(57)【要約】【課題】窒化物半導体装置のコンタクト抵抗並びにショットキー特性の向上を図る。【解決手段】サファイアからなる基板１１の上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２と、ｉ型ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層１３と、ｉ型ＡｌＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１４が順次形成されている。第２の窒化物半導体層１４の表面に、プラズマを電離することにより生成した窒素イオンガス１８を、プラズマを発生させる陰極と被処理基板の距離を十分離して照射する。その後、ソース電極１５及びドレイン電極１６、ゲート電極１７を形成する。この構成により、半導体表面にダメージを与えることなく、窒素空孔を含む基板表面の窒素不足を補完してから電極を作製することが可能となる。そのため、コンタクト抵抗の低減やショットキー特性の改善が実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体に窒素を含むイオンもしくはラジカル、又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
III族窒化物半導体に窒素を含むイオンもしくはラジカル、又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程において、該窒素を含むイオンもしくはラジカル、又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを、プラズマを形成することにより発生させることを特徴とし、前記窒素を含むイオンもしくはラジカル、又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを形成するプラズマを発生させる陰極の位置と被処理基板を設置するホルダとの距離が少なくとも５ｃｍ以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
III族窒化物半導体に窒素を含むイオンビーム、又は窒素を含む化合物イオンビームを照射する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの方法によって、III族窒化物半導体に窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程と、前記窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程後に、該処理領域に導電性膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかの方法によって、III族窒化物半導体に窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程と、前記窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程後に、該処理領域に絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
III族窒化物半導体層をエッチングする工程の後に、請求項１から３のいずれかの方法によって、該エッチング領域に窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
III族窒化物半導体層に熱処理を行う工程の後に、請求項１から３のいずれかの方法によって、デバイス活性領域の表面に窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１から３のいずれかの方法によって、III族窒化物半導体に窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程と、前記窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程後に、該照射領域にｎ型不純物をドープする工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記窒素を含むイオンもしくはラジカル、又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程を、被処理基板温度が３００℃を越えて行うことを特徴とする請求項１から８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
III族窒化物半導体にアンモニア、窒素酸化物、シアン化合物のいずれか一種、または2種以上のイオンもしくはラジカルを照射する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
窒素を含むイオンもしくはラジカル又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを形成するプラズマＲＦパワーが１Ｗから２００Ｗでは、０．１Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの圧力に設定され、プラズマＲＦパワーが２００Ｗを超える場合には、０．１ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの設定で、III族窒化物半導体にプラズマ処理を施すことを特徴とする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、III族窒化物半導体の製造方法に関し、特に、III族窒化物半導体電子デバイスやIII族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III-Ｖ族窒化物半導体、すなわち一般式がＡｌxＩｎyＧａ1-x-y Ｎ（但し、ｘ，ｙは０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる混晶型の化合物半導体は、その物理的特徴である広いバンドギャップと直接遷移型のバンド構造とを利用した光学素子への応用だけでなく、破壊電界と飽和電子速度とが大きいという特徴を利用した電子デバイスへの応用も検討されている。特に、半絶縁性基板上にエピタキシャル成長したＡｌXＧａ1-XＮ層（但し、０＜Ｘ≦１である。）とＧａＮ層との界面に現われる２次元電子ガス（2-Dimensional Electron Gas、以下、２ＤＥＧと呼ぶ。）を利用するヘテロ接合電界効果トランジスタ（Hetero-junction Field Effect Transistor、以下、ＨＦＥＴと呼ぶ。）や、ヘテロバイポーラトランジスタ（Hetero-junction Bipolar Transistor、以下、ＨＢＴと呼ぶ。）は、高出力型高周波デバイスとして開発が進められている。
【０００３】
ＨＦＥＴは、そのチャネルに対して、例えばＡｌＧａＮからなりｎ型の障壁層であるキャリア供給層からの電子が供給されるのに加え、分極効果（自発分極すなわちピエゾ分極）による電荷が供給されるため、その電子密度は１０13ｃｍ-2を超える。この電子密度はＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるＨＦＥＴと比べて１桁程度大きい。
【０００４】
さらに、III-Ｖ族窒化物半導体、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）はそのバンドギャップエネルギーが３．４ｅＶと相対的に大きいため耐圧特性も高い。このように高耐圧で且つ高電流密度を有する電気的特性を期待できることから、ＨＦＥＴやＨＢＴを中心とするIII-Ｖ族窒化物半導体を用いた電子デバイスは超高速素子として、また素子のサイズをより小さくした大出力素子として応用が検討されている。
【０００５】
このようなIII-Ｖ族窒化物半導体を用いたＨＦＥＴやＨＢＴを含む電子デバイスにおいて、エピ成長後やプロセス中に生じる表面の窒素不足という化学組成のアンバランスが、電気特性を劣化させ、オーミックコンタクト抵抗やゲートリーク電流、ショットキー特性を悪化させるということが課題となっていた。そのため、これまではこのようなIII-Ｖ族窒化物半導体の表面改質を行うためにアンモニアを含むガスや不活性ガスにより基板表面をプラズマエッチングする方法が採用されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２６１３２６号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、表面改質のためのアンモニアや不活性ガスによる処理においては、プラズマダメージが入ることにより基板表面の窒素不足を完全に回避できず、デバイスの電気特性の劣化の原因となっている。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題を解決し、良好な電気特性を有するIII-Ｖ族窒化物半導体を用いた電子デバイス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】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、III族窒化物半導体に窒素を含むイオンもしくはラジカル、又は窒素を含む化合物のイオンもしくはラジカルを照射する工程を有するものである。
【０００９】
この構成により、半導体表面においてプラズマダメージを与えることなく窒素不足を回避することができる。
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、さらにイオンを発生させるプラズマの電極位置と被処理基板を設置するホルダとの距離が５ｃｍ以上で窒素イオン、又は窒素を含む化合物イオンによるプラズマ処理を施す工程を有することが好ましい。この好ましい構成によれば、積層された半導体層に照射ダメージが入らないようにできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プラズマダメージを与えることなく、かつIII族窒化物系デバイスの高性能化を実現するために問題となっていた基板表面の窒素不足という化学組成のアンバランスを回復させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る発明は、ＦＥＴの電極形成前におけるリモートプラズマ処理技術に関するものである。この第１の実施形態においては、窒素を含むガスを用いたリモートプラズマ処理を行うことにより、基板表面の窒素不足を補ってやることにより、オーミックコンタクト抵抗の低減や、ゲート部についてショットキー障壁の表面準位によるピニングを抑制する効果がある。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置であってＨＦＥＴの断面構成を示している。図１に示すように、例えば、サファイアからなる基板１１の上に、厚さが約１μｍで窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層１２と、厚さが約１μｍでｎ型キャリア密度が小さいすなわちｉ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層１３と、厚さが約２５ｎｍでｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）とからなる第２の窒化物半導体層１４が順次形成されている。
【００１５】
ここで、第２の窒化物半導体層１４を構成するＡｌ0.26Ｇａ0.74Ｎは、第１の窒化物半導体層１３を構成するＧａＮと比べて電子のバンドギャップエネルギーが大きいため、第１の窒化物半導体層１３における第２の窒化物半導体層１４との界面の近傍、より具体的には該界面から１０ｎｍ程度の深さに２ＤＥＧ層（図示せず）が形成される。
【００１６】
第２の窒化物半導体層１４の表面に、窒素イオンガス１８を、プラズマパワー５０Ｗ、基板温度４００℃、Ｎ2ガス圧力１３３Ｐａ（＝１Ｔｏｒｒ）、Ｎ2ガス流量５００ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍは、０℃、１ａｔｏｍの気体すなわち標準状態の気体が１分間に１ｃｍ3流れる気体の流量である）、プラズマ源と基板間距離を５ｃｍ以上、例えば４０ｃｍとして５分照射する。その後、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜からなるオーム性を持つ（オーミック性の）ソース電極１５及びドレイン電極１６が形成されている。その後、５５０℃、１分間のオーミックシンタを行う。次に、該第２の窒化物半導体層１４とショットキー接触する例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるゲート電極１７が形成されている。
【００１７】
以下、前記のように構成されたＨＦＥＴの製造方法について図面を参照しながら説明する。図２（ａ）〜図２（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るＨＦＥＴの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００１８】
まず、図２（ａ）に示すように、例えば有機化学気相堆積（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、サファイアからなる基板１１の上に、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなるバッファ層１２と、ｉ型の窒化ガリウムからなる第１の窒化物半導体層１３と、ｉ型の窒化アルミニウムガリウム（具体的にはＡｌ0.26Ｇａ0.74Ｎを用いる）からなる第２の窒化物半導体層１４とを順次成長して形成する。ここで、各窒化物半導体層の成膜方法は、ＭＯＣＶＤ法に限られず、該ＭＯＣＶＤ法に代えて分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法を用いてもよい。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示すように、窒素イオンガス１８を、プラズマパワー５０Ｗ、基板温度４００℃、Ｎ2ガス圧力１３３Ｐａ、Ｎ2ガス流量５００ｓｃｃｍ、プラズマ源と基板間距離を４０ｃｍとして５分照射する。以下、窒素イオン照射距離とコンタクト抵抗との関係を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
ここで、プラズマ源と基板間距離を５ｃｍとすると、表１に示すように、プラズマダメージが基板表面に入ることにより、コンタクト抵抗が２×１０-3Ω・ｃｍ2とプラズマ処理をしない場合の１×１０-5Ω・ｃｍ2と比較して急激に上昇してしまい、悪影響を与える。そのため、プラズマ源と基板間距離は５ｃｍ以上でプラズマ処理を行うことが必要である。さらに、コンタクト抵抗のプラズマ処理温度依存性を図３に示す。処理温度を３００℃以上に設定すると、コンタクト抵抗が４×１０-5Ω・ｃｍ2以下となり、ＨＦＥＴのコンタクト抵抗として必要な値を得ることができる。そのため、プラズマ処理時の基板温度は３００℃以上に設定することが望ましい。ここで、用いるガスは窒素を含むガス、例えば、アンモニア、窒素酸化物、シアン化合物を用いても良い。また、ここで照射する窒素イオン、又は窒素を含む化合物イオンは、イオン注入法を含む方法による窒素イオンビーム、又は窒素を含む化合物イオンビームでも良い。その後、例えば電子線蒸着法によりチタンからなる電極形成膜を成膜する。続いて、成膜した電極形成膜における不要部分を第２のレジストパターンと共に除去するいわゆるリフトオフ法により、オーミック性のソース電極１５及びドレイン電極１６を形成する。次に、５５０℃１分間のオーミックシンタを行う。続いて、窒素イオン（図示せず）を照射した後、ソース電極１５及びドレイン電極１６の間にゲート電極形成領域を露出する開口部を有する第３のレジストパターン（図示せず）を形成し、例えば電子線蒸着法によりニッケル及び金からなるゲート電極形成膜を成膜し、さらに、リフトオフを行なって、ゲート電極形成膜からゲート電極１７を形成する。ここでＭＩＳＨＦＥＴを作製するために、該ゲート電極形成膜を形成する前に、絶縁膜を成膜してもよい。
【００２２】
本実施形態で得られたＨＦＥＴの特性を表２に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
上記表２によれば、コンタクト抵抗は該窒素イオンを照射したことにより、表面における窒素不足が解消されたため、１×１０-5Ω・ｃｍ2から２×１０-6Ω・ｃｍ2と低減された。また、ショットキー特性の理想因子は、該窒素イオンを照射したことにより表面準位によるショットキー障壁のピニングを抑制したため、２．０から１．３と低減され、理想因子がより１に近づくことが明らかとなった。
【００２５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る発明は、ＦＥＴのキャップリセス後の表面処理におけるリモートプラズマ処理技術に関するものである。この第２の実施形態においては、窒素リモートプラズマ処理を行うことにより、エピをドライエッチングした時に生じる窒素不足を補ってやることができる。それにより、オーミックコンタクト抵抗の低減や、ゲート部についてショットキー障壁の表面準位によるピニングを抑制する効果がある。
【００２６】
図４は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置であってＨＦＥＴの断面構成を示している。図４に示すように、例えば、サファイアからなる基板２１の上に、厚さが約１μｍで窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層２２と、厚さが約１μｍでｎ型キャリア密度が小さいすなわちｉ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層２３と、厚さが約２５ｎｍでｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）からなる第２の窒化物半導体層２４と、厚さ３０ｎｍでｎ型キャリア密度の大きいすなわちｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第３の窒化物半導体層２５が順次形成されている。
【００２７】
ここで、第２の窒化物半導体層２４を構成するＡｌ0.26Ｇａ0.74Ｎは、第１の窒化物半導体層２３を構成するＧａＮと比べて電子のバンドギャップエネルギーが大きいため、第１の窒化物半導体層２３における第２の窒化物半導体層２４との界面の近傍、より具体的には該界面から１０ｎｍ程度の深さに２ＤＥＧ層（図示せず）が形成される。
【００２８】
第３の窒化物半導体層２５を塩素系のガスによりドライエッチングを行い、第２の窒化物半導体層２４の表面までエッチングすることにより、オーミック部とゲート部とする。次に第２の窒化物半導体層２４と第３の窒化物半導体層２５の表面に、窒素イオンガス２９を、プラズマパワー５０Ｗ、基板温度４００℃、Ｎ2ガス圧力１３３Ｐａ、Ｎ2ガス流量５００ｓｃｃｍ、プラズマ源と基板間距離を５ｃｍ以上、例えば４０ｃｍとして５分照射する。その後、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜からなるオーム性を持つ（オーミック性の）ソース電極２６及びドレイン電極２７を形成する。その後、５５０℃１分でオーミックシンタを行う。次に、該第２の窒化物半導体層２４とショットキー接触する例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるゲート電極２８が形成されている。
【００２９】
以下、前記のように構成されたＨＦＥＴの製造方法について図面を参照しながら説明する。図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係るＨＦＥＴの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００３０】
まず、図５（ａ）に示すように、例えば有機化学気相堆積（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、サファイアからなる基板２１の上に、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなるバッファ層２２と、ｉ型の窒化ガリウムからなる第１の窒化物半導体層２３と、ｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）からなる第２の窒化物半導体層２４と、厚さ３０ｎｍでｎ型キャリア密度の大きいすなわちｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第３の窒化物半導体層２５を順次成長して形成する。ここで、各窒化物半導体層の成膜方法は、ＭＯＣＶＤ法に限られず、該ＭＯＣＶＤ法に代えて分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法を用いてもよい。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、第３の窒化物半導体層２５をＣｌ2雰囲気中でドライエッチングを行い、第２の窒化物半導体層２４の表面までエッチングすることにより、オーミック部とゲート部とする。次に、窒素イオンガス２９を、プラズマパワー５０Ｗ、基板温度４００℃、Ｎ2ガス圧力１３３Ｐａ、Ｎ2ガス流量５００ｓｃｃｍ、プラズマ源と基板間距離を４０ｃｍとして５分照射する。ここで、用いるガスは窒素を含むガス、例えば、アンモニア、窒素酸化物、シアン化合物を用いても良い。また、ここで照射する窒素イオン、又は窒素を含む化合物イオンは、イオン注入法を含む方法による窒素イオンビーム、又は窒素を含む化合物イオンビームでも良い。その後、図５（ｃ）に示すように、例えば電子線蒸着法によりチタンからなる電極形成膜を成膜する。続いて、成膜した電極形成膜における不要部分を第２のレジストパターンと共に除去するいわゆるリフトオフ法により、オーミック性のソース電極２６及びドレイン電極２７を形成する。次に、５５０℃１分間のオーミックシンタを行う。続いて、ソース電極２６及びドレイン電極２７の間にゲート電極形成領域を露出する開口部を有する第３のレジストパターン（図示せず）を形成し、例えば電子線蒸着法によりニッケル及び金からなるゲート電極形成膜を成膜し、さらに、リフトオフを行なって、ゲート電極形成膜からゲート電極２８を形成する。
【００３２】
本実施形態で得られたＨＦＥＴの特性を表３に示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
上記表３によれば、該窒素イオン処理を施したことにより、エッチングにより生じた表面における窒素不足が完全に解消した状態で、電極を形成することができた。そのため、コンタクト抵抗は５×１０-5Ω・ｃｍ2から４×１０-6Ω・ｃｍ2と低減された。また、ショットキー特性の理想因子は、該窒素イオンを照射したことにより表面準位によるショットキー障壁のピニングを抑制したため、３．０から１．５と低減され、理想因子がより１に近づくことが明らかとなった。
【００３５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る発明は、ＦＥＴのオーミックシンタ熱処理後におけるリモートプラズマ処理技術に関するものである。この第３の実施形態においては、窒素リモートプラズマ処理を行うことで、オーミック熱処理により発生するエピ表面の窒素不足を埋めてやることができ、その結果、熱処理によるトランジスタの動作特性への悪影響を防止することができる。
【００３６】
本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図６は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置であってＨＦＥＴの断面構成を示している。図６に示すように、例えば、サファイアからなる基板３１の上に、厚さが約１μｍで窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層３２と、厚さが約１μｍでｎ型キャリア密度が小さいすなわちｉ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層３３と、厚さが約２５ｎｍでｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）とからなる第２の窒化物半導体層３４が順次形成されている。
【００３８】
ここで、第２の窒化物半導体層３４を構成するＡｌ0.26Ｇａ0.74Ｎは、第１の窒化物半導体層３３を構成するＧａＮと比べて電子のバンドギャップエネルギーが大きいため、第１の窒化物半導体層３３における第２の窒化物半導体層３４との界面の近傍、より具体的には該界面から１０ｎｍ程度の深さに２ＤＥＧ層（図示せず）が形成される。
【００３９】
例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜からなるオーム性を持つ（オーミック性の）ソース電極３５及びドレイン電極３６が形成されている。その後、５５０℃、１分間のオーミックシンタを行う。次に、窒素イオンガス３８を、プラズマパワー５０Ｗ、基板温度４００℃、Ｎ2ガス圧力１３３Ｐａ、Ｎ2ガス流量５００ｓｃｃｍ、プラズマ源と基板間距離を５ｃｍ以上、例えば４０ｃｍとして５分照射する。その後、該第２の窒化物半導体層３４とショットキー接触する例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるゲート電極３７が形成されている。
【００４０】
以下、前記のように構成されたＨＦＥＴの製造方法について図面を参照しながら説明する。図７（ａ）〜図７（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係るＨＦＥＴの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００４１】
まず、図７（ａ）に示すように、例えば有機化学気相堆積（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、サファイアからなる基板３１の上に、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなるバッファ層３２と、ｉ型の窒化ガリウムからなる第１の窒化物半導体層３３と、ｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）からなる第２の窒化物半導体層３４とを順次成長して形成する。ここで、各窒化物半導体層の成膜方法は、ＭＯＣＶＤ法に限られず、該ＭＯＣＶＤ法に代えて分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法を用いてもよい。
【００４２】
次に、図７（ｂ）に示すように、例えば電子線蒸着法によりチタンからなる電極形成膜を成膜する。続いて、成膜した電極形成膜における不要部分を第２のレジストパターンと共に除去するいわゆるリフトオフ法により、オーミック性のソース電極３５及びドレイン電極３６を形成する。次に、５５０℃、１分間のオーミックシンタを行う。続いて、熱処理で生じた該ソース電極、該ドレイン電極間の基板表面の窒素不足を補完するために、窒素イオンガス３８を、プラズマパワー５０Ｗ、基板温度４００℃、Ｎ2ガス圧力１３３Ｐａ、Ｎ2ガス流量５００ｓｃｃｍ、プラズマ源と基板間距離を４０ｃｍとして５分照射する。ここで、用いるガスは窒素を含むガス、例えば、アンモニア、窒素酸化物、シアン化合物を用いても良い。また、ここで照射する窒素イオン、又は窒素を含む化合物イオンは、イオン注入法を含む方法による窒素イオンビーム、又は窒素を含む化合物イオンビームでも良い。該窒素イオンを照射したことにより、熱処理により生じた基板表面の窒素不足を完全に補うことができる。その後、図７（ｃ）に示すように、ソース電極３５及びドレイン電極３６の間にゲート電極形成領域を露出する開口部を有する第３のレジストパターン（図示せず）を形成し、例えば電子線蒸着法によりニッケル及び金からなるゲート電極形成膜を成膜し、さらに、リフトオフを行なって、ゲート電極形成膜からゲート電極３７を形成する。
【００４３】
本実施形態で得られたＨＦＥＴの特性を表４に示す。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
上記表４によれば、ドレイン電流が該ソース電極、該ドレイン電極間の表面の窒素不足が完全に回復されたため、０．６Ａ／ｍｍから０．８Ａ／ｍｍに向上させることができた。
【００４６】
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る発明は、ＦＥＴのドーピング前におけるリモートプラズマ処理技術に関するものである。この第４の実施形態においては、窒素リモートプラズマ処理を行うことで、基板表面の窒素不足を埋め、ｎ型不純物を効率よくドーピングすることができる。
【００４７】
図８は本発明の第４の実施形態に係る半導体装置であってＨＦＥＴの断面構成を示している。図８に示すように、例えば、サファイアからなる基板４１の上に、厚さが約１μｍで窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層４２と、厚さが約１μｍでｎ型キャリア密度が小さいすなわちｉ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層４３と、厚さが約２５ｎｍでｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）とからなる第２の窒化物半導体層４４が順次形成されている。
【００４８】
ここで、第２の窒化物半導体層４４を構成するＡｌ0.26Ｇａ0.74Ｎは、第１の窒化物半導体層４３を構成するＧａＮと比べて電子のバンドギャップエネルギーが大きいため、第１の窒化物半導体層４３における第２の窒化物半導体層４４との界面の近傍、より具体的には該界面から１０ｎｍ程度の深さに２ＤＥＧ層（図示せず）が形成される。
【００４９】
第２の窒化物半導体層４４の表面に、窒素イオンガス４８を、プラズマパワー５０Ｗ、基板温度４００℃、Ｎ2ガス圧力１３３Ｐａ、Ｎ2ガス流量５００ｓｃｃｍ、プラズマ源と基板間距離を５ｃｍ以上、例えば４０ｃｍとして５分間照射する。その後、ソース、ドレインコンタクト領域にＳｉ薄膜（図示せず）を成膜した後、１０００℃の熱処理を行い、Ｓｉを該ソース、ドレインコンタクト領域に拡散させ、ｎ型不純物をドープする。その後、該Ｓｉ薄膜を除去した後、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜からなるオーム性を持つ（オーミック性の）ソース電極４５及びドレイン電極４６が形成されている。その後、５５０℃、１分間のオーミックシンタを行う。次に、該第２の窒化物半導体層４４とショットキー接触する例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるゲート電極４７が形成されている。
【００５０】
以下、前記のように構成されたＨＦＥＴの製造方法について図面を参照しながら説明する。図９（ａ）〜図９（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係るＨＦＥＴの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００５１】
まず、図９（ａ）に示すように、例えば有機化学気相堆積（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、サファイアからなる基板４１の上に、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなるバッファ層４２と、ｉ型の窒化ガリウムからなる第１の窒化物半導体層４３と、ｉ型の窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ）からなる第２の窒化物半導体層４４とを順次成長して形成する。ここで、各窒化物半導体層の成膜方法は、ＭＯＣＶＤ法に限られず、該ＭＯＣＶＤ法に代えて分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法を用いてもよい。
【００５２】
次に、図９（ｂ）に示すように、窒素イオンガス４８を、プラズマパワー５０Ｗ、基板温度４００℃、Ｎ2ガス圧力１３３Ｐａ、Ｎ2ガス流量５００ｓｃｃｍ、プラズマ源と基板間距離を４０ｃｍとして５分照射する。ここで、用いるガスは窒素を含むガス、例えば、アンモニア、窒素酸化物、シアン化合物を用いても良い。また、ここで照射する窒素イオン、又は窒素を含む化合物イオンは、イオン注入法を含む方法による窒素イオンビーム、又は窒素を含む化合物イオンビームでも良い。その後、ソース、ドレインコンタクト領域にＳｉ薄膜（図示せず）を成膜した後、１０００℃の熱処理を行い、Ｓｉを該ソース、該ドレインコンタクト領域に拡散させ、ｎ型不純物をドープする。ここで、ドーピングを行う前に該窒素イオンを照射したために、基板表面の窒素空孔を解消したため、窒素空孔にＳｉがドープされてしまいｐ型不純物となることを完全に回避して、ｎ型不純物をドープすることができる。その後、該Ｓｉ薄膜を除去した後、例えば電子線蒸着法によりチタンからなる電極形成膜を成膜する。続いて、成膜した電極形成膜における不要部分を第２のレジストパターンと共に除去するいわゆるリフトオフ法により、オーミック性のソース電極４５及びドレイン電極４６を形成する。次に、５５０℃、１分間のオーミックシンタを行う。続いて、ソース電極４５及びドレイン電極４６の間にゲート電極形成領域を露出する開口部を有する第３のレジストパターン（図示せず）を形成し、例えば電子線蒸着法によりニッケル及び金からなるゲート電極形成膜を成膜し、さらに、リフトオフを行なって、ゲート電極形成膜からゲート電極４７を形成する。
【００５３】
本実施形態で得られた特性は、Ｓｉを窒素空孔にドープされｐ型不純物とすることなく、適切にｎ型不純物としてドープすることができたため、コンタクト抵抗をさらに１×１０-6Ω・ｃｍ2まで低減できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の半導体装置の製造方法は、プラズマダメージを与えることなく、かつ半導体層表面の窒素不足を回復させることができるものであり、III族窒化物系デバイスの特性向上に寄与することができる有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図
【図３】コンタクト抵抗のプラズマ処理温度依存性を示す図
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図、（ｃ）本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図
【図６】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面図、（ｃ）本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面図
【図８】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の断面図
【図９】（ａ）本発明の実施の形態４に係る半導体装置の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態４に係る半導体装置の断面図
【符号の説明】
【００５６】
１１、２１、３１、４１  基板
１２、２２、３２、４２  バッファ層
１３、２３、３３、４３  第１の窒化物半導体層
１４、２４、３４、４４  第２の窒化物半導体層
１５、２６、３５、４５  ソース電極
１６、２７、３６、４６  ドレイン電極
１７、２８、３７、４７  ゲート電極
１８、２９、３８、４８  窒素イオンガス
２５  第３の窒化物半導体層
【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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【図９】
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