(57)【要約】【課題】  ｐ型のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面を覆っているとともに貫通孔が形成されている絶縁膜と、貫通孔の底面に露出している前記III族窒化物半導体層の表面に接している金属膜を備えているIII族窒化物半導体装置の製造方法において、良好なオーミック特性を実現できる製造方法を提供する。【解決手段】  ｐ型の窒化ガリウム層２の表面に酸化シリコン膜４を形成する。次に、酸化シリコン膜４の一部を、弗素を含むガスでエッチングし、窒化ガリウム層２の表面に達する貫通孔６を形成する。次に、貫通孔６の底面に露出した窒化ガリウム層２の表面を塩素で終端処理する。次に、終端処理した窒化ガリウム層２の表面に接する金属膜を形成する。次に、窒化ガリウム層２と酸化シリコン膜４と金属膜を熱処理する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面を覆っているとともに貫通孔が形成されている絶縁膜と、前記貫通孔の底面に露出している前記III族窒化物半導体層の表面に接している金属膜を備えているIII族窒化物半導体装置を製造する方法であり、
前記III族窒化物半導体層の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
弗素を含むガスを用いて前記絶縁膜の一部をエッチングし、前記III族窒化物半導体層の表面に達する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔形成工程で形成した貫通孔の底面に露出したIII族窒化物半導体層の表面を塩素で終端処理する終端工程と、
前記終端工程で終端処理したIII族窒化物半導体層の表面に接する金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属膜形成工程後に前記III族窒化物半導体層と前記絶縁膜と前記金属膜を熱処理する工程を備えていることを特徴とするIII族窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記終端工程で、前記III族窒化物半導体層の表面を、塩素を含むプラズマに晒すことを特徴とする請求項１のIII族窒化物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、ｐ型のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面を覆っているとともに貫通孔が形成されている絶縁膜と、その貫通孔の底面に露出しているIII族窒化物半導体層の表面に接している金属膜を備えているIII族窒化物半導体装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体装置の製造において、ｐ型のIII族窒化物半導体層の表面を覆う絶縁膜を形成し、その絶縁膜に貫通孔を形成し、その貫通孔の底面に露出している半導体層の表面に接する金属膜を形成する製造方法が知られている。この製造方法によると、貫通孔を形成するためのエッチングの際に弗素を含む材料を用いるため、その貫通孔の底面に露出する半導体層の表面に弗素が付着する。エッチング時のダメージや半導体層の表面に付着した弗素により、半導体装置の形成後にIII族窒化物半導体層と金属膜の界面でフェルミ準位のピンニング現象が発生する。その結果、III族窒化物半導体層と金属膜の間のオーミック特性が悪化し、III族窒化物半導体装置の装置特性を低下させる。
【０００３】
ｐ型のIII族窒化物半導体層と金属膜の間のオーミック特性を向上させるために、半導体層の表面の絶縁膜を弗酸溶液によってウェットエッチングして貫通孔を形成し、貫通孔の底面に付着した弗素を熱処理して蒸発させる方法が提案されている。この方法では、表面の弗素を蒸発させた後、半導体層の表面に薄い酸化膜を形成し、酸化膜の表面に金属膜を形成することでオーミック特性を向上させる。このようなIII族窒化物半導体装置の製造方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−５４７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の方法によっても、ドライエッチング法で貫通孔を形成した場合にはオーミック特性を向上させることができない。
貫通孔の形成方法としてドライエッチング法を用いた場合、III族窒化物半導体層の表面をエッチングガスのプラズマに晒すため、半導体層の表面が受けるダメージがウェットエッチングの場合に比して大きい。その結果、III族窒化物半導体層の表面から窒素が抜け、表面がｎ型化すると考えられている。そのため、ドライエッチング法で貫通孔を形成した場合、表面の弗素を除去するのみでは良好なオーミック特性を実現することができない。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決する。すなわち、ｐ型のIII族窒化物半導体層と金属膜の間で良好なオーミック特性を実現できるIII族窒化物半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。本発明によると、ドライエッチング法で貫通孔を形成した場合でも良好なオーミック特性を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ｐ型のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面を覆っているとともに貫通孔が形成されている絶縁膜と、前記貫通孔の底面に露出しているIII族窒化物半導体層の表面に接している金属膜を備えているIII族窒化物半導体装置を製造する方法である。
本方法は、III族窒化物半導体層の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、弗素を含むガスを用いて絶縁膜の一部をエッチングし、III族窒化物半導体層の表面に達する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、貫通孔形成工程で形成した貫通孔の底面に露出したIII族窒化物半導体層の表面を塩素で終端処理する終端工程と、終端工程で終端処理したIII族窒化物半導体層の表面に接する金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜形成工程後にIII族窒化物半導体層と絶縁膜と金属膜を熱処理する工程を備えている。
本発明者らは、III族窒化物半導体層の表面に付着した弗素を塩素に置換することによって、III族窒化物半導体層と金属膜の間で良好なオーミック特性を実現できることを見出した。本発明ではその知見を利用する。
【０００８】
本方法では、ｐ型のIII族窒化物半導体層の表面に絶縁膜を形成する（絶縁膜形成工程）。絶縁膜の材料は特に限定されない。酸化膜であってもよいし、窒化膜であってもよい。また、絶縁膜の形成方法も限定されない。
本方法では、弗素を含むガスを用いて絶縁膜の一部をエッチングし、III族窒化物半導体層の表面に達する貫通孔を形成する（貫通孔形成工程）。
本方法では、貫通孔形成工程で形成した貫通孔の底面に露出したIII族窒化物半導体層の表面を塩素で終端処理する（終端工程）。この終端処理によって、III族窒化物半導体層の表面に付着した弗素が塩素に置換される。なお、終端処理の方法は限定されない。プラズマ処理を行ってもよいし、半導体装置を塩素を含む溶液、例えば塩酸中に浸漬させてもよい。
本方法では、終端工程で終端処理したIII族窒化物半導体層の表面に接する金属膜を形成する（金属膜形成工程）。
本方法では、金属膜形成工程後にIII族窒化物半導体層と絶縁膜と金属膜を熱処理する（熱処理工程）。熱処理によってオーミック特性が向上する。
上記の結果、III族窒化物半導体層と金属膜の間に良好なオーミック特性が実現されるIII族窒化物半導体装置を形成することができる。
【０００９】
本方法を用いると、III族窒化物半導体層の表面の弗素が塩素に置換され、その結果、III族窒化物半導体層と金属膜の間のオーミック特性の悪化が抑制され、良好なオーミック特性が実現される。これは、窒素が抜けることによってｎ型化したIII族窒化物半導体層の表面のIII族元素が、塩素と結合して表面から抜けることによって、III族窒化物半導体層の表面のｎ型化が抑制されるためであると推定される。
【００１０】
本発明でいうｐ型のIII族窒化物半導体は、一般式がAlXGaYIn1-X-YN（ただし、０≦X≦１、０≦Y≦１、０≦1−X−Y≦１）で表される半導体である。ｐ型の不純物には、マグネシウム、ベリリウム、炭素、亜鉛などを用いることができる。半導体層の形成方法は特に限定されない。III族窒化物半導体装置には、トランジスタなどのバイポーラ素子、ＦＥＴなどのユニポーラ素子、ダイオードなどの光素子などの装置が挙げられる。
【００１１】
終端工程で弗素を塩素に置換する方法は、特に限定されない。III族窒化物半導体層の表面を、塩素を含むプラズマに晒してもよいし、塩素を含む溶液、例えば塩酸中に浸漬させてもよい。しかし、塩酸中に浸漬させた場合には浸漬後に乾燥などの工程が必要となる。そのため本方法では、終端工程で、III族窒化物半導体層の表面を、塩素を含むプラズマに晒すことが好ましい。終端工程で必要となる工程数を削減することができる。
【００１２】
図５に、終端処理工程を行った場合（曲線Ａ）と、行っていない場合（曲線Ｂ）のIII族窒化物半導体装置形成後の電気特性を対比するグラフ５０を示す。横軸は、半導体層に印加した電圧と金属膜に印加した電圧の差を示し、縦軸は両者間に流れる電流を示す。
終端処理工程を行っていない場合（曲線Ｂ）、±１Ｖの範囲で電流が全く流れないが、終端処理工程を行っている場合（曲線Ａ）、±１Ｖの範囲でも電流が流れることを示している。貫通孔の形成後にIII族窒化物半導体層の表面を塩素で終端処理することによってオーミック特性が大きく向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、ｐ型のIII族窒化物半導体層と、そのIII族窒化物半導体層の表面を覆っているとともに貫通孔が形成されている絶縁膜と、貫通孔の底面に露出しているIII族窒化物半導体層の表面に接している金属膜を備えているIII族窒化物半導体装置を製造する際に、III族窒化物半導体層と金属膜の間で良好なオーミック特性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
下記に説明する実施例の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）  III族窒化物半導体層の材料が窒化ガリウムであり、ｐ型の不純物の材料はマグネシウム又はベリリウム又は炭素である。
（第２特徴）  金属膜の材料は、金とニッケル又は白金とニッケルの合金とする。
【実施例】
【００１５】
（第１実施例）
図１〜４に、本実施例のIII族窒化物半導体装置１００の製造方法を示す。まず、図１に示すようにｐ型の窒化ガリウム層２の表面に酸化シリコン膜４を形成する。酸化シリコン膜４は、スパッタリング法やＣＶＤ法で形成することができる。
次に、図２に示すように、酸化シリコン膜４の一部をエッチングし、窒化ガリウム層２の表面に達する貫通孔６を形成する。エッチングは弗化炭素と酸素の混合ガスをエッチングガスとするドライエッチング法を用いる。エッチングガスには弗素が含まれているため、このドライエッチングによって、貫通孔６の底面に露出した窒化ガリウム層２の表面が弗素で終端される。
次に、図３に示すように、貫通孔６の底面に露出した窒化ガリウム層２の表面を塩素で終端処理する。終端処理には塩素を含むプラズマ法を用いる。このプラズマ処理によって、貫通孔６の底面に露出した窒化ガリウム層２の表面の弗素が塩素に置換される。
次に、図４に示すように、終端処理した窒化ガリウム層２の表面に接する金属膜８を電子ビーム蒸着法によって形成する。金属膜８は電極となる。
次に、窒化ガリウム層２と酸化シリコン膜４と金属膜８を熱処理する。加熱温度は６００〜７００℃とする。この熱処理によって窒化ガリウム層２と金属膜８の間のオーミック特性が向上する。
【００１６】
上記の結果、III族窒化物半導体装置１００が形成される。III族窒化物半導体装置１００は、窒化ガリウム層２の表面が塩素で終端されることによって、窒化ガリウム層２の表面のｎ型化が抑制される。その結果、窒化ガリウム層２と金属膜８の間で良好なオーミック特性が実現される。
【００１７】
本発明のIII族窒化物半導体装置は、III族窒化物半導体層の材料が窒化ガリウムであり、窒化物半導体層に導入されているｐ型の不純物がマグネシウム又はベリリウム又は炭素であることが好ましい。また、金属膜の材料は金とニッケル又は白金とニッケルの合金であることが好ましい。この場合、金又は白金が電極保護膜となる。
【００１８】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、終端工程でプラズマ処理以外の方法を用いてもよい。この場合でも、窒化ガリウム層２の表面が塩素で終端処理されていれば、III族窒化物半導体装置１００の形成後に良好なオーミック特性が実現される。また、金属膜８の形成方法も電子ビーム蒸着法に限定されない。スパッタリング法などによって金属膜８を形成してもよい。加熱工程における加熱温度も６００〜７００℃の範囲内に限定されない。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例のIII族窒化物半導体装置１００の製造方法の工程（１）を示す。
【図２】第１実施例のIII族窒化物半導体装置１００の製造方法の工程（２）を示す
【図３】第１実施例のIII族窒化物半導体装置１００の製造方法の工程（３）を示す
【図４】第１実施例のIII族窒化物半導体装置１００の製造方法の工程（４）を示す
【図５】終端処理工程の有無によるIII族窒化物半導体装置形成後の電気特性を対比するグラフ５０を示す。
【符号の説明】
【００２０】
２：窒化ガリウム層
４：酸化シリコン膜
６：貫通孔
８：金属膜
５０：電気特性グラフ
１００：III族窒化物半導体装置
【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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