(57)【要約】【課題】  半導体装置の製造において、チャネリングを起こすことなくイオン注入を行う。【解決手段】  ＭＢＥを用いて清浄な（０００１）表面を持つ基板１上に低温ＩｎＮバッファ層２を堆積し、このバッファ層２の上に結晶成長軸が基板１の法線方向に対し数度だけ傾いたＩｎＮ層３を成長させ、このＩｎＮ層３に基板１の法線方向からイオン注入する。【選択図】  図１
2005079322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上にイオン注入された領域を有する結晶層が形成された半導体装置であって、前記結晶層は、結晶軸の方向が前記基板の法線方向に対し傾いている
半導体装置。
【請求項２】
基板および結晶層が六方晶構造であることを特徴とする
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
結晶軸がＣ軸であることを特徴とする
請求項１または請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記結晶層を、ＩｎＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮのうち、少なくとも一つ以上の層から結晶層が構成されていることを特徴とする
請求項１〜請求項３の何れかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記基板が、サファイア（０００１），ＳｉＣ（０００１），ＧａＮ（０００１），ＺｎＯ（０００１）のいずれかであることを特徴とする
請求項１または請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】
基板の上にイオン注入された領域を有する結晶層が形成され、前記結晶層の結晶軸の方向が、前記基板の法線方向に対し傾いている
ウエハー。
【請求項７】
基板の上にイオン注入された領域を有する結晶層が形成された半導体装置を製造するに際し、
基板の上に、結晶軸の方向が前記基板の法線方向に対し傾いている結晶層を形成し、
前記結晶層に対して前記基板の法線からイオン注入する
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
基板および結晶層が六方晶構造であることを特徴とする
請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
結晶軸がＣ軸であることを特徴とする
請求項７または請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記結晶層を、ＩｎＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮのうち，少なくとも一つ以上の層から構成することを特徴とする
請求項７〜請求項９の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板がサファイア（０００１），ＳｉＣ（０００１），ＧａＮ（０００１），ＺｎＯ（０００１）のいずれかであることを特徴とする
請求項７または請求項８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、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、キャリア数制御のためのイオン注入工程が重要な位置を占めている。特に近年では半導体材料の多様化に伴い、個々の材料に最適化したイオン注入方法が求められている。
【０００３】
例えば、発光素子として特に注目されているＧａＮ等のウルツ鉱構造を持つ化合物半導体の場合、通常では基板法線方向と結晶のＣ軸が一致するように結晶成長させて用いられるが、Ｃ軸に垂直な面の原子密度が比較的疎であるため、Ｃ軸方向にイオン注入を行うと容易に深くまでイオンが到達してしまい（チャネリング）、キャリアの深さ分布の調整が非常に難しくなっている。
【０００４】
具体的な従来のイオン注入工程は、図２（ａ）に示すように、Ｃ軸方向に対して数度傾けた方向（矢印５１）のイオン注入が行われている。ここで基板（ウエハー）は、分子線エピタキシー装置（Molecular Beam Epitaxy System  以下、ＭＢＥ装置と称す）を用いて清浄な（０００１）表面を持つサファイア基板１の上に低温ＩｎＮバッファ層２を堆積し、このバッファ層２の上に高温ＩｎＮ層３を堆積されており、高温ＩｎＮ層３の上に注入パターンに応じたパターンのマスク層４を形成して、前記矢印５１方向からイオン注入が行われている。
【特許文献１】特開平２−１７７４２６号公報
【特許文献２】特開２００２−１００８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２（ａ）の工程によってイオン注入された状態を図２（ｂ）に示し、５４がイオン注入済みの領域である。
この図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）の工程の１回のイオン注入では、マスク層４の影となる部分（斜線部５２）に対してのイオン注入は不可能である。斜線部５２に対してイオン注入を行うためには、図２（ｃ）に示すように矢印５３に示すような別の方向からのイオン注入が不可欠である。図２（ｃ）の工程を経てイオン注入が完了した領域６０を図２（ｄ）に示す。
【０００６】
しかし、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示したようなイオン注入は工程が複数回になるためコストが増大し、さらに深さ方向のキャリア制御も非常に複雑になる。
そこで、イオン注入回数を減らすために（特許文献１）（特許文献２）のようにオフアングル基板を用いる方法も考えられるが、そもそもオフアングル基板は非常に高価であり、コストの一層の肥大化は避けられない。
本発明は上記課題を解決するもので、チャネリングを防ぎ、イオン注入工程を増加させることなく、マスク設計通りのキャリアドーピングを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、本発明の半導体装置では、基板の法線方向に対し、結晶軸の方向が傾いている結晶層を前記基板上に有することを特徴とする。これにより、基板の結晶軸と結晶層の結晶軸を独立に選ぶことができ、プロセス設計の自由度が増加する。
【０００８】
また、上記半導体装置は、基板および結晶層が六方晶系構造であることを特徴とする。これにより、六方晶系半導体において、プロセス設計の自由度が増大する。
また、上記半導体装置において、結晶軸はＣ軸であることを特徴とする。これにより、結晶層に照射または熱拡散された原子、イオン、ラジカル、分子など（表面照射物）は、結晶層を構成する原子と衝突しやすくなり、深くへの到達が妨げられる。この結果、表面照射物の位置を制御することができ、設計通りのプロセスとなり、歩留が向上する。
【０００９】
また、上記半導体装置において、結晶層はＩｎＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮのうち、少なくとも一つ以上の層から形成されていることを特徴とする。これらにより、ＨＥＭＴ、レーザ、ＬＥＤのようなデバイスにおいても表面照射物の位置を制御することができ、所望の特性の達成、および特性の均一化を実現することができる。
【００１０】
さらに、上記半導体装置においては、サファイア（０００１），ＳｉＣ（０００１），ＧａＮ（０００１），ＺｎＯ（０００１）のいずれかの基板を用いることを特徴とする。これらはオフアングル基板に比べて安価であり、低コスト化を実現できる。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法では、基板の法線方向に対し、結晶軸の方向が傾いている結晶層を前記基板上に有する半導体装置に、イオン注入することを特徴とする。これにより、基板の結晶軸と結晶層の結晶軸を独立に選ぶことができ、イオン注入プロセス設計の自由度が増加する。具体的には、マスク層による（イオン注入経路上の）影が減り、イオン注入の回数を減らすことができる。
【００１２】
また、基板および結晶層が六方晶系構造であることを特徴とする。これにより、六方晶系半導体において、イオン注入プロセス設計の自由度が増大する。
また、結晶軸はＣ軸であることを特徴とする。これにより、注入されたイオンは結晶の原子に衝突しやすくなり、深くへの到達が妨げられる。この結果、チャネリングを抑制できる。
【００１３】
さらに、結晶層はＩｎＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮのうち、少なくとも一つ以上の層から形成されていることを特徴とする。これらにより、ＨＥＭＴ、レーザ、ＬＥＤのようなデバイスにおいてもイオン注入の状態を制御することができ、ゲート・ドレイン構造やレーザストライプ形状が正確に形成できる。
【００１４】
さらに、サファイア（０００１），ＳｉＣ（０００１），ＧａＮ（０００１），ＺｎＯ（０００１）のいずれかの基板を用いることを特徴とする。これらはオフアングル基板に比べて安価であり、低コストプロセスを実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、基板の法線方向に対し結晶軸が数度傾く結晶部を有する構造を持たせ、基板の法線方向からイオン注入することで、チャネリングを起こさせず、イオン注入工程を増加させることなく、マスク設計通りのイオン注入を可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、サファイア（０００１）基板上ＩｎＮ結晶成長工程を例に挙げて説明する。
なお、本発明において、六方晶系構造とは、六方晶構造，ウルツ鉱構造，コランダム構造など、単位格子が六角柱の構造を取り得るものを指す。また、半導体装置とは、基板上に成長した結晶層を含むものとする。
【００１７】
図１（ａ）（ｂ）は本発明の実施例を示す。
まず、図１（ａ）では、ＭＢＥ装置を用いて清浄な（０００１）表面を持つサファイア基板１（ウエハー）の上に低温ＩｎＮバッファ層２を堆積し、このバッファ層２の上に高温ＩｎＮ層３を堆積する。この際、結晶成長条件を調整することにより、Ｃ軸（主軸）がサファイア基板の法線方向に対し数度だけ傾いたＩｎＮ層３が成長する。
【００１８】
なお、我々の実験においては、Ｉｎフラックス５×１０−８Ｔｏｒｒ，窒素の高周波プラズマ３３０Ｗ，流量１ｓｃｃｍの条件下で、まず基板温度２８０℃で低温ＩｎＮバッファ層を１０分間成長させ、引き続き基板温度５５０℃で高温ＩｎＮ層を１時間成長させることで、Ｃ軸が傾いた厚さ０．５ミクロンのＩｎＮ層が得られた。ＩｎＮ層３の前記数度の傾きはＸ線回折により約２°傾いていることは確認された。
【００１９】
次に、ＭＢＥ装置から基板を取り出し、このＩｎＮ層３の上にフォトリソグラフィにより図１（ｂ）に示すようにマスク層４を形成する。この後、ＩｎＮ層３に対してマスク層４をマスクとするイオン注入を、矢印５に示すようなサファイア基板１の法線、すなわち［０００１］方向に行う。図１（ｃ）にイオン注入された領域６を示す。
【００２０】
このように、ＩｎＮ層３のＣ軸がイオン注入方向（矢印５方向）に対し数度傾いているためチャネリングを起こさない。
また基板に対して垂直にイオン注入を行うため、マスク層４の影となる部分がない。そのため意図通りのイオン注入が可能であり、複数の工程に注入を分ける必要がない。ゆえにマスク設計通りでかつコストを抑えた効率の良いイオン注入が可能である。さらに結晶層自体が傾いているため、高価なオフアングル基板を用いる必要がなく、やはりコストを抑えることができる。また本実施例は、ＦＥＴのドレイン・ゲート構成、ＬＥＤや半導体レーザの発光ストライプ形成などに適用することが可能である。
【００２１】
なお、本実施例においてはＭＢＥ装置でサファイア基板１の上にＩｎＮ結晶層を成長させたが、必ずしもこの構成である必要はなく、本実施例のように基板法線方向に対して数度結晶軸が傾くような結晶成長であれば、六方晶系構造以外の組み合わせでも良く、たとえば、ＭＢＥによるシリコン基板（１１１）面上の閃亜鉛構造ＧａＡｓ成長、ＭＯＣＶＤによるサファイア基板上ウルツ鉱構造ＧａＮ成長などが考えられる。さらには、上記の各実施の形態では、結晶層はＩｎＮであったが、これはＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮのうち，少なくとも一つ以上の層から構成することによっても同様の結果を得ることができる。
【００２２】
前記基板１がサファイア（０００１）であったが、ＳｉＣ（０００１），ＧａＮ（０００１），ＺｎＯ（０００１）のいずれであっても、この基板の法線方向に対して結晶軸の方向が数度傾いた結晶層を成長させて、基板の法線方向からイオン注入することによって同様の効果を期待できる。
【００２３】
上記の各実施の形態では、基板法線方向に対して結晶軸のＣ軸が数度傾いた結晶成長であったが、結晶成長させる材料によってはＣ軸でなくてもよい。具体的には、閃亜鉛構造などの立方晶系構造をとる結晶であれば、（１１１）面の法線を基板法線方向に対して数度傾けたものに対して、基板１の法線方向からイオン注入することによって同様の効果を期待できる。
【００２４】
上記の実施の形態では、結晶軸の傾きは約２°であったが、このほかにも結晶成長条件を変更して１°程度〜２°までの数種の傾き角の結晶層、ならびに２°〜３°程度までの数種の傾き角の結晶層、１°未満の数種の傾き角の結晶層、３°を越える数種の傾き角の結晶層を形成したものについて、それぞれ基板の法線方向からイオン注入することによって検証したが、１°程度〜３°程度の数度の範囲の傾き角の結晶層の場合に、チャネリングを起こさせず、マスク設計通りのほぼ満足できるイオン注入結果を得ることができた。１°未満の数種の傾き角の結晶層の場合にはチャネリングを起こし、３°を越える数種の傾き角の結晶層の場合にはマスク設計通りのイオン注入ができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、ＦＥＴのドレイン・ゲート構成、ＬＥＤや半導体レーザの発光ストライプ形成などに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例によるイオン注入工程図
【図２】従来のイオン注入工程図
【符号の説明】
【００２７】
１    サファイア基板
２    低温ＩｎＮバッファ層
３    ＩｎＮ層
４    マスク層
５    イオン注入方向
６    イオン注入された領域
【図１】
2005079322.tif 000003
【図２】
2005079322.tif 000004