(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物半導体に電気的に接続される導電部を有する半導体装置の製造方法であって、
ＩＩＩ族窒化物半導体の表面において、導電部を形成するための導電部形成領域を設ける工程と、
所定の不純物をイオン照射にて導入することにより、前記導電部形成領域に位置する前記ＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分におけるドナー密度を、前記導電部形成領域以外のところに位置する前記ＩＩＩ族窒化物半導体の表面におけるドナー密度よりも高くするための所定の処理を施す工程と、
前記所定の処理を施した後に、前記導電部形成領域に導電部を形成する工程と
を有し、
前記所定の処理を施す工程は、前記所定の不純物としてヘリウムイオン、ネオンイオン、アルゴンイオンおよびガリウムイオンからなる群から選ばれるいずれかのイオンを前記導電部形成領域に位置する前記ＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分に照射する工程を備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ＩＩＩ族窒化物半導体に電気的に接続される導電部を有する半導体装置の製造方法であって、
ＩＩＩ族窒化物半導体の表面において、導電部を形成するための導電部形成領域を設ける工程と、
所定の不純物をイオン照射にて導入することにより、前記導電部形成領域に位置する前記ＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分におけるエネルギーバンドギャップを、前記導電部形成領域以外のところに位置する前記ＩＩＩ族窒化物半導体の部分におけるエネルギーバンドギャップよりも狭めるための所定の処理を施す工程と、
前記所定の処理を施した後に、前記導電部形成領域に導電部を形成する工程と
を有し、
前記所定の処理を施す工程は、前記所定の不純物としてインジウムイオンを前記導電部形成領域に位置する前記ＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分に照射する工程を備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の前記所定の処理を施す工程を経た後、不純物としてＩＶ族元素を少なくとも一つ以上含む原子を前記導電部形成領域に位置する前記ＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分にドーピングする工程を備えた、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、ヘテロ接合電界効果型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘテロ接合電界効果型トランジスタとして、たとえば文献（Appl.Phys.Lett.,Vol.64,No.8,1003(1994)））には、ＩＩＩ族窒化物半導体のヘテロ接合電界効果型トランジスタが開示されている。そこで、この文献に記載されたヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極の製造方法について説明する。
【０００３】
まず、図１９に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体基板としてたとえばｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）基板１０１上に写真製版処理を施すことにより、ソース／ドレイン電極領域１０３を形成するためのレジストパターン１０２を形成する。
【０００４】
次に、図２０に示すように、蒸着法によりソース／ドレイン電極を形成するための金属膜１０４を形成する。具体的に金属膜１０４として、まずチタン膜が蒸着され、次にアルミニウム膜が蒸着される。
【０００５】
次に、図２１に示すように、リフトオフ処理を施すことによりｎ型窒化ガリウム基板１０１上に、ソース／ドレイン電極１０４ａを形成する。その後、ソース／ドレイン電極１０４ａとｎ型窒化ガリウム基板１０１との固相反応を促進するための熱処理を施す。このようにして、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極が形成されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極の形成方法では、ソース／ドレイン電極１０４ａとｎ型窒化ガリウム基板１０１との接触抵抗の値が比較的高く、そのため、ソース／ドレイン電極１０４ａにおける電力損失が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は導電部とＩＩＩ族半導体基板との接触抵抗が低減される半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の製造方法の第１のものは、ＩＩＩ族窒化物半導体に電気的に接続される導電部を有する半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。ＩＩＩ族窒化物半導体の表面において、導電部を形成するための導電部形成領域を設ける。所定の不純物をイオン照射にて導入することにより、その導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分におけるドナー密度を、導電部形成領域以外のところに位置するＩＩＩ族窒化物半導体の表面におけるドナー密度よりも高くするための所定の処理を施す。その所定の処理を施した後に、導電部形成領域に導電部を形成する。その所定の処理を施す工程は、所定の不純物としてヘリウムイオン、ネオンイオン、アルゴンイオンおよびガリウムイオンからなる群から選ばれるいずれかのイオンを導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分に照射する工程を備えている。
【０００９】
この製造方法によれば、所定の不純物としてヘリウムイオン、ネオンイオン、アルゴンイオンおよびガリウムイオンからなる群から選ばれるいずれかのイオンを導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分に照射することで、イオンが照射されない部分に比べてドナーとしての機能を有する欠陥（結晶欠陥）をより多く含む領域が形成され、特に、ガリウムイオンの場合には、ＩＩＩ族元素であるガリウムが窒素に比べて化学量論的組成比よりも多く存在する領域が形成される。これにより、導電部と接触するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分におけるドナー密度がより高くなって、導電部とＩＩＩ族窒化物半導体との接触抵抗の値を従来の半導体装置の場合よりも低減することができる。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法の第２のものは、ＩＩＩ族窒化物半導体に電気的に接続される導電部を有する半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。ＩＩＩ族窒化物半導体の表面において、導電部を形成するための導電部形成領域を設ける。所定の不純物をイオン照射にて導入することにより、導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分におけるエネルギーバンドギャップを、導電部形成領域以外のところに位置するＩＩＩ族窒化物半導体の部分におけるエネルギーバンドギャップよりも狭めるための所定の処理を施す。その所定の処理を施した後に、導電部形成領域に導電部を形成する。その所定の処理を施す工程は、所定の不純物としてインジウムイオンを導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分に照射する工程を備えている。
【００１５】
この製造方法によれば、所定の不純物としてインジウムイオンを導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分に照射することで、導電部と接触するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分におけるエネルギーバンドギャップがより狭くなる。これにより、導電部とＩＩＩ族窒化物半導体との接触抵抗の値を従来の半導体装置の場合よりも低減することができる。
【００１８】
また、所定の処理を施す工程を経た後、不純物としてＩＶ族元素を少なくとも一つ以上含む原子を導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分にドーピングする工程を備えることが好ましい。
【００１９】
この場合には、ＩＩＩ族窒化物半導体においてドナーとして作用するＩＶ族元素がドーピングされて、ドナーの密度がより高い領域が形成されることになる。その結果、導電部とＩＩＩ族窒化物半導体との接触抵抗の値をさらに低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法として、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極の製造方法の一例について説明する。まず、図１に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体基板としてたとえばｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）基板１上に写真製版処理を施すことにより、ソース／ドレイン電極領域３を形成するためのレジストパターン２を形成する。
【００２５】
次に、図２に示すように、たとえばイオンミリング装置を用い加速電圧１ＫＶ以下にてアルゴンイオン５をｎ型窒化ガリウム基板１に向けて照射する。次に、図３に示すように、たとえば電子ビーム蒸着装置またはスパッタ蒸着装置を用いて、ソース／ドレイン電極を形成するための所定の金属膜４をｎ型窒化ガリウム基板１上に形成する。より具体的にこの金属膜４として、まずチタン膜が蒸着され、次にアルミニウム膜が蒸着される。
【００２６】
次に、図４に示すように、リフトオフ処理を施すことによりｎ型窒化ガリウム基板１上に、ソース／ドレイン電極４ａを形成する。その後、ソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との固相反応を促進するための熱処理を施す。このようにして、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極４ａが形成されることになる。
【００２７】
上述した製造方法では、図２に示すように、レジストパターン２をマスクとしてアルゴンイオン５がｎ型窒化ガリウム基板１の表面に照射される。これにより、アルゴンイオンが照射されたｎ型窒化ガリウム基板１の表面には、アルゴンイオンが照射されない部分に比べてドナーとしての機能を有する欠陥（結晶欠陥）をより多く含む領域１１が形成されることになる。
【００２８】
このように、欠陥を多く含む領域１１がソース／ドレイン電極４ａの直下に位置するｎ型窒化ガリウム基板１の表面に形成されることで、熱処理を施した後におけるソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との接触抵抗の値が従来の半導体装置に比べて低減されることになる。
【００２９】
このことを示す、ソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との接触抵抗率の評価結果を図５に示す。図５に示すように、アルゴンイオンが照射された場合では、アルゴンイオンが照射されない場合に比べて接触抵抗率が約１桁低減していることがわかる。
【００３０】
この実施の形態ではｎ型窒化ガリウム基板１の表面に照射するイオン源としてアルゴンを例に挙げて説明した。アルゴンの他に、ｎ型窒化ガリウム基板１の表面に欠陥を発生させることができ、かつガリウムよりも原子半径の小さいヘリウム、窒素またはネオンをイオン源として用いてもよく、この場合にもアルゴンの場合と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板として窒化ガリウム（ＧａＮ）基板を例に挙げて説明したが、ＩＩＩ族窒化物半導体基板としては、Ａｌ、ＧａおよびＩｎのうちから選ばれる少なくともいずれかの元素を含む窒化物半導体基板であればよい。
【００３２】
実施の形態２
本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法として、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極の製造方法の他の例について説明する。まず、前述した図１に示したのと同様に、図６に示すようにｎ型窒化ガリウム基板１上に写真製版処理を施すことにより、ソース／ドレイン電極領域３を形成するためのレジストパターン２を形成する。
【００３３】
次に、図７に示すように、収束イオンビーム装置を用いてガリウムイオン６をｎ型窒化ガリウム基板１に向けて照射する。次に、図８に示すように、たとえば電子ビーム蒸着装置またはスパッタ蒸着装置を用いて、ソース／ドレイン電極を形成するための所定の金属膜４として、チタン膜およびアルミニウム膜を順次ｎ型窒化ガリウム基板１上に形成する。
【００３４】
次に、図９に示すように、リフトオフ処理を施すことによりｎ型窒化ガリウム基板１上に、ソース／ドレイン電極４ａを形成する。その後、ソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との固相反応を促進するための熱処理を施す。このようにして、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極４ａが形成されることになる。
【００３５】
上述した製造方法では、図７に示すように、レジストパターン２をマスクとしてガリウムイオン６がｎ型窒化ガリウム基板１の表面に照射される。これにより、ガリウムイオンが照射されたｎ型窒化ガリウム基板１の表面には、ＩＩＩ族元素であるガリウムが窒素に比べて化学量論的組成比よりも多く存在することになる。
【００３６】
このように、ＩＩＩ族元素であるガリウムが窒素に比べて化学量論的組成比よりも多く存在する領域１２がソース／ドレイン電極４ａの直下に位置するＮ型窒化ガリウム基板１の表面に形成されることで、領域１２におけるドナーの密度がより高くなる。その結果、熱処理を施した後におけるソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との接触抵抗の値が従来の半導体装置に比べて低減されることになる。
【００３７】
実施の形態３
本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法として、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極の製造方法のさらに他の例について説明する。まず、前述した図１に示したのと同様に、図１０に示すようにｎ型窒化ガリウム基板１上に写真製版処理を施すことにより、ソース／ドレイン電極領域３を形成するためのレジストパターン２を形成する。
【００３８】
次に、図１１に示すように、収束イオンビーム装置を用いてインジウムイオン７をｎ型窒化ガリウム基板１に向けて照射する。次に、図１２に示すように、たとえば電子ビーム蒸着装置またはスパッタ蒸着装置を用いて、ソース／ドレイン電極を形成するための所定の金属膜４として、チタン膜およびアルミニウム膜を順次ｎ型窒化ガリウム基板１上に形成する。
【００３９】
次に、図１３に示すように、リフトオフ処理を施すことによりｎ型窒化ガリウム基板１上に、ソース／ドレイン電極４ａを形成する。その後、ソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との固相反応を促進するための熱処理を施す。このようにして、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極４ａが形成されることになる。
【００４０】
上述した製造方法では、図１１に示すように、レジストパターン２をマスクとしてインジウムイオン７がｎ型窒化ガリウム基板１の表面に照射される。これにより、インジウムイオン７が照射されたｎ型窒化ガリウム基板１の表面には、インジウムが多く存在する領域１３が形成されることになる。
【００４１】
このように、インジウムが多く存在する領域１３がソース／ドレイン電極４ａの直下に位置するｎ型窒化ガリウム基板１の表面に形成されることで、ｎ型窒化ガリウム基板１において領域１３のエネルギーバンドギャップがより狭くなる。
【００４２】
その結果、同じ材料からなる電極を形成した場合に比べて、ソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との接触抵抗の値が低減されることになる。
【００４３】
実施の形態４
本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法として、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極の製造方法のさらに他の例について説明する。まず、前述した図１に示したのと同様に、図１４に示すようにｎ型窒化ガリウム基板１上に写真製版処理を施すことにより、ソース／ドレイン電極領域３を形成するためのレジストパターン２を形成する。
【００４４】
次に、図１５に示す工程においては、実施の形態１において説明した図２に示す工程、実施の形態２において説明した図７に示す工程、または、実施の形態３において説明した図１１に示す工程と同様に所定のイオン８をｎ型窒化ガリウム基板１に向けて照射する。
【００４５】
次に、図１６に示すように、露出したｎ型窒化ガリウム基板１の表面にＩＩＩ族窒化物半導体においてドナーとして作用するＩＶ族元素として、たとえばシリコン９をイオン注入する。このＩＶ族元素のドーピング方法としては、イオン注入法の他に熱拡散法が好ましい。
【００４６】
次に、図１７に示すように、たとえば電子ビーム蒸着装置またはスパッタ蒸着装置を用いて、ソース／ドレイン電極を形成するための所定の金属膜４として、チタン膜およびアルミニウム膜を順次ｎ型窒化ガリウム基板１上に形成する。
【００４７】
次に、図１８に示すように、リフトオフ処理を施すことによりｎ型窒化ガリウム基板１上に、ソース／ドレイン電極４ａを形成する。その後、ソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との固相反応を促進するための熱処理を施す。このようにして、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおけるソース／ドレイン電極４ａが形成されることになる。
【００４８】
上述した製造方法では、まず、図１５に示す工程において所定のイオンが注入された領域１４ａが形成され、その後図１６に示す工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体においてドナーとして作用するＩＶ族元素が露出したｎ型窒化ガリウム基板１の表面にさらにドーピングされて、ドナーの密度がより高い領域１４が形成されることになる。その結果、ソース／ドレイン電極４ａとｎ型窒化ガリウム基板１との接触抵抗の値が、実施の形態１〜３において説明した半導体装置に比べてさらに低減されることになる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、ＩＶ族元素としてシリコンを例に挙げて説明したが、ＩＶ族元素としてはシリコンの他にゲルマニウムを用いてもよい。また、シリコンやゲルマニウムをそれぞれ単独でドーピングさせる他に、たとえばシリコンとゲルマニウム、シリコンと酸素、ゲルマニウムとベリリウムなどのように、他の元素と併せてドーピングすることで不純物濃度のより高い領域１４を形成することができる。
【００５０】
また、上記各実施の形態では半導体装置としてＩＩＩ族窒化物半導体を用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタを例に挙げて説明したが、このトランジスタにはいわゆる高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）が含まれる。また、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの他に、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）等の他のトランジスタにも適用することができる。
【００５１】
さらに、ＩＩＩ族窒化物半導体と電極との接触抵抗に限られず、たとえば配線層などの他の導電部とＩＩＩ族窒化物半導体との接触抵抗を低減することができる。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法の第１のものによれば、所定の不純物としてヘリウムイオン、ネオンイオン、アルゴンイオンおよびガリウムイオンからなる群から選ばれるいずれかのイオンを導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分に照射することで、イオンが照射されない部分に比べてドナーとしての機能を有する欠陥（結晶欠陥）をより多く含む領域が形成され、特に、ガリウムイオンの場合には、ＩＩＩ族元素であるガリウムが窒素に比べて化学量論的組成比よりも多く存在する領域が形成される。これにより、導電部と接触するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分におけるドナー密度がより高くなって、導電部とＩＩＩ族窒化物半導体との接触抵抗の値を従来の半導体装置の場合よりも低減することができる。
【００５６】
本発明に係る半導体装置の製造方法の第２のものによれば、所定の不純物としてインジウムイオンを導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分に照射することで、導電部と接触するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分におけるエネルギーバンドギャップがより狭くなる。これにより、導電部とＩＩＩ族窒化物半導体との接触抵抗の値を従来の半導体装置の場合よりも低減することができる。
【００５８】
また、所定の処理を施す工程を経た後、不純物としてＩＶ族元素を少なくとも一つ以上含む原子を導電部形成領域に位置するＩＩＩ族窒化物半導体表面の部分にドーピングする工程を備えることが好ましく、この場合には、ＩＩＩ族窒化物半導体においてドナーとして作用するＩＶ族元素がドーピングされて、ドナーの密度がより高い領域が形成されることになる。その結果、導電部とＩＩＩ族窒化物半導体との接触抵抗の値をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図２】  同実施の形態において、図１に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図３】  同実施の形態において、図２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図４】  同実施の形態において、図３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図５】  同実施の形態において、接触抵抗率の評価結果を示す図である。
【図６】  本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図７】  同実施の形態において、図６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図８】  同実施の形態において、図７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図９】  同実施の形態において、図８に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１０】  本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１１】  同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１２】  同実施の形態において、図１１に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１３】  同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１４】  本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１５】  同実施の形態において、図１４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１６】  同実施の形態において、図１５に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１７】  同実施の形態において、図１６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１８】  同実施の形態において、図１７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図１９】  従来の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図２０】  図１９に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図２１】  図２０に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ｎ型窒化ガリウム基板、２  レジストパターン、３  ソース／ドレイン電極領域、４  金属膜、４ａ  ソース／ドレイン電極、５  アルゴンイオン、６  ガリウムイオン、７  インジウムイオン、８  イオン、１１，１２，１３，１４，１４ａ  領域。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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