(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長装置内に、ＦＺ法で形成され抵抗率が［６ｋΩ・ｃｍ］以上のシリコン基板を導入する工程と、
前記成長装置内で前記シリコン基板を水素雰囲気中で、９００［℃］〜１０００［℃］の範囲の温度でクリーニングする工程と、
前記成長装置内を不活性ガス雰囲気にする工程と、
前記成長装置内を減圧する工程と、
前記シリコン基板の温度を成長温度である１１００［℃］まで昇温する工程と、
前記成長装置内に原料ガスを導入して、前記シリコン基板上に有機金属気相成長法によりバッファ層として窒化アルミニウム層を形成する工程と
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記不活性ガス雰囲気を窒素雰囲気とする
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】
前記成長装置内を減圧する工程では、
前記成長装置内を、６．７×１０３〜２．７×１０４［Ｐａ］の範囲内の圧力とする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記クリーニングを行う工程での、前記シリコン基板の温度を１０００［℃］とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
成長装置内に、ＦＺ法で形成され抵抗率が［６ｋΩ・ｃｍ］以上のシリコン基板を導入する工程と、
前記成長装置内で前記シリコン基板を水素雰囲気中で、９００［℃］〜１０００［℃］の範囲の温度でクリーニングする工程と、
前記成長装置内を減圧する工程と、
前記成長装置内に原料ガスを導入して、前記シリコン基板上に有機金属気相成長法によりバッファ層として窒化アルミニウム層を、前記シリコン基板の温度を１０００［℃］で形成する工程と
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記成長装置内を減圧する工程では、
前記成長装置内を、６．７×１０３〜２．７×１０４［Ｐａ］の範囲内の圧力とする
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記クリーニングを行う工程において、前記シリコン基板の温度を１０００［℃］とすることを特徴とする請求項５又は６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】
この発明は、半導体装置の製造方法、特に、高出力・高周波窒化物半導体素子をシリコン基板上に生成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板は、高価であり、また、基板サイズも小さいものしか入手できない。このため、ＧａＮ系の半導体装置を製造するにあたっては、通常、他の材質で形成された単結晶成長基板を用いて、この単結晶成長基板上にＧａＮなどの窒化物半導体薄膜を成長させる。
【０００３】
単結晶成長基板として用いられるシリコン（Ｓｉ）基板は、安価であり、また、基板サイズの大きなものが入手可能である。従って、結晶成長基板として、Ｓｉ基板を用いるものは、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を用いるものと並んで、研究が盛んである。
【０００４】
Ｓｉ基板は、通常、チョコラルスキー（ＣＺ：Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法で製造されるが、最近では、浮遊帯域溶融（ＦＺ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法が用いられることもある。ＦＺ法により製造されたシリコン基板として、抵抗率が５ｋ〜３０ｋΩ・ｃｍの高抵抗Ｓｉ基板（例えば、Ｔｏｐｓｉｌ社製のＨｉＲｅｓ（登録商標））が入手可能である。
【０００５】
Ｓｉ基板上に、ＧａＮなどの窒化物半導体薄膜を成長させる方法として、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。ＭＯＣＶＤ法の一般的な特徴として、Ｓｉ基板の温度（基板温度）を高くして、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をバッファ層として成長した後、基板温度を低くして、ＧａＮエピタキシャル成長を行うことにより、結晶性の良い薄膜が得られることが知られている。例えば、水素雰囲気中で、基板温度を１２００［℃］としてＳｉ基板上にＡｌＮ層を成長させ、その後、基板温度を１１２０［℃］まで降温させた後、ＧａＮをエピタキシャル成長させることで、ＧａＮ基板が得られる（例えば、非特許文献１、２参照）。
【０００６】
ここで、基板温度を１２００［℃］に昇温してＳｉ基板上にＡｌＮ層を形成する場合、Ｓｉ基板の抵抗値が低くなる現象が確認されている。この原因として、成長装置内に存在するガリウム（Ｇａ）や、アルミニウム（Ａｌ）の元素が、昇温時にＳｉ基板内に拡散することが挙げられる（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
Ｓｉ基板内にＧａやＡｌが拡散することにより、Ｓｉ基板にｐ型の低抵抗層が形成される。Ｓｉ基板上に、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ及びＧａＮを成長させて形成したＧａＮ系の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）では、この低抵抗層の存在が、遮断周波数の低下などの特性劣化をもたらす。
【０００８】
この低抵抗層の生成を回避する方法として、イオン注入によりＭＯＣＶＤ法により形成されるアクセプタを補償して高抵抗化する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【非特許文献１】Ｈ．Ｋｏｎｄｏ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｓｅｒｉｅｓ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  ｎ−ＧａＮ／ＡｌＮ／ｎ−Ｓｉ  Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．４５（２００６）４０１５
【非特許文献２】Ｈ．Ｍ．Ｍａｎａｓｅｖｉｔ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｈｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．ＳＯｃ．，１１８（１９７１）１８６４
【非特許文献３】Ｐ．Ｒａｊａｇｏｐａｌ  ｅｔ  ａｌ．，“ＭＯＣＶＤ  ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＦＥＴｓ  ｏｎ  Ｓｉ：Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ａｎｄ  Ｉｓｓｕｅｓ”、Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，  ７９８，６１−６６
【特許文献１】特開２００７−２７３６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＭＯＣＶＤ法により生じたアクセプタ準位やイオン注入により形成される準位は、Ｓｉ基板の窒化物半導体層との界面付近に残存してしまう。このため、イオン注入した元素の窒化物半導体層への拡散などの問題を引き起こす恐れがある。また、イオン注入により形成された高抵抗層のために、閾値電圧が高くなるなどの不具合が生じる可能性もある。
【００１０】
さらに、半導体装置の製造にあたり、イオン注入による余分なプロセスが必要となるので、コストの面でも不利になる。
【００１１】
そこで、この出願に係る発明者が鋭意研究を行ったところ、ＭＯＣＶＤ法を行う成長装置内で、窒素雰囲気又は水素雰囲気中でアニールを行うと、基板温度の上昇とともに、シート抵抗が低下すること、すなわち、基板温度を低くすることにより、シート抵抗の低下を抑制できることを見出した。
【００１２】
また、同じ基板温度の場合、水素雰囲気中でアニールを行った場合に比べて、窒素雰囲気中でアニールを行うと、抵抗値の低下を抑制できることを見出した。
【００１３】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、Ｓｉ基板上に、ＡｌＮ及びＧａＮを成長させるにあたり、Ｓｉ基板の抵抗値の低下を抑制する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するために、この発明の第１の要旨によれば、以下の工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
先ず、成長装置内に、ＦＺ法で形成され抵抗率が［６ｋΩ・ｃｍ］以上のシリコン基板を導入して、成長装置内でシリコン基板を水素雰囲気中で、９００［℃］〜１０００［℃］の範囲の温度でクリーニングする。次に、成長装置内を不活性ガス雰囲気にした後、成長装置内を減圧し、さらに、シリコン基板の温度を成長温度である１１００［℃］まで昇温する。次に、成長装置内に原料ガスを導入して、シリコン基板上に有機金属気相成長法によりバッファ層として窒化アルミニウム層を形成する。
【００１６】
上述した半導体装置の製造方法の実施にあたり、好ましくは、成長装置内を減圧する工程では、成長装置内を、６．７×１０３〜２．７×１０４［Ｐａ］の範囲内の圧力とするのが良い。
【００１７】
また、上述した半導体装置の製造方法の好適実施形態によれば、クリーニングを行う工程で、シリコン基板の温度を１０００［℃］とするのが良い。
【００１８】
また、上述した目的を達成するために、この発明の第２の要旨によれば、以下の工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１９】
先ず、成長装置内に、ＦＺ法で形成され抵抗率が［６ｋΩ・ｃｍ］以上のシリコン基板を導入して、成長装置内でシリコン基板を水素雰囲気中で、９００［℃］〜１０００［℃］の範囲の温度でクリーニングする。次に、成長装置内を減圧する。次に、成長装置内に原料ガスを導入して、シリコン基板上に有機金属気相成長法によりバッファ層として窒化アルミニウム層を、シリコン基板の温度を１０００［℃］で形成する。
【００２０】
上述した半導体装置の製造方法の実施にあたり、好ましくは、成長装置内を減圧する工程では、成長装置内を、６．７×１０３〜２．７×１０４［Ｐａ］の範囲内の圧力とするのが良い。
【００２１】
また、上述した半導体装置の製造方法の好適実施形態によれば、クリーニングを行う工程においてシリコン基板の温度を１０００［℃］とするのが良い。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の半導体装置の製造方法によれば、シリコン基板の温度を窒素雰囲気中で昇温した後、窒化アルミニウム層を形成するか、あるいは、水素雰囲気中で基板温度を１０００［℃］程度として窒化アルミニウム層を形成することにより、ＧａやＡｌがシリコン基板へ拡散する前に窒化物半導体の成長を行うことができる。この結果、シリコン基板と窒化物半導体層の界面に形成されるｐ型の低抵抗層の生成を防ぐことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００２４】
先ず、図１を参照して、アニール温度及び雰囲気ガスと、シート抵抗との関係について説明する。図１は、シート抵抗のアニール温度依存性を示す図である。図１では、横軸にアニール温度［℃］を取って示し、縦軸にシート抵抗［Ω／□］を取って示している。
【００２５】
浮遊帯域溶融（ＦＺ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法により製造された、（１１１）面を主面とするｎ型シリコン（Ｓｉ）基板であって、抵抗率ρが、６［ｋΩ・ｃｍ］以上のＳｉ基板を用いる。
【００２６】
Ｓｉ基板の自然酸化膜を除去するため、Ｓｉ基板を１２．５％の希フッ酸溶液に１０分間侵漬した後、２０分間純水で水洗する。その後、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置内にＳｉ基板を導入し、１０分間の常圧でのアニールを行った。
【００２７】
ここで、アニール温度として、シリコン基板の温度（基板温度）を９００、１０００、１１００及び１２００［℃］に設定した場合について、それぞれ測定を行った。
【００２８】
水素雰囲気（図中、○で示す。）の場合、アニール温度が上昇するにつれて、シート抵抗が下がる。例えば、アニール温度を１２００［℃］とすると、水素雰囲気中でシート抵抗が２．５［ｋΩ／□］程度となる。ここで、ガリウム（Ｇａ）が、深さ０．５［μｍ］まで均一に分布していると仮定すると、シート抵抗が２．５［ｋΩ／□］のときは、２×１０１７［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］程度のキャリアの存在が考えられる。
【００２９】
窒素雰囲気（図中、●で示す。）の場合についても、水素雰囲気と同様に、アニール温度が上昇するにつれて、シート抵抗が下がる。ここで、同じアニール温度の場合、水素雰囲気中でアニールを行った場合に比べて、窒素雰囲気中でアニールを行った場合のほうが、シート抵抗の低下が小さい。例えば、アニール温度を１２００［℃］とすると、窒素雰囲気中でシート抵は７［ｋΩ／□］程度になる。
【００３０】
（第１実施形態）
図２を参照して、第１実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図２は、半導体装置の製造方法を説明するための図であり、横軸に時刻ｔを取って示し、縦軸に基板温度［℃］を取って示している。
【００３１】
ここでは、成長基板として、ＦＺ法により製造された、（１１１）面を主面とするｎ型Ｓｉ基板であって、抵抗率ρが、６［ｋΩ・ｃｍ］以上のＳｉ基板を用いる。
【００３２】
先ず、Ｓｉ基板に形成された自然酸化膜を除去するために、Ｓｉ基板を１２．５％の希フッ酸溶液に１０分間侵漬した後、２０分間純水で水洗する。
【００３３】
次に、成長装置としてＭＯＣＶＤ装置内に、洗浄後のＳｉ基板を導入する。
【００３４】
次に、成長装置内でＳｉ基板の表面をクリーニングする。このＳｉ基板の表面のクリーニングは、水素雰囲気中において、９００［℃］以上、好ましくは１０００［℃］の基板温度で行われる。以下の説明において、クリーニング時の基板温度をクリーニング温度と称することもある。
【００３５】
Ｓｉ基板の表面をクリーニングするにあたり、先ず、成長装置内を常圧（ＮＰ）の水素雰囲気（Ｈ２）とした後、時刻ｔ０からｔ１まで５分間かけてクリーニング温度まで昇温する。その後、時刻ｔ１からｔ２まで１０分間、クリーニング温度を保持して、Ｓｉ基板の表面のクリーニングを行う。
【００３６】
次に、成長室内の雰囲気を水素雰囲気（Ｈ２）から窒素雰囲気（Ｎ２）に置換する。通常のＭＯＣＶＤ装置では、雰囲気の置換に要する時間は数秒程度であるが、ここでは、ＭＯＣＶＤ装置に導入するガスを水素ガスから窒素ガスに切り替えた後、時刻ｔ２からｔ３まで１分間待機する。また、ここでは、窒素ガスを使用して、窒素雰囲気としているが、１０００〜１２００［℃］で化学的に不活性であれば良く、アルゴンガスなどの希ガスを用いて不活性ガス雰囲気としても良い。
【００３７】
次に、時刻ｔ３において、成長室内を、６．７×１０３〜２．７×１０４［Ｐａ］（５０〜２００［Ｔｏｒｒ］）の範囲内の圧力、好ましくは、１．３×１０４［Ｐａ］（１００［Ｔｏｒｒ］）まで減圧する。
【００３８】
次に、基板温度を成長温度まで昇温する。この成長温度は、Ｓｉ基板上に、バッファ層としてのＡｌＮ層、チャネル層としてのＧａＮ層、及び、バリア層としてのＡｌＧａＮ層を順にエピタキシャル成長させる際の基板温度である。成長温度は、従来１２００［℃］程度としているが、ここでは、成長温度を１１００［℃］とする。クリーニング温度から成長温度までの昇温は、時刻ｔ３からｔ４まで３分間かけて行われる。
【００３９】
次に、成長装置内に原料ガスを導入して、Ｓｉ基板上にＭＯＣＶＤ法によりＡｌＮ層を形成する。ＡｌＮ層を形成するための原料ガスとして、有機金属としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を例えば５［μｍｏｌ／ｍｉｎ］の流量で導入するとともに、アンモニア（ＮＨ３）を例えば５［ＳＬＭ(Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｌ／ｍｉｎ)］の流量で導入する。また、このとき、ＴＭＡ及びアンモニアとともに、キャリアガスを、例えば１４［ＳＬＭ］の流量で導入する。
【００４０】
ここで、減圧及び昇温の工程において、成長室内は窒素雰囲気となっているので、キャリアガスをそのまま窒素ガスとすることができる。ただし、キャリアガスとして窒素ガスを用いると、キャリアガスを水素ガスとした場合に比べて、ＡｌＮ層の成長速度が１／１０程度になる。このため、原料ガスの導入の際には、キャリアガスを水素ガスに切換えるのが良い。このキャリアガスの窒素ガスから水素ガスへの切換えは、原料ガスの導入と同時、あるいは、原料ガスの導入開始後に行う。
【００４１】
ここでは、バッファ層をＡｌＮ層とする例について説明したが、この例に限定されない。バッファ層上に、良好なＧａＮ結晶が形成できれば良く、バッファ層としてＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層を形成しても良い。
【００４２】
バッファ層を形成した後、チャネル層としてＧａＮ層及びバリア層としてＡｌＧａＮ層を順に形成する。ここで、ＧａＮ層を形成する場合、ＴＭＡに替えて、有機金属としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を導入すればよい。また、ＡｌＧａＮ層を形成する場合は、有機金属として、ＴＭＡ及びＴＭＧを導入すれば良い。
【００４３】
バッファ層、チャネル層及びバリア層の成長後は、アンモニアを導入したまま、キャリアガスを水素から窒素に切り替え、時刻ｔ５からｔ６まで１５分程度の時間をかけて２００℃まで温度を下げる。ここで、４００℃まで降温されたとき、アンモニアの供給を停止する。
【００４４】
その後、チャネル層としてのＧａＮ層上に、バリア層としてのＡｌＧａＮ層が形成された、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造に対して、通常のトランジスタ製造プロセスにより、デバイスを作成すれば良い。以下、トランジスタ製造プロセスを簡単に説明する。
【００４５】
ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造上に、マスク材料であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を例えばプラズマＣＶＤ法で形成した後、ＳｉＯ２膜上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして用いたウェットエッチングを行い、ＳｉＯ２膜をパターニングする。次に、パターニングされたＳｉＯ２膜をマスクとして、アルゴン等によるイオン注入により素子分離を行う。
【００４６】
次に、フォトリソグラフィにより、ソース電極及びドレイン電極を形成する領域に開孔を有するレジストパターンを形成する。その後、Ｔｌ／Ａｌを蒸着した後リフトオフを行う。その後、６００［℃］で熱処理を施し、オーミック特性の電極とする。
【００４７】
次に、フォトリソグラフィにより、ゲート電極を形成する領域に開孔を有するレジストパターンを形成する。その後、Ｎｉ／Ａｕを蒸着した後、リフトオフを行い、さらに４００［℃］の熱処理を施して、ゲート電極を得る。
【００４８】
図３を参照して、成長温度までの昇温の際の雰囲気と、シート抵抗の関係について説明する。図３は、シート抵抗のキャリアガス依存性を示す図である。図３では、横軸に成長温度［℃］を取って示し、縦軸に、シート抵抗［Ω／□］を取って示している。
【００４９】
成長温度を１１００［℃］として、水素雰囲気で成長温度まで昇温した場合、シート抵抗が９［ｋΩ／□］以下になる。これに対し、第１実施形態で示すように、同じく成長温度を１１００［℃］として、窒素雰囲気で成長温度まで昇温させると、シート抵抗は１８［ｋΩ／□］となる。この値は、水素雰囲気で昇温した場合に比べて、２倍以上大きい。
【００５０】
また、シート抵抗が１０［ｋΩ／□］よりも大きくなると、遮断周波数が１１［ＧＨｚ］となり、２〜４［ＧＨｚ］のＳ帯のパワーアンプに用いるのに充分である。
【００５１】
図４に、成長温度が１１００［℃］の窒素雰囲気と、１２００［℃］の水素雰囲気中で、高抵抗Ｓｉ基板上にＡｌＮ層を成長したときの、バックサイドＳＩＭＳ分析結果を示す。図４では、横軸にＡｌＮ層表面からの深さ［μｍ］を取って示し、縦軸に、Ｇａ濃度［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］を取って示している。ここで、バックサイドＳＩＭＳは、基板裏面からスパッタしながら二次イオン質量分析（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を行う、成分分析方法をいう。バックサイドＳＩＭＳを用いると、表面からスパッタを行った場合のノックオン効果をなくすことができる。
【００５２】
水素雰囲気、成長温度１２００［℃］の条件でＡｌＮ層を成長させた場合（図４中、Ｉで示す。）、Ｓｉ基板のＡｌＮ層との界面付近で、Ｇａの濃度が１×１０１６［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以上であり、深さ０．７［μｍ］付近まで、１×１０１５［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以上となっている。
【００５３】
一方、窒素雰囲気、成長温度１１００［℃］の条件でＡｌＮ層を成長させた場合（図４中、ＩＩで示す。）、Ｓｉ基板のＡｌＮ層との界面付近では、Ｇａの濃度が１×１０１６［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以上であるが、深さ０．３［μｍ］以上では、ほぼ観測限界以下となっており、Ｇａの濃度が低く、すなわち、Ｇａの拡散が抑制されることが示されている。
【００５４】
（第２実施形態）
図５を参照して、第２実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図５は、半導体装置の製造方法を説明するための図であり、横軸に時刻ｔを取って示し、縦軸に基板温度［℃］を取って示している。
【００５５】
ここでは、成長基板として、ＦＺ法により製造された、（１１１）面を主面とするｎ型Ｓｉ基板であって、抵抗率ρが、６［ｋΩ・ｃｍ］以上のＳｉ基板を用いる。
【００５６】
成長装置内で、クリーニングを完了する（時刻ｔ２）までの工程は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００５７】
クリーニングを行った後、時刻ｔ２において、成長装置内を６．７×１０３〜２．７×１０４［Ｐａ］（５０〜２００［Ｔｏｒｒ］）の範囲内の圧力、好ましくは、１．３×１０４［Ｐａ］（１００［Ｔｏｒｒ］）まで減圧する。第２実施形態では、減圧の際の成長室内を水素雰囲気としている。
【００５８】
次に、基板温度を１０００［℃］に保持した状態で、原料ガスを導入する。すなわち、成長温度を１０００［℃］とする。成長温度は、通常、最適温度として１２００［℃］としているが、ここでは、成長温度を１０００［℃］とする。
【００５９】
原料ガスの流量は、第１実施形態と同様で、ＴＭＡを例えば５［μｍｏｌ／ｍｉｎ］の流量で導入するとともに、アンモニア（ＮＨ３）を例えば５［ＳＬＭ］の流量で導入する。また、このとき、ＴＭＡ及びアンモニアとともに、キャリアガスを、例えば１４［ＳＬＭ］の流量で導入する。ここで、成長室内は、水素雰囲気なので、キャリアガスとして、そのまま水素ガスを用いる。
【００６０】
ここでは、バッファ層をＡｌＮ層とする例について説明したが、この例に限定されない。バッファ層上に、良好なＧａＮ結晶が形成できれば良く、バッファ層としてＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層を形成しても良い。
【００６１】
バッファ層を形成したのち、チャネル層としてＧａＮ層及びバリア層としてＡｌＧａＮ層を順に形成する。ここで、ＧａＮ層を形成する場合、ＴＭＡに替えて、有機金属としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を導入すればよい。また、ＡｌＧａＮ層を形成する場合は、有機金属として、ＴＭＡ及びＴＭＧを導入すれば良い。
【００６２】
バッファ層、チャネル層及びバリア層の成長後は、アンモニアを導入したまま、キャリアガスを水素から窒素に切り替え、時刻ｔ５からｔ６まで１５分程度の時間をかけて２００℃まで温度を下げる。ここで、４００℃まで降温されたとき、アンモニアの供給を停止する。
【００６３】
その後、チャネル層としてのＧａＮ層上に、バリア層としてのＡｌＧａＮ層が形成された、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造に対して、第１実施形態と同様に通常のトランジスタ製造プロセスにより、デバイスを作成すれば良い。
【００６４】
図６を参照して、成長温度と、シート抵抗の関係について説明する。図６は、シート抵抗の成長温度依存性を示す図である。図６では、横軸に成長温度［℃］を取って示し、縦軸に、シート抵抗［Ω／□］を取って示している。
【００６５】
水素雰囲気で、成長温度を１２００［℃］とすると、シート抵抗が２．４［ｋΩ／□］程度まで減少する。成長温度が低くなるにつれて、シート抵抗は大きくなる。成長温度が１０００［℃］のときは、シート抵抗が２０［ｋΩ／□］であり、成長温度が１２００［℃］のときに比べて約８倍の抵抗値となる。
【００６６】
図７に、水素雰囲気中で、成長温度Ｔｓを１０００［℃］としたときと、１２００［℃］としたときについて、高抵抗Ｓｉ基板上にＡｌＮ層を成長したときの、バックサイドＳＩＭＳ分析結果を示す。図７では、横軸にＡｌＮ層表面からの深さ［μｍ］を取って示し、縦軸に、Ｇａ濃度［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］を取って示している。
【００６７】
水素雰囲気、成長温度１２００［℃］の条件でＡｌＮ層を成長させた場合（図７中、Ｉで示す。）、Ｓｉ基板のＡｌＮ層との界面付近で、Ｇａの濃度が１×１０１６［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以上であり、深さ０．７［μｍ］付近まで、１×１０１５［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］以上となっている。
【００６８】
一方、成長温度１０００［℃］の条件でＡｌＮ層を成長させた場合（図７中、ＩＩで示す）、Ｓｉ基板のＡｌＮ層との界面付近では、Ｇａが観測されるものの、それ以外の領域ではほぼ観測限界以下であり、Ｇａの拡散が抑制されることが示されている。
【００６９】
以上説明したように、この発明の半導体装置の製造方法によれば、安価で基板サイズの大きなものが入手可能なＳｉ基板を成長基板として用いた場合に、Ｓｉ基板の抵抗値を高くできる。このことから、寄生容量の低減ができるとともに、遮断周波数特性の劣化を防ぐことができる。
【００７０】
上述した各実施形態では、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の半導体装置の製造方法は、通常の、ショットキーゲート型ＦＥＴであるＭＥＳＦＥＴ（ＭＥｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ゲート領域にｐｎ接合を有する接合型トランジスタ（ＪＦＥＴ：Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）にも適用可能である。
【００７１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）など光デバイスの製造にも適用できる。光デバイスは、裏面の基板に電極を形成すると表面から光を取り出す面積が増えるため、低抵抗のＳｉ基板が用いられる。この場合、ＧａＮをｎ型にするため、Ｓｉ基板もｎ型とする。Ｓｉと半導体層との界面に形成されるｐ型の低抵抗層は、ＬＥＤなどの閾値電圧を高くするため、本発明によるｐ型層の生成を抑制する方法は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】シート抵抗のアニール温度依存性を示す図である。
【図２】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図３】シート抵抗のキャリアガス依存性を示す図である。
【図４】バックサイドＳＩＭＳ分析結果を示す図（１）である。
【図５】第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図６】シート抵抗の成長温度依存性を示す図である。
【図７】バックサイドＳＩＭＳ分析結果を示す図（２）である。
【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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