(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の第１窒化ガリウム層上にｐ型の第２窒化ガリウム層が設けられた基板を用意し、前記第２窒化ガリウム層の第１領域と、前記第１窒化ガリウム層において前記第１領域の下方に位置する下方領域とに、不活性元素、ＩＩＩ族元素及びＶ族元素の中から選択される選択元素をイオン注入して、前記第１領域と前記下方領域とに空孔欠陥を導入する工程と、
前記空孔欠陥が導入された前記基板に熱処理を施して、前記第１領域に含まれるアクセプタ元素を前記下方領域側へ拡散、活性化させて、前記基板に、前記第２窒化ガリウム層と前記第１窒化ガリウム層とに跨るｐ型拡散領域を形成する工程とを備える、窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１窒化ガリウム層上に前記第２窒化ガリウム層をエピタキシャル成長法で成膜する工程、を備え、
前記エピタキシャル成長法による成膜過程で、前記第１領域を含む前記第２窒化ガリウム層に前記アクセプタ元素を導入する、請求項１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２窒化ガリウム層の第２領域にドナー元素をイオン注入する工程、をさらに備え、
前記ドナー元素をイオン注入する工程では、
前記第２領域おいて前記アクセプタ元素よりも前記ドナー元素の方が高濃度となるようにイオン注入の処理条件を設定し、
前記基板に熱処理を施す工程では、
前記ドナー元素を活性化させて前記基板にｎ型領域を形成する、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２窒化ガリウム層を貫通し、前記第１窒化ガリウム層を底面とするトレンチを前記基板に形成する工程と、
前記トレンチの前記底面及び側面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチ内にゲート電極を形成する工程と、を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記アクセプタ元素はマグネシウムである、請求項１から４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２窒化ガリウム層における前記アクセプタ元素の濃度は、２×１０１８ｃｍ−３よりも高い値である、請求項１から５のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記選択元素は窒素である、請求項１から６のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記基板は、
前記第１窒化ガリウム層を挟んで前記第２窒化ガリウム層の反対側に位置する単結晶窒化ガリウム基板を有し、
前記単結晶窒化ガリウム基板は、転位密度が１×１０７ｃｍ−２未満の低転位自立基板である、請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理の最大温度は１２００℃よりも高い値である、請求項１から８のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
基板と、
前記基板に設けられた電界効果トランジスタと、を備え、
前記基板は、
ｎ型の第１窒化ガリウム層と、
前記第１窒化ガリウム層上に設けられたｐ型の第２窒化ガリウム層と、
前記第２窒化ガリウム層を貫通し、前記第１窒化ガリウム層を底面とするトレンチと、を有し、
前記電界効果トランジスタは、
前記トレンチの底面及び側面に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチ内に設けられたゲート電極と、
前記第２窒化ガリウム層に設けられたｎ型のソース領域と、
前記第２窒化ガリウム層と前記第１窒化ガリウム層とに跨り、かつ前記ソース領域に隣接するｐ型拡散領域と、を有し、
前記ｐ型拡散領域と前記ソース領域は、それぞれ、アクセプタ元素を２×１０１８ｃｍ−３よりも高い濃度で含み、
前記第２窒化ガリウム層において、前記ｐ型拡散領域は他の領域よりも、不活性元素、ＩＩＩ族元素及びＶ族元素の中から選択される選択元素を高濃度に含む、窒化物半導体装置。
【請求項１１】
前記ｐ型拡散領域は、前記トレンチの底面よりも深い位置まで設けられている、請求項１０に記載の窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化ガリウム（ＧａＮ）層にトレンチを設け、トレンチ内にゲート絶縁膜とゲート電極とを設けた構造のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が知られている。この構造（以下、トレンチゲート構造）のＭＯＳＦＥＴでは、トレンチの底部付近のコーナー部に位置するゲート絶縁膜に大きな電界がかかり易い。これにより、ＰＮ接合がブレークダウンするときに、コーナー部のゲート絶縁膜は、破壊され易い傾向があり、絶縁破壊に至らない場合でも高エネルギーの正孔が注入されて劣化し易い傾向がある。
【０００３】
ＳｉＣ半導体装置では、トレンチの底部よりも深い位置に高濃度のｐ型領域を設けることによって、トレンチのコーナー部における電界集中を緩和する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７８５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧａＮ半導体装置では、イオン注入及び熱拡散により高濃度のｐ型拡散領域を局所的に形成することが難しく、特性の良いｐｎ接合を局所的に形成する技術が現状では十分に確立していない。ＧａＮ半導体装置において、アクセプタ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ型拡散領域を容易に形成する技術が望まれている、
【０００６】
本発明は上記課題に着目してなされたものであって、アクセプタ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ型拡散領域を容易に形成することが可能な窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体装置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】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、第１窒化ガリウム層上にｐ型の第２窒化ガリウム層が設けられた基板を用意し、前記第２窒化ガリウム層の第１領域に、不活性元素、ＩＩＩ族元素及びＶ族元素の中から選択される選択元素をイオン注入して空孔欠陥を導入する工程と、前記空孔欠陥が導入された前記基板に熱処理を施して、前記第１領域に含まれるアクセプタ元素を前記第１窒化ガリウム層側へ拡散、活性化させて、前記基板にｐ型拡散領域を形成する工程とを備える。
【０００８】
本発明の一態様に係る窒化物半導体装置は、基板と、前記基板に設けられた電界効果トランジスタと、を備える。前記基板は、ｎ型の第１窒化ガリウム層と、前記第１窒化ガリウム層上に設けられた第２窒化ガリウム層と、前記第２窒化ガリウム層を貫通し、前記第１窒化ガリウム層を底面とするトレンチと、を有する。前記電界効果トランジスタは、前記トレンチの底面及び側面に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチ内に設けられたゲート電極と、前記第２窒化ガリウム層に設けられたｎ型のソース領域と、前記第２窒化ガリウム層から前記第１窒化ガリウム層にかけて設けられ、前記ソース領域に隣接するｐ型拡散領域と、を有する。前記ｐ型拡散領域と前記ソース領域は、それぞれ、アクセプタ元素を２×１０１８ｃｍ−３よりも高い濃度で含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アクセプタ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ型拡散領域を容易に形成することが可能な窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】図２は、ＧａＮ層の深さ方向におけるＭｇ濃度分布を実際に測定した結果を示すグラフである。
【図３】図３は、Ｍｇの形成エネルギーとＧａＮのフェルミ準位との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施形態２に係るＧａＮ半導体装置の構成例を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成例を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成例を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の実施形態３に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の実施形態３に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の実施形態３に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、本発明の実施形態３に係るＧａＮ半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、後述のＧａＮ基板１０の表面１０ａに平行な方向である。また、Ｚ軸方向は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａと垂直に交わる方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
以下の説明では、Ｚ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、領域、層、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
【００１３】
以下の説明において、半導体領域の導電型を示すｐやｎに付す＋や−は、＋及び−が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。但し、同じｐとｐ（または、ｎとｎ）とが付された半導体領域であっても、それぞれの半導体領域の不純物濃度が厳密に同じであることを意味するものではない。
【００１４】
＜実施形態１＞
（製造方法）
本発明の実施形態１に係る窒化ガリウム半導体装置（以下、ＧａＮ半導体装置）１の製造方法を説明する。図１Ａから図１Ｃは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１の製造方法を示す断面図である。ＧａＮ半導体装置１は、レジスト塗布装置、露光装置、エッチング装置、イオン注入装置、熱処理装置、成膜装置、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置など、各種の装置によって製造される。以下、これらの装置を、製造装置と総称する。
【００１５】
図１Ａに示すように、ＧａＮ基板１０（本発明の「基板」の一例）は、ｎ＋型の単結晶ＧａＮ基板１１（本発明の「単結晶窒化ガリウム基板」の一例）と、単結晶ＧａＮ基板１１上にエピタキシャル成長法で形成されたｎ−型の第１ＧａＮ層１２（本発明の「第１窒化ガリウム層」の一例）と、第１ＧａＮ層１２上にエピタキシャル成長法で形成されたｐ＋型の第２ＧａＮ層１３（本発明の「第２窒化ガリウム層」の一例）と、を有する。第２ＧａＮ層１３の上面が、ＧａＮ基板１０の表面１０ａである。単結晶ＧａＮ基板１１の下面が、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂである。
【００１６】
ｎ＋型の単結晶ＧａＮ基板１１は、ドナー元素（ｎ型不純物）として、例えばシリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の中から選択される一種類以上の元素を含む。一例を挙げると、単結晶ＧａＮ基板１１に含まれるドナー元素はＳｉであり、単結晶ＧａＮ基板１１におけるＳｉの濃度は２×１０１８ｃｍ−３以上である。
【００１７】
単結晶ＧａＮ基板１１は、転位密度が１×１０７ｃｍ−２未満の低転位自立基板であってもよい。単結晶ＧａＮ基板１１が低転位自立基板であることにより、単結晶ＧａＮ基板１１上に形成される第１ＧａＮ層１２、第２ＧａＮ層１３の各転位密度も低くなる。また、低転位自立基板を単結晶ＧａＮ基板１１に用いることで、ＧａＮ基板１０に大面積のパワーデバイスが形成される場合でも、パワーデバイスにおけるリーク電流を少なくすることができる。これにより、製造装置は、パワーデバイスを高い良品率で製造することができる。また、熱処理において、イオン注入された元素が転位に沿って深く拡散することを防止することができる。
【００１８】
第１ＧａＮ層１２は、ドナー元素として、例えばＳｉ、Ｏ及びＧｅの中から選択される一種類以上の元素を含む。一例を挙げると、第１ＧａＮ層１２に含まれるドナー元素はＳｉであり、第１ＧａＮ層１２におけるＳｉの濃度は１×１０１６ｃｍ−３である。第１ＧａＮ層１２の厚さは、１０μｍである。
第２ＧａＮ層１３は、アクセプタ元素（ｐ型元素）として、例えばマグネシウム（Ｍｇ）及びベリリウム（Ｂｅ）の中から選択される一種類以上の元素を含む。一例を挙げると、第２ＧａＮ層１３に含まれるアクセプタ元素はＭｇである。第２ＧａＮ層１３におけるＭｇの濃度は、２×１０１８ｃｍ−３よりも高い値であり、例えば１×１０１９ｃｍ−３である。第２ＧａＮ層１３の厚さは、０．５μｍである。
【００１９】
図１Ｂに示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にレジストパターンＲＰを形成する。レジストパターンＲＰは、第２ＧａＮ層１３において、選択元素注入領域１３１（本発明の「第１領域」の一例）の上方を開口し、それ以外の領域の上方を覆う形状を有する。次に、製造装置は、レジストパターンＲＰをマスクに用いて、第２ＧａＮ層１３に予め選択された選択元素をイオン注入する。これにより、第２ＧａＮ層１３の選択元素注入領域１３１に空孔欠陥が生じる。なお、このイオン注入法では、選択元素注入領域１３１だけでなく、選択元素注入領域１３１の下方にも選択元素が注入される。このため、第１ＧａＮ層１２において選択元素注入領域１３１の直下に位置する領域にも、空孔欠陥が生じる。
【００２０】
上記の選択元素は、不活性元素（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ））、ＩＩＩ族元素（例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ））及びＶ族元素（例えば、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ））の中から選択される。一例を示すと、選択元素は、窒素（Ｎ）である。
【００２１】
選択元素は、不活性元素、ＩＩＩ族元素又はＶ族元素である。ＧａＮにおいて、不活性元素、ＩＩＩ族元素及びＶ族元素は、アクセプタ又はドナーとして機能しない。すなわち、不活性元素、ＩＩＩ族元素及びＶ族元素は、ＧａＮの伝導型を切り替えるような元素ではない。このため、第２ＧａＮ層１３や第１ＧａＮ層１２に選択元素が添加されていても、選択元素が直接の原因となって、第２ＧａＮ層１３の実効アクセプタ濃度や、第１ＧａＮ層１２の実効ドナー濃度が変動することはない。なお、実効アクセプタ濃度とは、アクセプタ元素濃度（Ｎａ）からドナー元素濃度（Ｎｄ）を引いた値（すなわち、Ｎａ−Ｎｄ）を意味する。実効ドナー濃度とは、ドナー元素濃度（Ｎｄ）からアクセプタ元素濃度（Ｎａ）を引いた値（すなわち、Ｎｄ−Ｎａ）を意味する。
Ｎのイオン注入により空孔欠陥を生じさせた後、製造装置は、ＧａＮ基板１０上からレジストパターンＲＰを除去する。なお、本発明の実施形態では、レジストパターンＲＰの代わりに、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等の絶縁膜で構成されるマスクを用いてもよい。
【００２２】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上に保護膜（図示せず）を形成して、選択元素注入領域１３１を含むＧａＮ基板１０の表面１０ａ全体を覆う。保護膜は、例えばＳｉＯ２膜である。
次に、図１Ｃに示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０に熱処理を施して、選択元素注入領域１３１に含まれるアクセプタ元素（例えば、Ｍｇ）を、選択元素注入領域１３１から第１ＧａＮ層１２側へ、拡散、活性化させて、ＧａＮ基板１０にｐ＋型拡散領域１３２（本発明の「ｐ型拡散領域」の一例）を形成する。熱処理の最高温度は、例えば、１２００℃よりも高い温度であり、１３００℃以上が好ましく、１４００℃以上がさらに好ましい。最高温度による熱処理は、例えば５分である。
【００２３】
上述したように、第２ＧａＮ層１３の選択元素注入領域１３１と、第１ＧａＮ層１２において選択元素注入領域１３１の下方に位置する領域とには空孔欠陥が生じている。このため、選択元素注入領域１３１に含まれるアクセプタ元素（例えば、Ｍｇ）は、上記の熱処理により、空孔欠陥を介して第１ＧａＮ層１２側へ拡散、活性化する。これにより、第２ＧａＮ層１３と第１ＧａＮ層１２とに跨る形でｐ＋型拡散領域１３２が形成される。以上の工程を経て、ＧａＮ半導体装置１が完成する。
【００２４】
（Ｍｇ濃度分布）
図２は、ＧａＮ層の深さ方向におけるＭｇ濃度分布を実際に測定した結果を示すグラフである。図２において、横軸はＧａＮ層の表面からの深さ（ｎｍ）を示し、縦軸はＭｇの濃度（ｃｍ−３）を示している。また、図２中の実線（Ａ）は、空孔欠陥が導入された領域の深さ方向におけるＭｇ濃度分布を示している。図２中の破線（Ｂ）は、空孔欠陥が導入されていない領域の深さ方向におけるＭｇ濃度分布を示している。
【００２５】
詳しく説明すると、図２中の実線（Ａ）は、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３であり、厚さが５００ｎｍであるＧａＮ層に対して、ＧａＮ層の表面から５００ｎｍまでの範囲における窒素（Ｎ）元素の濃度が３×１０１８ｃｍ−３となるようにＮを多段イオン注入し、その後、最高温度が１３００℃の熱処理を施した後の、深さ方向におけるＭｇ濃度分布を示している。図２中の破線（Ｂ）は、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３であり、厚さが５００ｎｍであるＧａＮ層に対して、Ｎのイオン注入を行わずに、最高温度が１３００℃の熱処理を施した後の、深さ方向におけるＭｇ濃度分布を示している。
【００２６】
実線（Ａ）と破線（Ｂ）とを比較して分かるように、ＧａＮ層に対してＮのイオン注入を行い、その後１３００℃の熱処理を施すと、Ｎのイオン注入を行わない場合と比べて、Ｍｇは深さ方向へ深く拡散することが確認された。ＧａＮ層に含まれるＭｇは、Ｎのイオン注入によってＧａＮ層に導入された空孔欠陥を介して、深さ方向へ拡散したものと考えられる。
【００２７】
（Ｍｇの形成エネルギーとＧａＮのフェルミ準位との関係）
図３は、Ｍｇの形成エネルギーとＧａＮのフェルミ準位との関係を示すグラフである。このグラフは、第一原理計算で算出されたデータである。図３の横軸はフェルミ準位Ｅｆ（ｅＶ）を示し、図３の縦軸はエネルギー（ｅＶ）を示す。図３の実線（ａ）は、Ｍｇアクセプタの形成エネルギー（すなわち、ＧａＮのＧａサイトにＭｇを入れるために要するエネルギー）と、ＧａＮのフェルミ準位Ｅｆとの関係を示している。図３の破線（ｂ）は、ＧａＮの格子間にＭｇを入れるために要するエネルギーと、ＧａＮのフェルミ準位Ｅｆとの関係を示している。
【００２８】
図３の実線（ａ）に示すように、フェルミ準位Ｅｆが０（ｅＶ）に近づくほど（すなわち、フェルミ準位Ｅｆが価電子帯に近づき、ＧａＮの導電型がｐ型に近づくほど）、Ｍｇアクセプタの形成エネルギーは大きくなる。また、図３の破線（ｂ）に示すように、フェルミ準位が０（ｅＶ）に近づくほど、ＧａＮの格子間にＧａが入るのに要するエネルギーは小さくなる。つまり、ｐ型のＧａＮにおいて、ＭｇはＧａサイトに入り難く、格子間には入り易い。
【００２９】
本発明の実施形態では、ｐ型のＧａＮ層（例えば、第２ＧａＮ層１３）に空孔欠陥を導入し、空孔欠陥が導入されたｐ型のＧａＮ層に、Ｍｇの拡散を生じさせるのに十分な温度（例えば、１２００℃よりも高い温度）の熱処理を施す。これにより、ｐ型のＧａＮ層において、空孔欠陥を介したＭｇの拡散を発生させ、Ｍｇの拡散を促進させる。また、ｎ型のＧａＮ層（例えば、第１ＧａＮ層１２）にも空孔欠陥を導入して、空孔欠陥を介したＭｇの拡散を発生させ、促進させる。これにより、Ｍｇの濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ型拡散領域（例えば、ｐ＋型拡散領域１３２）を容易に形成することが可能となる。
【００３０】
（実施形態１の効果）
以上説明したように、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１の製造方法は、ｎ型の第１ＧａＮ層１２上にｐ型の第２ＧａＮ層１３が設けられたＧａＮ基板１０を用意し、第２ＧａＮ層１３の選択元素注入領域１３１に窒素（Ｎ）をイオン注入して、空孔欠陥を導入する工程と、空孔欠陥が導入されたＧａＮ基板１０に熱処理を施して、選択元素注入領域１３１に含まれるＭｇを第１ＧａＮ層１２側へ拡散、活性化させて、ＧａＮ基板１０にｐ＋型拡散領域１３２を形成する工程とを備える。
【００３１】
これによれば、選択元素注入領域１３１に含まれるＭｇは、空孔欠陥を介して拡散することができる。また、空孔欠陥を介して拡散するＭｇは、ガリウム（Ｇａ）空孔に入って活性化することができる。これにより、アクセプタ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ＋型拡散領域１３２を容易に形成することができる。
また、Ｇａ空孔と同時に形成される窒素（Ｎ）空孔には、イオン注入されたＮが入ることができる。ＧａＮにおいて、イオン注入されるＮはアクセプタ又はドナーとして機能しない。これにより、ｐ＋型拡散領域１３２において、イオン注入されたＮによる意図しない伝導型や実効アクセプタ濃度の変動を防ぎつつ、Ｎ空孔を回復することができる。
【００３２】
ｐ＋型拡散領域１３２において、ＧＮ空孔の回復が促進されるため、Ｍｇプロファイルの制御性が向上する。また、Ｎ空孔の回復が促進されるため、ＧａＮ基板１０に形成されるｐｎ接合の耐圧が向上したり、ｐｎ接合でのリーク電流が低下したりする効果を得ることが可能となる。ＧａＮ基板１０に空孔欠陥を深く導入し、Ｍｇを深く拡散させる観点から、上記の選択元素として、原子量が比較的小さいＮを用いることが好ましい。
なお、図１Ｃに示したＧａＮ半導体装置１は、ｐｎダイオードや、ＭＯＳトランジスタなど、各種の半導体装置に適用してよい。
【００３３】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２に係るＧａＮ半導体装置１Ａと、その製造方法とについて説明する。
（構成例）
図４は、本発明の実施形態２に係るＧａＮ半導体装置（本発明の「窒化物半導体装置」の一例）１Ａの構成例を示す平面図である。図４は、Ｘ−Ｙ平面図である。図４に示すように、ＧａＮ半導体装置１Ａは、活性領域１１０とエッジ終端領域１３０とを有する。活性領域１１０は、ゲートパッド１１２及びソースパッド１１４を有する。ゲートパッド１１２及びソースパッド１１４は、後述のゲート電極２３及びソース電極２５にそれぞれ電気的に接続された電極パッドである。
【００３４】
Ｚ軸方向からの平面視で、エッジ終端領域１３０は、活性領域１１０の周囲を囲んでいる。エッジ終端領域１３０は、ガードリング構造、ＪＴＥ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ    Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ    Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）構造の一以上を有してよい。エッジ終端領域１３０は、活性領域１１０で発生した空乏層をエッジ終端領域１３０まで広げることにより、活性領域１１０での電界集中を防ぐ機能を有してよい。
【００３５】
図５は、本発明の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ２の構成例を示す平面図である。図６は、本発明の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ２の構成例を示す断面図である。図５は、図４に示した活性領域１１０の一部を拡大して示すとともに、ゲート電極２３及びソース電極２５のＺ軸方向からの平面視による形状を示すため、ゲートパッド１１２、ソースパッド１１４及び層間絶縁膜３１の図示は省略している。図６は、図５の平面図をＸ−Ｘ´線で切断した断面を示している。
【００３６】
ＧａＮ半導体装置１Ａは、ＧａＮ基板１０Ａ（本発明の「窒化物半導体」の一例）と、ＧａＮ基板１０Ａに設けられた複数の縦型ＭＯＳＦＥＴ２（本発明の「電界効果トランジスタ」の一例）と、を備える。ＧａＮ半導体装置１Ａでは、縦型ＭＯＳＦＥＴ２が一方向（例えば、Ｘ軸方向）に繰り返し設けられている。１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ２が繰り返しの単位構造であり、この単位構造が一方向（例えば、Ｘ軸方向）に並んで配置されている。
【００３７】
図５及び図６に示すように、縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、埋め込みゲート型であり、単結晶ＧａＮ基板１１と、ｎ−型の第１ＧａＮ層１２と、ｐ型の第３ＧａＮ層１４と、ｐ＋型拡散領域１３２Ａ（本発明の「ｐ型拡散領域」の一例）と、ｎ＋型のソース領域１３４（本発明の「ｎ型領域」の一例であり、「ソース領域」の一例でもある）と、ゲート絶縁膜２１と、ゲート電極２３と、ソース電極２５と、ドレイン電極２７とを有する。実施形態２では、第３ＧａＮ層１４と、第３ＧａＮ層１４上に設けられた第２ＧａＮ層１３とが、本発明の「第２窒化物半導体層」の一例となる。
【００３８】
ｎ＋型の単結晶ＧａＮ基板１１及びｎ−型の第１ＧａＮ層１２の各構成は、実施形態１で説明した通りである。縦型ＭＯＳＦＥＴ２において、ｎ−型の第１ＧａＮ層１２は、ｎ＋型の単結晶ＧａＮ基板１１とｐ型の第３ＧａＮ層１４との間のドリフト領域として機能する。
ｐ型の第３ＧａＮ層１４は、第１ＧａＮ層１２上にエピタキシャル成長法で形成されている。第３ＧａＮ層１４は、アクセプタ元素として、例えばＭｇ及びＢｅの中から選択される一種類以上の元素を含む。一例を挙げると、第３ＧａＮ層１４に含まれるアクセプタ元素はＭｇである。第３ＧａＮ層１４におけるＭｇの濃度は５×１０１７ｃｍ−３である。第３ＧａＮ層１４の厚さは、０．５μｍである。ｐ型の第３ＧａＮ層１４は、縦型ＭＯＳＦＥＴ２のウェル領域として機能する。
【００３９】
ｐ＋型拡散領域１３２Ａは、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａから第１ＧａＮ層１２にかけて設けられている。ｐ＋型拡散領域１３２Ａは、第２ＧａＮ層１３（後述の図７Ａ参照）に含まれるアクセプタ元素（例えば、Ｍｇ）が熱処理で拡散することにより形成される。ｐ＋型拡散領域１３２ＡにおけるＭｇの濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下ある。
【００４０】
また、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａからの深さについて、ｐ＋型拡散領域１３２Ａは後述するトレンチＨよりも深い。ｐ＋型拡散領域１３２Ａの表面１０ａからの深さ（接合深さ）をＸｊとし、トレンチＨの表面１０ａから底面までの深さをｄとすると、Ｘｊ＞ｄとなっている。ｐ＋型拡散領域１３２Ａの表面１０ａからの深さ（接合深さ）Ｘｊは、例えば０．７μｍである。
ｐ＋型拡散領域１３２Ａは、第１ＧａＮ層１２と接している。ｐ＋型拡散領域１３２Ａは、ｐ型の第３ＧａＮ層１４とソース電極２５とを接続するコンタクト領域として機能する。また、ｐ＋型拡散領域１３２Ａは、ゲートオフ時の正孔引き抜き経路としても機能する。
【００４１】
ソース領域１３４は、ドナー元素として、例えばＳｉを含む。ソース領域１３４におけるＳｉの濃度は２×１０１９ｃｍ−３よりも高く、１×１０２０ｃｍ−３未満である。また、ソース領域１３４の表面１０ａからの深さ（接合深さ）は、例えば、第２ＧａＮ層１３（後述の図７Ａ参照）の厚さと同じ値であり、一例を挙げると０．２μｍである。
ソース領域１３４は、ｐ＋型の第２ＧａＮ層１３（後述の図７Ａ参照）にＳｉがイオン注入され、熱処理によりドナー元素が活性化されることにより形成される。この製造方法により、ソース領域１３４は、アクセプタ元素であるＭｇをｐ＋型拡散領域１３２Ａと同じ濃度、又は、ｐ＋型拡散領域１３２Ａよりも高い濃度で含む。ソース領域１３４におけるＭｇの濃度は、例えば２×１０１９ｃｍ−３である。
【００４２】
ＧａＮ基板１０Ａには、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａ側（すなわち、第２ＧａＮ層１３の側）に開口し、かつ第１ＧａＮ層１２を底面とするトレンチＨが設けられている。
ゲート絶縁膜２１は、トレンチＨの底面及び側面を覆うように形成されている。ゲート絶縁膜２１は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）である。
ゲート電極２３は、ゲート絶縁膜２１を介してトレンチＨを埋め込むように形成されている。ゲート電極２３は、ゲートパッド１１２と異なる材料で形成されている。ゲート電極２３は不純物をドープしたポリシリコンで形成され、ゲートパッド１１２はＡｌまたはＡｌ‐Ｓｉの合金で形成されている。
【００４３】
ソース電極２５は、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａ上に設けられている。ソース電極２５は、ソース領域１３４とｐ＋型拡散領域１３２Ａとに接している。ソース電極２５は、ソースパッド１１４と同一の材料で構成されている。例えば、ＡｌまたはＡｌ−Ｓｉの合金からなるソース電極２５が、ソースパッド１１４を兼ねている。ソース電極２５は、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａとＡｌ（または、Ａｌ−Ｓｉ）との間にバリアメタル層を有してもよい。バリアメタル層の材料としてチタン（Ｔｉ）を使用してもよい。
【００４４】
層間絶縁膜３１は、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａ上に設けられており、ゲート電極２３とソース電極２５とを覆っている。層間絶縁膜３１は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、又は、ＳｉＯ２膜及びＳｉＮ膜の少なくとも一方を含む積層膜で構成されている。
ドレイン電極２７は、ＧａＮ基板１０Ａの裏面１０ｂ側に設けられており、ｎ＋型の単結晶ＧａＮ基板に接している。ドレイン電極２７もソース電極２５と同様の材料で構成されている。
【００４５】
（製造方法）
次に、ＧａＮ半導体装置１Ａの製造方法を説明する。図７Ａから図７Ｆは、本発明の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１Ａの製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図７Ａから図７Ｇは、Ｘ軸方向に繰り返し配置される複数の縦型ＭＯＳＦＥＴ２のうちの、１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ２について、その製造方法を工程順に示している。また、実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１と同様に、実施形態２に係るＧａＮ半導体装置１Ａも、レジスト塗布装置、露光装置、エッチング装置、イオン注入装置、熱処理装置、成膜装置、ＣＭＰ装置など、各種の製造装置によって製造される。
【００４６】
図７Ａに示すように、実施形態２では、ｎ＋型の単結晶ＧａＮ基板１１上にｎ−型の第１ＧａＮ層１２、ｐ型の第３ＧａＮ層１４、ｐ＋型の第２ＧａＮ層１３がこの順でエピタキシャル成長法で形成されたＧａＮ基板１０Ａ（本発明の「基板」の一例）が用意される。
一例を挙げると、ＧａＮ基板１０Ａにおいて、第１ＧａＮ層１２に含まれるドナー元素はＳｉである。第１ＧａＮ層１２におけるＳｉの濃度は１×１０１６ｃｍ−３である。第１ＧａＮ層１２の厚さは、１０μｍである。第３ＧａＮ層１４に含まれるアクセプタ元素はＭｇである。第３ＧａＮ層１４におけるＭｇの濃度は５×１０１７ｃｍ−３である。第３ＧａＮ層１４の厚さは、０．５μｍである。第２ＧａＮ層１３に含まれるアクセプタ元素はＭｇである。第２ＧａＮ層１３におけるＭｇの濃度は２×１０１９ｃｍ−３である。第２ＧａＮ層１３の厚さは、０．２μｍである。
【００４７】
図７Ｂに示すように、製造装置は、第２ＧａＮ層１３のＳｉ注入領域１３３（本発明の「第２領域」の一例）にドナー元素としてＳｉをイオン注入する。このイオン注入工程では、Ｓｉ注入領域１３３においてアクセプタ元素よりもドナー元素の方が高濃度となるように、イオン注入の処理条件を設定する。例えば、製造装置は、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａから０．２μｍまでの範囲（すなわち、第２ＧａＮ層１３の厚さ方向の全域）におけるＳｉの濃度が２×１０１９ｃｍ−３よりも高く、１×１０２０ｃｍ−３以下となるようにＳｉを多段イオン注入する。
【００４８】
また、上記のＳｉ注入領域１３３にＳｉをイオン注入する工程と前後して、製造装置は、第２ＧａＮ層１３及び第３ＧａＮ層１４のＮ注入領域１３１Ａ（本発明の「第１領域」の一例）に、選択元素として、窒素（Ｎ）をイオン注入する。例えば、製造装置は、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａから０．５μｍまでの範囲（すなわち、第２ＧａＮ層１３の厚さ方向の全域と、第３ＧａＮ層１４の一部）におけるＮの濃度が、５×１０１７ｃｍ−３よりも高く、１×１０１８ｃｍ−３以下となるようにＮを多段イオン注入する。これにより、製造装置は、Ｎ注入領域１３１Ａに空孔欠陥を生じさせる。
なお、イオン注入の注入プロファイルは尾を引くため、Ｎの注入深さが表面１０ａから０．５μｍであっても、Ｎの一部は０．５μｍよりもさらに深い位置まで注入される。このため、空孔欠陥も０．５μｍよりもさらに深い位置でも生じ、例えば、ｎ−型の第１ＧａＮ層１２においてＮ注入領域１３１Ａの直下に位置する領域でも生じる。
【００４９】
実施形態１と同様に、実施形態２においても、選択元素は、Ｎに限定されず、不活性元素（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ））、ＩＩＩ族元素（例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ））、又は、Ｎ以外のＶ族元素（例えば、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ））であってもよい。選択元素は、不活性元素、ＩＩＩ族元素又はＶ族元素であり、ＧａＮにおいてアクセプタ又はドナーとして機能することはない。このため、選択元素が直接の原因となって、第２ＧａＮ層１３、第３ＧａＮ層１４の各実効アクセプタ濃度や、第１ＧａＮ層１２の実効ドナー濃度が変動することはない。
【００５０】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａ上に保護膜（図示せず）を形成して、Ｎ注入領域１３１ＡとＳｉ注入領域１３３とを含むＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａ全体を覆う。保護膜は、例えばＳｉＯ２膜である。
次に、図７Ｃに示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０Ａに熱処理を施して、ｐ＋型拡散領域１３２Ａとソース領域１３４とを同時に形成する。すなわち、製造装置は、ＧａＮ基板１０Ａに熱処理を施して、Ｎ注入領域１３１Ａに含まれるＭｇを、Ｎ注入領域１３１Ａから第１ＧａＮ層１２へ拡散、活性化させて、ｐ＋型拡散領域１３２Ａを形成する。また、製造装置は、上記の熱処理により、Ｓｉ注入領域１３３に含まれるＳｉを拡散、活性化させて、ソース領域１３４を形成する。熱処理の最高温度は、例えば、１２００℃よりも高い温度であり、１３００℃以上が好ましく、１４００℃以上がさらに好ましい。最高温度による熱処理は、例えば５分である。
【００５１】
上述したように、Ｎ注入領域１３１Ａと、第３ＧａＮ層１４及び第１ＧａＮ層１２においてＮ注入領域１３１Ａの下方に位置する領域とに空孔欠陥が生じている。このため、上記の熱処理では、Ｎ注入領域１３１Ａに含まれるＭｇが空孔欠陥を介して拡散する。空孔欠陥が導入された第２ＧａＮ層１３及び第３ＧａＮ層１４から第１ＧａＮ層１２にかかるようにｐ＋型拡散領域１３２Ａが形成される。
なお、図３に示したように、ＧａＮにおいて、フェルミ準位が０（ｅＶ）から遠ざかるほど（すなわち、フェルミ準位Ｅｆが伝導帯に近づき、ＧａＮの導電型がｎ型に近づくほど）、ＧａＮのＧａサイトにＭｇは入り易くなり、ＧａＮの格子間にＭｇは入り難くなる。Ｓｉ注入領域１３３は、Ｓｉの注入と活性化によりｎ型になるため、ＭｇはＧａサイトで安定し、Ｎ注入領域１３１Ａと比べて拡散し難い。
【００５２】
これ以降は、通常の縦型ＭＯＳＦＥＴの製造プロセスと同じである。例えば、図７Ｄに示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０Ａを部分的にエッチングしてトレンチＨを形成する。製造装置は、トレンチＨを、ウェル領域となる第３ＧａＮ層１４よりも深く形成する。トレンチＨは、ＧａＮ層１３及び第３ＧａＮ層１４を貫通し、第１ＧａＮ層１２を底面とする。
【００５３】
次に、図７Ｅに示すように、製造装置は、トレンチＨの底面及び側面にゲート絶縁膜２１を形成する。次に、図７Ｆに示すように、製造装置は、ゲート電極２３とソース電極２５とを形成する。次に、製造装置は、ゲート電極２３とソース電極２５とが覆われるようにＧａＮ基板１０Ａの表面１０ａ上に層間絶縁膜３１（図６参照）を形成する。次に、製造装置は、ゲート電極２３に電気的に接続するゲートパッド１１２（図６参照）と、ソース電極２５に電気的に接続するソースパッド１１４（図６参照）とを形成する。その後、製造装置は、ＧａＮ基板１０Ａの裏面１０ｂにドレイン電極２７（図６参照）を形成する。このような工程を経て、縦型ＭＯＳＦＥＴ２を備えるＧａＮ半導体装置１Ａ（図６参照）が完成する。
【００５４】
（実施形態２の効果）
以上説明したように、本発明の実施形態２に係るＧａＮ半導体装置１Ａの製造方法は、ｎ型の第１ＧａＮ層１２上にｐ型の第３ＧａＮ層１４とｐ＋型の第２ＧａＮ層１３とがこの順で設けられたＧａＮ基板１０Ａを用意し、第２ＧａＮ層１３のＮ注入領域１３１ＡにＮをイオン注入して空孔欠陥を導入する工程と、空孔欠陥が導入されたＧａＮ基板１０Ａに熱処理を施して、Ｎ注入領域１３１Ａに含まれるＭｇを第１ＧａＮ層１２側へ拡散、活性化させて、ＧａＮ基板１０にｐ＋型拡散領域１３２Ａを形成する工程とを備える。
【００５５】
これによれば、Ｎ注入領域１３１Ａに含まれるＭｇは、空孔欠陥を介して拡散することができる。また、空孔欠陥を介して拡散するＭｇは、ガリウム（Ｇａ）空孔に入って活性化することができる。これにより、アクセプタ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ＋型拡散領域１３２Ａを容易に形成することができる。
また、Ｇａ空孔と同時に形成される窒素（Ｎ）空孔には、イオン注入されたＮが入ることができる。ＧａＮにおいてＮはアクセプタ又はドナーとして機能しないため、ｐ＋型拡散領域１３２Ａではイオン注入されたＮによる意図しない伝導型や実効アクセプタ濃度の変動を防ぎつつ、Ｎ空孔を回復することができる。
【００５６】
ｐ＋型拡散領域１３２Ａにおいて、Ｎ空孔の回復が促進されるため、Ｍｇプロファイルの制御性が向上する。また、Ｎ空孔の回復が促進されるため、ｐ＋型拡散領域１３２Ａとｎ＋型のソース領域１３４との間のｐｎ接合耐圧や、ｐ＋型拡散領域１３２Ａとｎ−型の第１ＧａＮ層１２との間のｐｎ接合耐圧が向上したり、これらｐｎ接合でのリーク電流が低下したりする効果を得ることが可能となる。実施形態２においても、ＧａＮ基板１０Ａに空孔欠陥を深く導入し、Ｍｇを深く拡散させる観点から、上記の選択元素として、原子量が比較的小さいＮを用いることが好ましい。
【００５７】
本発明の実施形態２に係るＧａＮ半導体装置１Ａは、ＧａＮ基板１０Ａと、ＧａＮ基板１０Ａに設けられた縦型ＭＯＳＦＥＴ２と、を備える。ＧａＮ基板１０Ａは、ｎ型の第１ＧａＮ層１２と、第１ＧａＮ層１２上に設けられた第３ＧａＮ層１４と、第３ＧａＮ層１４上に設けられた第２ＧａＮ層１３と、第２ＧａＮ層１３と第３ＧａＮ層１４とを貫通し、第１ＧａＮ層１２を底面とするトレンチＨと、を有する。縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、トレンチＨの底面及び側面に設けられたゲート絶縁膜２１と、ゲート絶縁膜２１を介してトレンチＨ内に設けられたゲート電極２３と、第２ＧａＮ層１３に設けられたｎ型のソース領域１３４と、第２ＧａＮ層１３から第１ＧａＮ層１２にかけて設けられ、ソース領域１３４に隣接するｐ＋型拡散領域１３２Ａと、を有する。ｐ＋型拡散領域１３２Ａとソース領域１３４は、それぞれ、Ｍｇを２×１０１８ｃｍ−３よりも高い濃度で含む。
このような構成であれば、Ｍｇ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ＋型拡散領域１３２Ａを、上記の製造方法を用いて容易に形成することが可能である。
【００５８】
また、縦型ＭＯＳＦＥＴ２において、ｐ＋型拡散領域１３２Ａは、トレンチＨの底面よりも深い位置まで設けられている。すなわち、ｐ＋型拡散領域１３２Ａの接合深さＸｊは、トレンチＨの深さをｄよりも深い（Ｘｊ＞ｄ）これにより、ドレイン電圧は、ｎ−型の第１ＧａＮ層１２とｐ＋型拡散領域１３２Ａとの間のｐｎ接合にかかり易くなり、トレンチＨの底面角部のゲート絶縁膜２１への電界集中が緩和される。これにより、例えば、ドレイン−ソース間でブレークダウンが生じる場合でも、ゲート絶縁膜２１に高エネルギーの正孔が注入されてゲート絶縁膜２１が劣化したり、ゲート絶縁膜２１が破壊されたりすることを抑制することができる。縦型ＭＯＳＦＥＴ２の信頼性の向上に寄与することが可能である。
【００５９】
＜実施形態３＞
本発明の実施形態では、アクセプタ元素（例えば、Ｍｇ）の拡散源となるｐ型のＧａＮ層を局所的に設け、その局所的に設けたｐ型のＧａＮ層に選択元素（例えば、Ｎ）をイオン注入することで空孔欠陥を導入し、その後、熱処理を行ってアクセプタ元素を活性化してもよい。このような方法であっても、アクセプタ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ型拡散領域を容易に形成することができる。以下、具体例を示す。
【００６０】
（製造方法）
図８Ａから図８Ｄは、本発明の実施形態３に係るＧａＮ半導体装置１Ｂの製造方法を示す断面図である。図８Ａに示すように、実施形態３では、ｎ＋型の単結晶ＧａＮ基板１１上にｎ−型の第１ＧａＮ層１２がエピタキシャル成長法で形成されたＧａＮ基板１０Ｂ（本発明の「基板」の一例）が用意される。一例を挙げると、ＧａＮ基板１０Ｂにおいて、第１ＧａＮ層１２に含まれるドナー元素はＳｉであり、第１ＧａＮ層１２におけるＳｉの濃度は１×１０１６ｃｍ−３である。第１ＧａＮ層１２の厚さは、１０μｍである。
【００６１】
次に、図８Ｂに示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上にマスクＭを形成する。マスクＭは、例えばＳｉＯ２膜等の絶縁膜で構成されている。マスクＭは、第１ＧａＮ層１２において、ｐ＋型拡散領域１３２Ｂ（本発明の「ｐ型拡散領域」の一例；図８Ｄ参照）が形成される予定領域の上方を開口し、それ以外の領域の上方を覆う形状を有する。次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａであって、マスクＭから露出している領域に、アクセプタ元素（例えば、Ｍｇ）がドープされた第２ＧａＮ層１３Ｂ（本発明の「第２窒化ガリウム層」の一例）を選択エピタキシャル成長法で形成する。
【００６２】
次に、図８Ｃに示すように、製造装置は、第２ＧａＮ層１３Ｂ及び第１ＧａＮ層１２のＮ注入領域１３１Ｂ（本発明の「第１領域」の一例）に、選択元素（例えば、Ｎ）をイオン注入する。これにより、Ｎ注入領域１３１Ｂと、第１ＧａＮ層１２においてＮ注入領域１３１Ｂの下方に位置する領域とに、結晶欠陥（例えば、空孔欠陥）が生じる。なお、ＧａＮ基板１０Ｂにおいて、Ｎ注入領域１３１Ｂ以外の領域はマスクＭで覆われているため、Ｎは注入されず、空孔欠陥もほとんど生じない。
次に、製造装置は、ＧａＮ基板の表面上からマスクＭを除去する。そして、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上に保護膜（図示せず）を形成して、Ｎ注入領域１３１Ｂを含むＧａＮ基板１０の表面１０ａ全体を覆う。保護膜は、例えばＳｉＯ２膜である。
【００６３】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０に熱処理を施して、Ｎ注入領域１３１Ｂに含まれるＭｇをＮ注入領域１３１Ｂから第１ＧａＮ層１２側へ拡散、活性化させて、図８Ｄに示すように、ｐ＋型拡散領域１３２Ｂを形成する。熱処理の最高温度は、例えば、１２００℃よりも高い温度であり、１３００℃以上が好ましく、１４００℃以上がさらに好ましい。最高温度による熱処理は、例えば５分である。
Ｎ注入領域１３１Ｂと、第１ＧａＮ層１２においてＮ注入領域１３１Ｂの下方に位置する領域とには空孔欠陥が生じている。このため、上記の熱処理では、Ｎ注入領域１３１Ｂに含まれるＭｇは空孔欠陥を介して拡散して、ｐ＋型拡散領域１３２Ｂが形成される。以上の工程を経て、ＧａＮ半導体装置１Ｂが完成する。
【００６４】
（実施形態３の効果）
以上説明したように、本発明の実施形態３に係るＧａＮ半導体装置１Ｂの製造方法は、ｎ型の第１ＧａＮ層１２上にｐ型の第２ＧａＮ層１３Ｂが局所的に設けられたＧａＮ基板１０Ｂを用意し、第２ＧａＮ層１３Ｂに窒素（Ｎ）をイオン注入して、空孔欠陥を導入したＮ注入領域１３１Ｂを形成する工程と、空孔欠陥が導入されたＧａＮ基板１０Ｂに熱処理を施して、Ｎ注入領域１３１Ｂに含まれるＭｇを第１ＧａＮ層１２側へ拡散、活性化させて、ＧａＮ基板１０Ｂにｐ＋型拡散領域１３２Ｂを形成する工程とを備える。
これによれば、Ｎ注入領域１３１Ｂに含まれるＭｇは、空孔欠陥を介して拡散することができる。また、空孔欠陥を介して拡散するＭｇは、ガリウム（Ｇａ）空孔に入って活性化することができる。これにより、アクセプタ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ＋型拡散領域１３２Ｂを容易に形成することができる。
【００６５】
また、Ｇａ空孔と同時に形成される窒素（Ｎ）空孔には、イオン注入されたＮが入ることができる。ＧａＮにおいて、イオン注入されるＮはアクセプタ又はドナーとして機能しない。これにより、ｐ＋型拡散領域１３２Ｂにおいて、イオン注入されたＮによる意図しない伝導型や実効アクセプタ濃度の変動を防ぎつつ、Ｎ空孔を回復することができる。
ｐ＋型拡散領域１３２Ｂにおいて、Ｎ空孔の回復が促進されるため、Ｍｇプロファイルの制御性が向上する。また、Ｎ空孔の回復が促進されるため、ＧａＮ基板１０Ｂに形成されるｐｎ接合の耐圧が向上したり、ｐｎ接合でのリーク電流が低下したりする効果を得ることが可能となる。
【００６６】
なお、実施形態１、２と同様に、実施形態３においても、選択元素は、Ｎに限定されず、不活性元素（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ））、ＩＩＩ族元素（例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ））、又は、Ｎ以外のＶ族元素（例えば、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ））であってもよい。また、ＧａＮ基板１０Ｂに空孔欠陥を深く導入し、Ｍｇを深く拡散させる観点から、上記の選択元素として、原子量が比較的小さいＮを用いることが好ましい。
実施形態３に示したＧａＮ半導体装置１Ｂは、例えば、ＭＯＳトランジスタや、ｐｎダイオードなど、各種の半導体装置に適用可能であり、ＭＯＳトランジスタのエッジ終端領域にも適用可能である。
【００６７】
＜その他の実施形態＞
上記のように、本発明は実施形態１から４及び変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、変形例が明らかとなろう。例えば、ＧａＮ基板１０、１０Ａ、１０Ｂは、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）の一以上の元素を含んでもよい。ＧａＮ基板１０、１０Ａ、１０Ｂは、ＧａＮにＡｌ及びＩｎを微量に含んだ混晶半導体、即ちＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）であってもよい。なお、ＧａＮは、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮにおいてｘ＝ｙ＝０とした場合である。
【００６８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態１から３とそれらの変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１、１Ａ、１Ｂ  ＧａＮ半導体装置
２  縦型ＭＯＳＦＥＴ
１０、１０Ａ、１０Ｂ  ＧａＮ基板
１０ａ  表面
１０ｂ  裏面
１１  単結晶ＧａＮ基板
１２  第１ＧａＮ層
１３、１３Ｂ  第２ＧａＮ層
１４  第３ＧａＮ層
２１  ゲート絶縁膜
２３  ゲート電極
２５  ソース電極
２７  ドレイン電極
３１  層間絶縁膜
１１０  活性領域
１１２  ゲートパッド
１１４  ソースパッド
１３０  エッジ終端領域
１３１  選択元素注入領域
１３１Ａ、１３１Ｂ  Ｎ注入領域
１３２、１３２Ａ、１３２Ｂ  ｐ＋型拡散領域
１３３  Ｓｉ注入領域
１３４  ソース領域
Ｈ  トレンチ
Ｍ  マスク
ＲＰ  レジストパターン
【要約】
【課題】アクセプタ濃度が高く、かつ局所的に配置されるｐ型拡散領域を容易に形成することが可能な窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体装置を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置の製造方法は、第１窒化ガリウム層上にｐ型の第２窒化ガリウム層が設けられた基板を用意し、前記第２窒化ガリウム層の第１領域に、不活性元素、ＩＩＩ族元素及びＶ族元素の中から選択される選択元素をイオン注入して空孔欠陥を導入する工程と、前記空孔欠陥が導入された前記基板に熱処理を施して、前記第１領域に含まれるアクセプタ元素を前記第１窒化ガリウム層側へ拡散、活性化させて、前記基板にｐ型拡散領域を形成する工程とを備える。
【選択図】図２【図１Ａ】
0006966010.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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