(57)【要約】【課題】III 族窒化物半導体からなる半導体装置の製造方法において、トレンチ溝の底部にのみｎ型またはｐ型領域を形成する方法。【解決手段】ｎ−ＧａＮ層の表面にマスク２を形成し、ＩＣＰエッチングによりトレンチ溝３を形成する（図１ｂ）。次に、そのままマスク２を用いてＭｇをイオン注入し、熱処理をすることで、トレンチ溝３の側部と底部にｐ型領域４を形成する（図１ｃ）。次に、ＴＭＡＨ水溶液によってトレンチ溝３の側部のｐ型領域４ｂのみを選択的にエッチングする（図１ｄ）。以上の工程により、トレンチ溝３に対して自己整合的に、トレンチ溝３の底部にｐ型領域４ａを形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇａを必須とするIII 族窒化物半導体からなり、ｃ面を主面とする半導体層表面の所定の位置にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて、半導体層をエッチングしてトレンチ溝を形成する工程と、
ｎ型またはｐ型の不純物を、前記半導体層表面に対して垂直にイオン注入する工程と、
前記不純物を熱処理により活性化し、ｎ型領域またはｐ型領域を形成する工程と、
前記トレンチ溝の側面である前記半導体層を、アルカリ溶液によりウェットエッチングする工程と、
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】
前記アルカリ溶液は、ＴＭＡＨ、ＫＯＨ、ＮａＯＨのいずれかを含む溶液であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記アルカリ溶液は、ＴＭＡＨ水溶液であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体装置は、トレンチゲート型であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の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 族窒化物半導体からなる半導体装置の製造方法であって、トレンチ溝底部にｎ型またはｐ型領域を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トレンチ溝の底部にｎ型またはｐ型領域を形成する方法が、特許文献１、２に示されている。特許文献１ではそのような構造をトレンチアイソレーションに用い、特許文献２では、トレンチ型半導体装置の耐圧を高めるために用いている。
【０００３】
特許文献１による形成方法は、シリコンからなる半導体層をエッチングしてトレンチ溝を形成後、常圧ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 からなるマスクを形成する。常圧ＣＶＤ法により形成されたマスクは、トレンチ溝の開口部付近は膜厚が厚く、トレンチ溝底部に行くにつれて膜厚が薄くなり、トレンチ溝底部で最も薄くなる。次にボロンのイオン注入を行うと、トレンチ溝の開口部、側面はマスクによりドーピングが抑制される。一方で、トレンチ溝底面はマスクが薄いため、マスクを超えてイオン注入することができる。そのため、トレンチ溝の底部にのみｐ型領域を形成することができる。このように、特許文献１の方法は、常圧ＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2 からなるマスクの段差被覆性の悪さを利用するものである。
【０００４】
特許文献２による形成方法では、イオン注入後にトレンチ溝の側面をエッチングすることで、トレンチ溝の底部にのみｐ型領域を形成している。
【特許文献１】特開平５−２８３５２０
【特許文献２】特開平１１−２６７５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示されたような、マスクの段差被覆性を制御することはきわめて困難である。実際には、常圧ＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2 からなるマスクは、トレンチ溝の開口部付近でオーバーハング形状となるため、このマスクを用いてイオン注入すると、トレンチ溝底部の中央付近にしか不純物が注入されない。
【０００６】
また、III 族窒化物半導体は物理的、化学的にきわめて安定しているため、エッチングが困難であり、特許文献２の方法をIII 族窒化物半導体からなる半導体装置の製造方法に適用するのは困難である。
【０００７】
そこで本発明の目的は、III 族窒化物半導体からなる半導体装置の製造方法において、トレンチ溝の底部にのみｎ型またはｐ型領域を形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、Ｇａを必須とするIII 族窒化物半導体からなり、ｃ面を主面とする半導体層表面の所定の位置にマスクを形成する工程と、マスクを用いて、半導体層をエッチングしてトレンチ溝を形成する工程と、ｎ型またはｐ型の不純物を、半導体層表面に対して垂直にイオン注入する工程と、不純物を熱処理により活性化し、ｎ型領域またはｐ型領域を形成する工程と、トレンチ溝の側面である前記半導体層を、アルカリ溶液によりウェットエッチングする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【０００９】
半導体層は、伝導型を問わない。ｎ型、ｐ型、真性のいずれであってもよい。また、単層であっても、複数の層であってもよい。複数の層である場合は、互いに組成の異なる複数の層であってもよい。なお、Ｇａを必須とするのは、ＡｌＮは酸などによってウェットエッチング可能であり、本発明を用いる優位性がないからである。
【００１０】
ｎ型の不純物はＳｉなど、ｐ型の不純物はＭｇなどである。
【００１１】
ウェットエッチングに用いるエッチング液は、III 族窒化物半導体に対して異方性エッチングするアルカリ溶液（たとえば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム：（ＣＨ3 ）4 ＮＯＨ）、ＫＯＨ、ＮａＯＨのいずれかを含む溶液）を用いる。これらの溶液は、III 族窒化物半導体のｃ面はエッチングできないが、ａ面、ｍ面、ｒ面などのｃ面以外の面はエッチングできる。特に、ＴＭＡＨ水溶液を用いるとよい。ＫＯＨやＮａＯＨのようにアルカリ金属を含まないため洗浄が容易であること、比較的低温で用いることができることから、ＫＯＨやＮａＯＨに比べて取り扱いが容易である。ＴＭＡＨ水溶液は、濃度１〜５０％、温度５０〜１００℃の範囲で用いることが望ましい。濃度が１％未満では、エッチング速度が遅いため望ましくなく、濃度が５０％を超えると、過飽和状態になる可能性があり、沈殿物を生じることがあるため望ましくない。温度が５０℃未満では、エッチング速度が遅いため望ましくなく、温度が１００℃を超えると、溶液中に気泡が発生し、結晶に付着するため望ましくなく、溶媒の蒸発により濃度が変化してしまう恐れがある点でも望ましくない。より望ましい範囲は、濃度６％〜２５％、温度８０〜１００℃である。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、アルカリ溶液は、ＴＭＡＨ、ＫＯＨ、ＮａＯＨのいずれかを含む溶液であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、アルカリ溶液は、ＴＭＡＨ水溶液であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１４】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、半導体装置は、トレンチゲート型であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によると、アルカリ溶液のIII 族窒化物半導体に対する異方性エッチングによって、トレンチ溝の側面のみをエッチングできるため、トレンチ溝に対して自己整合的に、トレンチ溝底部のみにｎ型またはｐ型領域を形成することができる。特に、第３の発明のように、ＴＭＡＨ水溶液を用いると、取り扱いが容易であり、精度よくエッチングを制御することができる。また、第４の発明のように、本発明をトレンチゲート型の半導体装置の製造方法に適用することで、半導体装置の耐圧を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照にしながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、トレンチゲートの製造工程について示した図である。以下、図１を参照にしながら、詳しく説明する。
【００１８】
まず、ｃ面を主面とするｎ−ＧａＮ層１表面の、トレンチ溝を形成する位置以外の位置に、ＳｉＯ2 からなるマスク２を形成する（図１ａ）。
【００１９】
次に、マスク２を用いてＩＣＰエッチングを行い、トレンチ溝３を形成する（図１ｂ）。トレンチ溝３の底面１ａには、ｎ−ＧａＮ層１のｃ面が露出し、トレンチ溝３の側面１ｂには、ｎ−ＧａＮ層１のｃ面以外の面が露出する。また、側面１ｂは、ｎ−ＧａＮ層１表面に対して垂直、つまり、ｃ面に対して垂直になるようにエッチングされている。
【００２０】
次に、Ｍｇを加速電圧５０〜６０ＫｅＶ、ドーズ量１０13〜１０14／ｃｍ2 でｎ−ＧａＮ層１表面に対して垂直にイオン注入する。ここで、マスク２は、イオン注入用のマスクとしても機能する。そのため、Ｍｇはトレンチ溝３の底面１ａと側面１ｂにドープされ、マスク２に覆われたｎ−ＧａＮ層１の表面１ｃにはドープされない。理想的には、側面１ｂはｎ−ＧａＮ層１表面に対して垂直であるためＭｇはドープされないが、実際には、厳密に垂直となるように側面１ｂを加工できなかったり、マスク２によるイオンの反射などによって、側面１ｂにもＭｇがドープされる。その後、窒素雰囲気中において１０００℃で熱処理を行うことで、ドーピングされたＭｇイオンは活性化し、ｐ型領域４が形成される（図１ｃ）。
【００２１】
次に、温度８０℃、濃度２５％のＴＭＡＨ水溶液によりトレンチ溝３をウェットエッチングする。ここで、ＴＭＡＨ水溶液によるエッチングは異方性を有しており、ＧａＮのｃ面をエッチングすることはできないが、ｍ面、ａ面、ｒ面などｃ面以外の面についてはエッチングすることができる。そのため、ｐ型領域４のうち、トレンチ溝３の底部に形成されたｐ型領域４ａは除去されないが、トレンチ溝３の側部に形成されたｐ型領域４ｂは除去される（図１ｄ）。このようにして、トレンチ溝底部にほぼ一致する領域にｐ型領域４ｂを形成することができる。
【００２２】
ウェットエッチングに用いるＴＭＡＨ水溶液は、温度５０〜１００℃、濃度１〜５０％の範囲であることが望ましい。濃度が１％未満では、エッチング速度が遅いため望ましくなく、５０％を超えると、過飽和状態になる可能性があり、沈殿物を生じることがあるため望ましくない。また、温度が５０℃未満では、エッチング速度が遅いため望ましくなく、温度が１００℃を超えると、溶液中に気泡が発生し、結晶に付着するため望ましくなく、溶媒の蒸発により濃度が変化してしまう恐れがある点でも望ましくない。より望ましいのは、濃度が６〜２５％、温度が８０〜１００℃の範囲である。
【００２３】
その後、バッファードフッ酸によりマスク２を除去し、トレンチ溝３の内面にＣＶＤ法によりＳｉＯ2 からなるゲート絶縁膜５を形成し、トレンチ溝３の内部を埋めるように、ポリシリコンからなるゲート電極６を形成する（図１ｅ）。
【００２４】
以上の工程によって、形成したトレンチ溝３に対して自己整合的に、トレンチ溝３の底部にのみｐ型領域４ａを有したトレンチゲート構造を形成することができる。
【００２５】
本発明は、実施例１のようなトレンチゲート構造だけでなく、トレンチアイソレーションなどにも適用することができる。
【００２６】
実施例１では、ウェットエッチングにＴＭＡＨ水溶液を用いているが、ＴＭＡＨ水溶液以外には、ＫＯＨやＮａＯＨなどのアルカリ溶液を用いてもよい。ＴＭＡＨ水溶液と同様の異方性エッチングが可能である。ただし、ＴＭＡＨ水溶液は洗浄が容易であり、低温でエッチングが可能であるため、ＫＯＨやＮａＯＨなどよりも取り扱いが容易である点で優位である。
【００２７】
また、実施例１では、トレンチ溝３の底部にｐ型領域４ａを形成しているが、本発明は、そのトレンチ溝底部にｎ型領域を形成する場合にも適用できる。また、ｎ−ＧａＮ層１は組成の異なる複数の層であってもよい。たとえば、下層をｎ−ＧａＮ層、上層をｎ- −ＡｌＧａＮ層とし、ｎ- −ＡｌＧａＮ層の表面からｎ−ＧａＮ層に達するようなトレンチ溝を形成し、そのｎ−ＧａＮ層であるトレンチ溝の底部にＭｇがドープされたｐ型領域を形成するような場合にも、本発明は適用することができる。逆に、ｎ−ＧａＮ層１に替えて、ｐ−ＧａＮ層としてトレンチ溝を形成し、そのｐ−ＧａＮ層であるトレンチ溝底部にＳｉがドープされたｎ型領域を形成する場合にも、本発明は適用できる。さらには、下層をｐ−ＧａＮ層、上層をｐ- −ＡｌＧａＮ層とし、ｐ- −ＡｌＧａＮ層の表面からｐ−ＧａＮ層に達するようなトレンチ溝を形成し、そのｐ−ＧａＮ層であるトレンチ溝の底部にＳｉがドープされたｎ型領域を形成するような場合にも、本発明は適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の製造方法は、III 族窒化物半導体からなるトレンチ型の半導体装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１のトレンチゲート構造の形成工程を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１：ｎ−ＧａＮ層
２：マスク
３：トレンチ溝
４：ｐ型領域
５：ゲート絶縁膜
６：ゲート電極
【図１】
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