(57)【要約】【課題】電気的特性の測定を精度高く行うことが可能な半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、基板１０の裏面１０ｂに、絶縁体からなり、厚さが１μｍ以下の保護膜２２を形成する工程と、保護膜２２を設ける工程の後に、基板１０の表面１０ａに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ系半導体層を成長させる工程と、ＧａＮ系半導体層を成長させる工程の後に、ＧａＮ系半導体層の電気的特性を測定する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の裏面に、絶縁体からなり、厚さが１μｍ以下の保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を設ける工程の後に、前記基板の表面に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ系半導体層を成長させる工程と、
前記ＧａＮ系半導体層を成長させる工程の後に、前記ＧａＮ系半導体層の電気的特性を測定する工程と、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】
前記電気的特性を測定する工程は、前記ＧａＮ系半導体層のシート抵抗、電子移動度、又はキャリア濃度の少なくとも１つを測定する工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電気的特性を測定する工程は、渦電流の測定、又は四探針法を行うことにより、前記ＧａＮ系半導体層のシート抵抗を測定する工程であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ＧａＮ系半導体層を成長させる工程の後に、前記保護膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、シリコン、窒化シリコン、又は窒化ガリウムのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記保護膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、又は酸化窒化シリコンのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１から５いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記保護膜の厚さは、１ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記保護膜の厚さは、１０ｎｍ以上、８００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から７いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記保護膜の厚さは、５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から８いずれか一項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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）等の電子デバイスや、発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに利用されている。ＧａＮ系半導体層は、基板上にエピタキシャル層を成長させることで形成される。
【０００３】
特許文献１には、ＡｌＧａＮ層の組成比を調整することにより、ウェハの反りを低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６６３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の製造工程においては、半導体素子が形成される基板の表面側の機能部分の電気的特性を適正に管理することが要求される。しかしながら従来の製造方法では、当該機能部分の形成時に、基板裏面にも電気的に活性な層が形成されることにより、電気的特性の測定の精度が低下することがあった。
【０００６】
本願発明は上記課題に鑑み、電気的特性の測定を精度高く行うことが可能な半導体装置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】
【０００７】
本願発明は、基板の裏面に、絶縁体からなり、厚さが１μｍ以下の保護膜を形成する工程と、前記保護膜を設ける工程の後に、前記基板の表面に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ系半導体層を成長させる工程と、前記ＧａＮ系半導体層を成長させる工程の後に、前記ＧａＮ系半導体層の電気的特性を測定する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。本発明によれば、電気的特性の測定を精度高く行うことが可能となる。
【０００８】
上記構成において、前記電気的特性を測定する工程は、前記ＧａＮ系半導体層のシート抵抗、電子移動度、又はキャリア濃度の少なくとも１つを測定する工程である構成とすることができる。この構成によれば、シート抵抗、電子移動度、又はキャリア濃度を精度高く測定することができる。
【０００９】
上記構成において、前記電気的特性を測定する工程は、渦電流の測定、又は四探針法を行うことにより、前記ＧａＮ系半導体層のシート抵抗を測定する工程である構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記ＧａＮ系半導体層を成長させる工程の後に、前記保護膜を除去する工程を有する構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記基板は、シリコン、窒化シリコン、又は窒化ガリウムのいずれか１つからなる構成とすることができる。この構成によれば、電気的特性を精度高く測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電気的特性の測定を精度高く行うことが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、比較例に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例２に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
まず初めに、比較例について説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、比較例に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、例えばＳｉからなる基板１０を準備する。基板１０の表面を表面１０ａ、表面１０ａとは反対側の裏面を裏面１０ｂとする。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）を用いて、基板１０の表面１０ａ上にＧａＮ系半導体層を成長させる。具体的には、表面１０ａ上にＡｌＮ（窒化アルミニウム）層１２を形成し、ＡｌＮ層１２上にＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）層１４を形成する。さらにＡｌＧａＮ層１４上にＧａＮ（窒化ガリウム）層１６を形成し、ＧａＮ層１６上にＡｌＧａＮ層１８を形成する。
【００１８】
図１（ｂ）の工程においては例えば、裏面１０ｂを下にして基板１０をサセプタ上に配置した後、加熱する。ＧａＮ系半導体層（エピタキシャル層）の原料となる原料ガスを導入し、表面１０ａ上にＧａＮ系半導体層を成長させる。基板１０とサセプタとの間に有限の隙間がある場合、原料ガスが裏面１０ｂに回り込み、裏面１０ｂに、原料ガスに含まれるＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を含んだ裏面成長層２０が形成されることがある。また、成長温度は数百度以上であるため、裏面成長層２０から基板１０へとＡｌ，Ｇａ及びＩｎ等の不純物が拡散することがある。拡散した不純物がドーパントとなって、基板１０に導電性を有するドーピング層２１が形成されることがある（図中の破線参照）。
【００１９】
半導体装置の製造工程においては、例えばシート抵抗等のような、ＧａＮ系半導体層の電気的特性を測定する工程が実施されることがある。比較例では、裏面成長層２０やドーピング層２１等が導電性を有する。従って、ＧａＮ系半導体層の電気的特性の測定精度が低下する恐れがある。
【００２０】
測定精度を高めるために、裏面成長層２０やドーピング層２１を除去することも考えられる。しかしながら、除去のためにはエッチングや研磨等の工程を追加するため、工程が複雑になる。例えば薄型化等のため、エッチングや研磨等を行う場合であっても、それらの工程が終了するまで、ＧａＮ系半導体層の電気的特性の測定を行うことが困難となる。結果的に、電気的特性の測定を行うまで、不良品の半導体装置を除去することが困難となり、半導体装置のコストが高まる恐れがある。
【００２１】
次に実施例１について説明する。図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、例えばＳｉ（シリコン）からなる基板１０の裏面１０ｂに、例えばスパッタリング法を用いて、保護膜２２を形成する工程を行う。保護膜２２は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、及び酸化窒化シリコン等の絶縁体からなり、厚さは例えば１００ｎｍである。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、保護膜２２を形成する工程の後に、基板１０の表面１０ａに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、下から順にＡｌＮ層１２、ＡｌＧａＮ層１４、ＧａＮ層１６、及びＡｌＧａＮ層１８を成長させる。すなわち、表面１０ａ上にＧａＮ系半導体層を成長させる工程を行う。
【００２４】
この工程では、図１（ｂ）で既述した工程と同様に、原料ガスが裏面１０ｂに回り込むことがある。しかしながら、裏面１０ｂには保護膜２２が形成されているため、裏面成長層２０は保護膜２２に接触して成長し、基板１０への接触は妨げられる。このため、裏面成長層２０から基板１０に、不純物が拡散することも抑制される。言い換えれば、保護膜２２は、基板１０と裏面成長層２０とを絶縁する。
【００２５】
ＧａＮ系半導体層を成長させる工程の後に、ＧａＮ系半導体層の電気的特性を測定する工程を行う。電気的特性とは例えばシート抵抗である。シート抵抗の測定は、例えば渦電流の測定、又は四探針法により行われる。
【００２６】
図２（ｃ）に示すように、ＧａＮ系半導体層を成長させる工程の後に、保護膜２２を除去する工程を行う。例えばＨＦ（フッ化水素）やＢＨＦ（バッファードフッ酸）等をエッチャントとして使用するエッチングにより、保護膜２２を選択的に除去することができる。また、薄型化のために、裏面１０ｂを研磨する際に保護膜２２も研磨することで、除去することができる。なお、保護膜２２、及び裏面成長層２０は、ＧａＮ系半導体層の電気的特性に及ぼす影響は小さい。従って、保護膜２２の除去工程を行うのは、電気的特性の測定前でも、測定後でもよい。また保護膜２２を除去せず、残存させてもよい。以上により、実施例１に係る半導体装置が完成する。
【００２７】
次に、比較例に係る半導体装置と実施例１に係る半導体装置とで、シート抵抗の測定結果を比較する。まず、サンプルの生成条件について説明する。第一に、ＭＯＣＶＤ法について説明する。
【００２８】
まずシリコンからなる基板１０をＭＯＣＶＤ装置のリアクタ内に導入し、基板１０の温度を１０５０℃に上昇させた。昇温により、基板１０の表面をサーマルクリーニングする。Ｈ２をキャリアガスとして用い、リアクタ内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）及びＮＨ３（アンモニア）を供給し、リアクタ内の圧力を１００Ｔｏｒｒ（１３．３ＭＰａ）まで上昇させた。これにより、基板１０の表面１０ａ上に厚さ約２５０ｎｍのＡｌＮ層１２を成長させた。基板１０の温度を１０５０℃まで昇温させることで、ＡｌＮ層１２は、ほとんど格子緩和した層となった。次に基板１０の温度を１１００℃に上昇させ、リアクタ内にＴＭＡ、ＮＨ３及びＴＭＧ（トリメチルガリウム）を供給し、圧力を１３．３ＭＰａに維持した。これにより、ＡｌＮ層１２上に厚さ約２５ｎｍのＡｌＧａＮ層１４を成長させた。
【００２９】
さらに基板１０の温度を１１５０℃まで上昇させ、ＴＭＧ及びＮＨ３を供給し、圧力を１３．３ＭＰａに維持した。これにより、ＡｌＧａＮ層１４上に厚さ約１μｍのＧａＮ層１６を成長させた。次に基板１０の温度を１０５０℃に低下させ、ＴＭＡ、ＮＨ３及びＴＭＧを供給し、圧力を１３．３ＭＰａに維持した。これにより、ＧａＮ層１６上に厚さ約３０ｎｍ、Ａｌ組成比が０．２５のＡｌＧａＮ層１８を成長させた。
【００３０】
第二に、保護膜２２の成膜条件について説明する。方法としてはＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）スパッタリング法を用いた。まず基板１０をスパッタ装置に導入した。スパッタターゲットとしてはＳｉＯ２（二酸化シリコン）を用い、Ａｒガス雰囲気中でスパッタリングを行った。ガス流量は２０ｓｃｃｍ（３．３８×１０−２Ｐａ・ｍ３／ｓ）、ガス圧力は０．２Ｐａ、ＲＦの電力は０．３ｋＷとして、１０分間のプリスパッタを行った。プリスパッタの後、ガス流量及びガス圧力は維持したまま、ＲＦの電力を０．６ｋＷに上昇させ、ターゲットと基板１０との間のシャッターを開き、１０分間のスパッタリングを行った。これにより、基板１０の裏面１０ｂ上にＳｉＯ２からなる、厚さ１００ｎｍの保護膜２２を成膜した。
【００３１】
シート抵抗は渦電流の測定により測定した。表１は、比較例、裏面１０ｂ研磨後の比較例、及び実施例１、それぞれにおけるシート抵抗を示すものである。裏面１０ｂの研磨は、図１（ｂ）の状態において、裏面成長層２０やドーピング層２１が除去されるまで行った。
【表１】
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【００３２】
表１に示すように、比較例に係る半導体装置のシート抵抗は６３０Ω／□であった。これに対し、実施例１に係る半導体装置のシート抵抗は７００Ω／□であった。また比較例に係る半導体装置の、研磨後のシート抵抗は７００Ω／□であり、実施例１のシート抵抗と同じであった。研磨後は、裏面成長層２０やドーピング層２１が除去されているため、シート抵抗の測定が精度高く行なわれている。実施例１に係る半導体装置のシート抵抗は、研磨後の半導体装置のシート抵抗と同じ値を示した。つまり、実施例１によれば、保護膜２２を形成することにより、裏面成長層２０やドーピング層２１を除去した後と同じく、シート抵抗を精度高く測定することができた。
【００３３】
実施例１によれば、保護膜２２を形成することで、裏面成長層２０の影響や、ドーピング層２１の形成を抑制し、ＧａＮ系半導体層の電気的特性を精度高く測定することが可能となる。つまり保護膜２２は、基板１０と裏面成長層２０との絶縁膜、及び拡散防止膜として機能する。ＧａＮ系半導体層の成長はＭＯＣＶＤ法により行うため、結晶性が良好なＧａＮ系半導体層を形成し、かつ原料ガスが裏面１０ｂに回り込んだ場合でも、電気的特性の測定を精度高く行うことができる。また、ＧａＮ系半導体層の成長工程後に、電気的特性の測定工程を行うことができ、不良品の発見が早まる。従って、半導体装置の低コスト化が可能となる。
【００３４】
保護膜２２の厚さは１００ｎｍとしたが、裏面成長層２０から基板１０への不純物の拡散を抑制するには、１ｎｍ以上が好ましい。また既述したように、保護膜２２を除去する工程では、ＧａＮ系半導体層をエッチングせずに、保護膜２２を選択的に除去するウェットエッチングを行うことがある。エッチングを選択的に行うためには、保護膜２２の厚さは１０ｎｍ以上、さらには５０ｎｍ以上であることが好ましい。保護膜２２の厚さを１０ｎｍ以上とすることにより、裏面成長層２０を除去するための保護膜２２のエッチングが容易になる。また保護膜２２の厚さは１００ｎｍより大きくしてもよい。ただし、保護膜２２が厚すぎると、保護膜形成の手間が大きくなる。また保護膜２２に発生する応力によって、ウェハの反りが大きくなる恐れがある。このため、保護膜２２の厚さは１μｍ以下であることが好ましい。厚さを１μｍ以下とすることで、簡単に保護膜２２を形成でき、かつ反りを抑制することができる。さらに好ましくは、厚さを８００ｎｍ以下、又は５００ｎｍ以下とすることができる。以上の理由から、保護膜２２の厚さは、１ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下、さらに好ましくは５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、の範囲とすることができる。
【００３５】
保護膜２２は酸化シリコン、窒化シリコン、及び酸化窒化シリコン等のようなシリコン化合物に限定されず、他の物質からなるとしてもよい。保護膜２２の形成はＲＦスパッタリング法で行うとしたが、ＲＦスパッタリング法以外のスパッタリング法でもよいし、例えば真空蒸着法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、イオンプレーティング法等で行ってもよい。上記の方法によって、保護膜２２を精度高く形成することができる。
【００３６】
特に基板１０がＳｉからなる場合、Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａのような不純物が拡散してドーパントとなりやすい。保護膜２２により、不純物が拡散しやすいＳｉが基板１０として用いられている場合でも、電気的特性の測定を精度高く行うことができる。また基板１０がＳｉからなる場合、基板１０の裏面１０ｂ側を酸化させて、ＳｉＯ２からなる保護膜２２を形成してもよい。酸化は、基板１０を例えば酸化性雰囲気中に配置して熱酸化させて行う。酸化により保護膜２２を形成することで、工程を簡略化することができる。なお、基板１０は、Ｓｉ以外に、ＳｉＣ（炭化シリコン）やＧａＮ（窒化ガリウム）を用いてもよい。またＧａＮ系半導体層の成長工程では、原料ガスとして、上記以外に例えばＴＥＧ（トリエチルガリウム）やＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）を用いてもよい。
【００３７】
シート抵抗の測定は、渦電流（ｅｄｄｙ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を測定する方法に限定されず、例えば四探針法（Ｆｏｕｒ−Ｐｏｉｎｔ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）によって行ってもよい。測定する電気的特性はシート抵抗に限定されない。実施例１によれば、例えばホール効果の測定等により、電子移動度やキャリア濃度等、他の電気的特性を測定する場合でも、精度高く測定することが可能となる。また測定する電気的特性は１つに限定されず、複数の電気的特性を測定してもよい。
【実施例２】
【００３８】
実施例２はＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度ドランジスタ）への適用例である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例２に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した工程は、実施例２でも共通であるため説明を省略する。ＧａＮ系半導体層を成長させた後に、ＧａＮ系半導体層のシート抵抗等の電気的特性を測定する工程も共通である。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、電気的特性を測定する工程の後、電極を形成する工程を行う。つまり、図２（ｂ）に例示した半導体装置のＡｌＧａＮ層１８上に、例えば蒸着法を用いて、ソース電極２４、ドレイン電極２６及びゲート電極２８を形成する。ソース電極２４及びドレイン電極２６は、ＡｌＧａＮ層１８に近い方から例えばＴｉ／Ａｌを積層させたオーミック電極である。ゲート電極２８は、ＡｌＧａＮ層１８に近い方から例えばＮｉ／Ａｕを積層させてなる。ＡｌＧａＮ層１８は電子供給層として機能する。
【００４０】
図３（ｂ）に示すように、保護膜２２を除去する工程を行う。以上の工程により、実施例２に係る半導体装置が完成する。なお、実施例１と同様に、電気的特性を測定する工程と、保護膜２２を除去する工程とは、順番を入れ替えてもよい。また保護膜２２を除去せずに、図３（ａ）の状態の半導体装置として完成させてもよい。
【００４１】
実施例２によれば、ＧａＮ系半導体層の電気的特性を精度高く測定することが可能な、ＨＥＭＴの製造方法を実現することができる。また、保護膜２２の厚さを１μｍ以下とすることで、ＨＥＭＴの反りを抑制することが可能となる。なお、半導体装置は、ＨＥＭＴ以外のトランジスタや、例えばレーザーダイオードやフォトダイオードのような光半導体装置でもよい。
【００４２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
基板                １０
表面                １０ａ
裏面                １０ｂ
ＡｌＮ層            １２
ＡｌＧａＮ層        １４，１８
ＧａＮ層            １６
裏面成長層          ２０
ドーピング層        ２１
保護膜              ２２
ソース電極          ２４
ドレイン電極        ２６
ゲート電極          ２８
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012004444.tif 000006