（ｂ）及び（ｃ）は断面図を示している。
【図２】本発明の窒化物半導体装置の製造方法の説明図である。
【図３】従来のこの種の窒化物半導体装置の説明図で、（ａ）は平面図を、（ｂ）及び（ｃ）は断面図を示している。
【符号の説明】
【００２３】
１１；基板、１２；バッファ層、１３；チャネル層、１４；スペーサ層、
１５；キャリア供給層、１６；ショットキ層、１７；酸化シリコン膜、１８；ＳＯＧ膜、
１９；鉄ドープ層、２０ａ；ソース電極、２０ｂ；ドレイン電極、２１；ゲート電極、
２２；凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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