化合物半導体装置の製造方法、基板評価装置及び基板評価方法
【課題】化合物半導体層を形成する前の基板の状態で非接触のスクリーニングを行うことで、事前に化合物半導体層の不良発生を認識してこれを防止することができ、歩留まりの向上及び製造コストの削減を可能とする信頼性の高い化合物半導体装置を得る。
【解決手段】偏光レーザ１２によりＳｉＣ基板１の基板面に偏光レーザ光を照射し、検出部１３によりＳｉＣ基板１からの発光を検出し、表示部１４によりＳｉＣ基板１の発光強度の面内分布を得て、ＳｉＣ基板１の窒素混入量を評価した後、ＳｉＣ基板１の上方に化合物半導体積層構造２を形成する。
【解決手段】偏光レーザ１２によりＳｉＣ基板１の基板面に偏光レーザ光を照射し、検出部１３によりＳｉＣ基板１からの発光を検出し、表示部１４によりＳｉＣ基板１の発光強度の面内分布を得て、ＳｉＣ基板１の窒素混入量を評価した後、ＳｉＣ基板１の上方に化合物半導体積層構造２を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体装置の製造方法、基板評価装置及び基板評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体、例えば窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば、窒化物半導体であるＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも大きく、高い破壊電界強度を有する。そのためＧａＮは、高電圧動作且つ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。
【０００３】
携帯電話の基地局用アンプには、電流効率の向上のために高電圧動作が求められており、耐圧の向上が必要となっている。現在、基地局用アンプに用いられる高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）、特にＧａＮ系のＨＥＭＴ（ＧａＮ・ＨＥＭＴ）では、電流オフ時の耐圧として３００Ｖを超える値が報告されている。また、ミリ波帯で用いられるＨＥＭＴでも、電流オフ時の耐圧として２００Ｖを超える値が報告されている。窒化物半導体装置では、基板としてＳｉＣ基板を用いた場合に最も良好な出力特性が得られている。これは、ＳｉＣの熱伝導率が優れているためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４７８４８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.mst.or.jp/method/eachmethod/a0029.html
【非特許文献２】http://www.sigma-cybertech.co.jp/sct_opt/eigyou/vol3/AMH_System/20/01.htm
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
同一の化合物半導体装置を量産した場合に、比較的多数の化合物半導体装置についてシート抵抗の大きなバラツキが発生することが確認されている。
図１は、ＧａＮ・ＨＥＭＴを量産した際に、ＳｉＣ基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長した場合のシート抵抗のトレンドを示す特性図である。シート抵抗の許容範囲を破線枠Ａで示す。ある時期からシート抵抗に許容範囲外のバラツキ（破線枠Ｂで示す）が発生していることが判る。シート抵抗が許容範囲を超える値でばらつくと、最大電流及び閾値電圧にも大きな変動が生じるため、早急な対策が必要となっている。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、化合物半導体層を形成する前の基板の状態で非接触のスクリーニングを行うことで、事前に化合物半導体層の不良発生を認識してこれを防止することができ、歩留まりの向上及び製造コストの削減を可能とする信頼性の高い化合物半導体装置の製造方法、基板評価装置及び基板評価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】
【０００８】
化合物半導体装置の製造方法の一態様は、基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価する工程と、前記基板の上方に化合物半導体層を形成する工程とを含む。
【０００９】
基板評価装置の一態様は、基板に偏光レーザ光を照射する偏光レーザと、前記基板からの発光を検出する検出部と前記基板の発光強度の面内分布を、前記基板の窒素混入量として表示する表示部とを含む。
【００１０】
基板評価方法の一態様は、基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価する。
【発明の効果】
【００１１】
上記の諸態様によれば、化合物半導体層を形成する前の基板の状態で非接触のスクリーニングを行うことで、事前に化合物半導体層の不良発生を認識してこれを防止することができ、歩留まりの向上及び製造コストの削減を可能とする信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＧａＮ・ＨＥＭＴを量産した際に、ＳｉＣ基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長した場合のシート抵抗のトレンドを示す特性図である。
【図２】本実施形態による基板評価装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態において得られたＳｉＣ基板における発光強度の基板面内分布を示す画像図である。
【図４】図３（ｂ）のＳｉＣ基板について、検出したフォトルミネッセンス光のスペクトラムを加算した積分発光強度の基板面内分布を示す画像図である。
【図５】図３の比較例を示す画像図である。
【図６】本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７】図６に引き続き、本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
化合物半導体装置として、窒化物半導体のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを開示し、その製造方法について説明する。
【００１４】
本実施形態では、基板上に化合物半導体積層構造を形成するに先立って、成長用基板の評価を行う。成長用基板としては、例えば、可視光に対して透明なＳｉＣ基板を用いる場合を例示する。本実施形態は、ＳｉＣ基板の代わりに、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、ダイヤモンド基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、サファイア基板等を用いる場合にも適用できる。また成長部分に接触する部分の基板と土台となる基板が異なるようなテンプレート基板やハイブリッド接合基板を用いる場合にも適用できる。
図２は、本実施形態による基板評価装置の概略構成を示す模式図である。
基板評価装置は、基板保持部１１、偏光レーザ１２、検出部１３、及び表示部１４を備えて構成されている。
【００１５】
基板保持部１１は、被評価対象である成長用基板、ここではＳｉＣ基板１を回転自在に保持するものである。
偏光レーザ１２は、短波長で偏光可能なＱスイッチの偏光レーザであり、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光を照射するものである。この偏光レーザ光は、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内、例えば２６６ｎｍの光とされる。
【００１６】
ｐ偏光とは、入射光と反射光とを含む平面として偏光状態を定義した場合の表現であり、この平面に沿った偏光ベクトルを持つ光はｐ偏光と呼ばれ、この平面に対して垂直に偏光が立っている光はｓ偏光と呼ばれる。入射偏光の任意の状態は、ｓ成分とｐ成分とのベクトルの和として表現できる。ｓ偏光は、成長用基板の表面からの反射の影響を強く受ける。そのため、ｓ偏光が強いと、成長用基板の表面よりも深い内部の結晶状態の情報を得ることの障害となる。本実施形態では、成長用基板の結晶内部から発光した光を確実に検出すべく、ｓ偏光よりもｐ偏光の方が強い楕円偏光のレーザ光を用いる。
また、Ｑスイッチレーザでは、パルス動作型のレーザに比べると瞬間的なパワーは低いが、パルス動作よりも長い時間に亘る励起及び光学特性評価が可能となる。成長用基板の内部の結晶内の発光現象を観測し易い。
【００１７】
本実施形態では、ＧａＮ・ＨＥＭＴにおける許容範囲を超えるシート抵抗のバラツキが、成長用基板に窒素（Ｎ）が混入していることに起因する旨の知見を得た。成長用基板のＮ混入量を正確に把握するには、成長用基板のＮ混入による浅いドナー準位からの極めて弱い発光を捉える必要がある。この点、Ｎｄ：ＡｒレーザやＹＡＧレーザ等を用いた測定では、当該発光を捉えることは困難である。
【００１８】
本実施形態では、偏光レーザ、しかもｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のＱスイッチの偏光レーザ１２を用いる。これにより、成長用基板の結晶内部に効率良く確実にレーザ光を取り込むことで結晶内部の微弱な発光を選択的に検出し、発光強度の基板面内分布を得て、容易且つ確実に成長用基板のＮ混入量を評価することができる。
【００１９】
検出部１３は、成長用基板への偏光レーザ１２からのレーザ光照射により、成長用基板の結晶内部から発光したフォトルミネッセンス光を検出するものである。
偏光レーザ１２及び検出部１３は、偏光レーザ１２から照射する偏光レーザ光の基板面に対する入射角度と、検出部１３で検出されるフォトルミネッセンス光の基板面に対する出射角度とが異なるように配置される。
【００２０】
一般的に、偏光にはｓ偏光とｐ偏光の２種が含まれる。上記の入射角度と出射角度とを等しく設定して測定すると、基板表面の反射影響を受けるｓ偏光による信号の割合が増大し（一般的な偏光レーザ光では、殆どがｓ偏光による信号となる）、成長用基板の結晶内部の情報を得ることが困難となる。本実施形態では、ｐ偏光を主体とする楕円偏光を用い、上記のように入射角度と出射角度とが相異なるように設定することにより、成長用基板の表面よりも内部の結晶から発光したフォトルミネッセンス光を取得することができる。本実施形態では、例えば図示のように、検出部１３をその検出面が成長用基板の基板面に垂直となる位置に固定配置し、偏光レーザ１２をその出射面が基板面から９０°より小さい所定角となるように可動配置する。即ち偏光レーザ１２は、出射角度をθとして、基板面に対して０°＜θ＜９０°の範囲内で任意に固定自在に配置される。
【００２１】
表示部１４は、検出部１３で検出されたフォトルミネッセンス光に基づいて、成長用基板における発光強度の基板面内分布を表示するものである。発光強度の基板面内分布は、成長用基板の含有する窒素（Ｎ）の基板面内分布と等価であるため、当該分布に基づいて成長用基板のＮ含有量を正確に評価することができる。
【００２２】
上記のように構成された基板評価装置を用いて、成長用基板のＮ含有量を評価する。
基板保持部１１に成長用基板、ここでは、ＳｉＣ基板１を設置する。偏光レーザ１２を、ＳｉＣ基板１の基板面に対して０°＜θ＜９０°の範囲内の所定角となる位置に設定する。
偏光レーザ１２は、基板面にレーザ光を照射する。レーザ光は、波長２６６ｎｍで、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のＱスイッチのレーザ光とされる。検出部１３は、レーザ光照射による成長用基板からの発光、ここでは基板表面よりも深い結晶内部から発光したフォトルミネッセンス光を検出する。フォトルミネッセンス光の検出は、例えばＳｉＣのバンドギャップに合わせて３ｅＶ付近を中心として行う。表示部１４は、検出部１３で検出されたフォトルミネッセンス光に基づいて、成長用基板における発光強度の基板面内分布を表示する。
【００２３】
図３は、本実施形態において得られたＳｉＣ基板における発光強度の基板面内分布を示す画像図である。図３において、（ａ）が正常な良品と評価されるＳｉＣ基板の面内分布、（ｂ）がＮ含有量の多い不良品と評価されるＳｉＣ基板の面内分布をそれぞれ示す。
図３（ａ）では、ＳｉＣ基板の基板面において、発光強度に偏りは見られず、略均一な面内分布を示す。この場合、当該ＳｉＣ基板を用いて製造されたＧａＮ／ＨＥＭＴにおいて、そのシート抵抗が許容範囲内、ここではシート抵抗の規定標準値からの増加量が４％以下であることが確認されている。これに対して図３（ｂ）では、ＳｉＣ基板の基板面において、その中央部位に他の部位に比して発光強度の弱い領域（円Ｃ内）が見られる。この場合、当該ＳｉＣ基板を用いて製造されたＧａＮ／ＨＥＭＴにおいて、そのシート抵抗の規定標準値からの増加量が５％を越えることが確認されている。
【００２４】
図４は、図３（ｂ）のＳｉＣ基板について、検出したフォトルミネッセンス光のスペクトラムを加算した積分発光強度の基板面内分布を示す画像図である。
積分発光強度を用いることにより、図４のようにより明確に弱発光強度領域を視認することができる。
【００２５】
図５は、図３（ｂ）のＳｉＣ基板を被評価対象とした、図３の比較例を示す画像図であり、図５では、（ａ）が検出したフォトルミネッセンス光の発光波長の基板面内分布を、（ｂ）が検出したフォトルミネッセンス光の半値幅の基板面内分布をそれぞれ示す。
発光波長の基板面内分布、半値幅の基板面内分布では、図３（ｂ）に対応した弱発光強度領域を確認することはできない。なお、各種の顕微鏡を用いてＳｉＣ基板を観察しても、上記の弱発光強度領域の認識は不可能である。
【００２６】
図３（ｂ）のＳｉＣ基板を詳細に解析した結果、弱発光強度領域では窒素が１×１０15／ｃｍ3程度混入しており、そのために屈折率が変化することが確認された。本実施形態において、この屈折率の変化がＳｉＣのバンド端発光強度に反映され、ひいては当該ＳｉＣ基板を用いて製造したＧａＮ／ＨＥＭＴでは、シート抵抗が増大することが見出された。
【００２７】
上記の基板評価に引き続き、良品と評価されたＳｉＣ基板を用いて、以下のようにＧａＮ・ＨＥＭＴ、ここではＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを製造する。
図６及び図７は、本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００２８】
先ず、図６（ａ）に示すように、上記の基板評価において良品と評価されたＳｉＣ基板を用い、当該ＳｉＣ基板１上に、化合物半導体積層構造２を形成する。
化合物半導体積層構造２は、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、中間層２ｃ、電子供給層２ｄ、及びキャップ層２ｅを有して構成される。
【００２９】
完成したＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、その動作時において、電子走行層２ｂの電子供給層２ｄ（正確には中間層２ｃ）との界面近傍に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。この２ＤＥＧは、電子走行層２ｂの化合物半導体（ここではＧａＮ）と電子供給層２ｄの化合物半導体（ここではＡｌＧａＮ）との格子定数の相違に基づいて生成される。
【００３０】
詳細には、Ｓｉ基板１上に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法により、以下の各化合物半導体を成長する。ＭＯＶＰＥ法の代わりに、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法等を用いても良い。
Ｓｉ基板１上に、ＡｌＮを５ｎｍ程度の厚みに、ｉ（インテンショナリ・アンドープ）−ＧａＮを１μｍ程度の厚みに、ｉ−ＡｌＧａＮを５ｎｍ程度の厚みに、ｎ−ＡｌＧａＮを３０ｎｍ程度の厚みに、ｎ−ＧａＮを３ｎｍ程度の厚みに順次成長する。これにより、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、中間層２ｃ、電子供給層２ｄ、及びキャップ層２ｅが形成される。バッファ層２ａとしては、ＡｌＮの代わりにＡｌＧａＮを用いたり、低温成長でＧａＮを成長するようにしても良い。
【００３１】
ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＧａＮの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス、トリメチルガリウムガス、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Ａｌ源であるトリメチルアルミニウムガス、Ｇａ源であるトリメチルガリウムガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるアンモニアガスの流量は、１００ｃｃｍ〜１０ＬＭ程度とする。また、成長圧力は５０Torr〜３００Torr程度、成長温度は１０００℃〜１２００℃程度とする。
【００３２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮをｎ型として成長する際には、ｎ型不純物として例えばＳｉを含む例えばＳｉＨ4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、ＧａＮ及びＡｌＧａＮにＳｉをドーピングする。Ｓｉのドーピング濃度は、１×１０18／ｃｍ3程度〜１×１０20／ｃｍ3程度、例えば５×１０18／ｃｍ3程度とする。
【００３３】
続いて、図６（ｂ）に示すように、素子分離構造３を形成する。図７（ａ）以降では、素子分離構造３の図示を省略する。
詳細には、化合物半導体積層構造２の素子分離領域に、例えばアルゴン（Ａｒ）を注入する。これにより、化合物半導体積層構造２及びＳｉ基板１の表層部分に素子分離構造３が形成される。素子分離構造３により、化合物半導体積層構造２上で活性領域が画定される。
なお、素子分離は、上記の注入法の代わりに、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法を用いて行っても良い。このとき、化合物半導体積層構造２のドライエッチングには、例えば塩素系のエッチングガスを用いる。
【００３４】
続いて、図６（ｃ）に示すように、ソース電極４及びドレイン電極５を形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造２の表面におけるソース電極及びドレイン電極の形成予定位置（電極形成予定位置）に電極用リセス２Ａ，２Ｂを形成する。
化合物半導体積層構造２の表面にレジストを塗布する。レジストをリソグラフィーにより加工し、レジストに、電極形成予定位置に相当する化合物半導体積層構造２の表面を露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
【００３５】
このレジストマスクを用いて、電子供給層２ｄの表面が露出するまで、キャップ層２ｅの電極形成予定位置をドライエッチングして除去する。これにより、電子供給層２ｄの表面の電極形成予定位置を露出する電極用リセス２Ａ，２Ｂが形成される。エッチング条件としては、Ａｒ等の不活性ガス及びＣｌ2等の塩素系ガスをエッチングガスとして用い、例えばＣｌ2を流量３０ｓｃｃｍ、圧力を２Ｐａ、ＲＦ投入電力を２０Ｗとする。なお、電極用リセス２Ａ，２Ｂは、キャップ層２ｅの途中までエッチングして形成しても、また電子供給層２ｄ以降までエッチングして形成しても良い。
レジストマスクは、灰化処理等により除去される。
【００３６】
ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造２層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体積層構造２上に塗布し、電極用リセス２Ａ，２Ｂを露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばＴａ／Ａｌを、例えば蒸着法により、電極用リセス２Ａ，２Ｂを露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Ｔａの厚みは２０ｎｍ程度、Ａｌの厚みは２００ｎｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したＴａ／Ａｌを除去する。その後、Ｓｉ基板１を、例えば窒素雰囲気中において４００℃〜１０００℃程度の温度、例えば６００℃程度で熱処理し、残存したＴａ／Ａｌを電子供給層２ｄとオーミックコンタクトさせる。Ｔａ／Ａｌの電子供給層２ｄとのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、電極用リセス２Ａ，２Ｂを電極材料の一部で埋め込むソース電極４及びドレイン電極５が形成される。
【００３７】
続いて、図７（ａ）に示すように、化合物半導体積層構造２にゲート電極の電極用リセス２Ｃを形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造２の表面にレジストを塗布する。レジストをリソグラフィーにより加工し、レジストに、ゲート電極の形成予定位置（電極形成予定位置）に相当する化合物半導体積層構造２の表面を露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
【００３８】
このレジストマスクを用いて、電極形成予定位置における、キャップ層２ｅ及び電子供給層２ｄの一部をドライエッチングして除去する。これにより、キャップ層２ｅ及び電子供給層２ｄの一部まで掘り込まれた電極用リセス２Ｃが形成される。エッチング条件としては、Ａｒ等の不活性ガス及びＣｌ2等の塩素系ガスをエッチングガスとして用い、例えばＣｌ2を流量３０ｓｃｃｍ、圧力を２Ｐａ、ＲＦ投入電力を２０Ｗとする。なお、電極用リセス２Ｃは、キャップ層２ｅの途中までエッチングして形成しても、また電子供給層２ｄのより深い箇所までエッチングして形成しても良い。
レジストマスクは、灰化処理等により除去される。
【００３９】
続いて、図７（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜６を形成する。
詳細には、電極用リセス２Ｃの内壁面を覆うように、化合物半導体積層構造２上に絶縁材料として例えばＡｌ2Ｏ3を堆積する。Ａｌ2Ｏ3は、例えば原子層堆積法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ法）により膜厚２ｎｍ〜２００ｎｍ程度、ここでは１０ｎｍ程度に堆積する。これにより、ゲート絶縁膜６が形成される。
【００４０】
なお、Ａｌ2Ｏ3の堆積は、ＡＬＤ法の代わりに、例えばプラズマＣＶＤ法又はスパッタ法等で行うようにしても良い。また、Ａｌ2Ｏ3を堆積する代わりに、Ａｌの窒化物又は酸窒化物を用いても良い。それ以外にも、Ｓｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗの酸化物、窒化物又は酸窒化物、或いはこれらから適宜に選択して多層に堆積して、ゲート絶縁膜を形成しても良い。
【００４１】
続いて、図７（ｃ）に示すように、ゲート電極７を形成する。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造２層レジストを用いる。このレジストをゲート絶縁膜６上に塗布し、ゲート絶縁膜６の電極用リセス２Ｃの部分を露出させる各開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
【００４２】
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばＮｉ／Ａｕを、例えば蒸着法により、ゲート絶縁膜６の電極用リセス２Ｃの部分を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Ｎｉの厚みは３０ｎｍ程度、Ａｕの厚みは４００ｎｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したＮｉ／Ａｕを除去する。以上により、電極用リセス２Ｃ内をゲート絶縁膜６を介して電極材料の一部で埋め込むゲート電極７が形成される。
【００４３】
しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極４、ドレイン電極５、ゲート電極７と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが形成される。
【００４４】
本実施形態では、ゲート絶縁膜６を有するＭＩＳ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを例示するが、ゲート絶縁膜６を有さずゲート電極７が化合物半導体積層構造２と直接的に接触する、ショットキー型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを作製するようにしても良い。
また、電極用リセス２Ｃ内にゲート電極７を形成するゲートリセス構造を採用することなく、リセスのない化合物半導体積層構造２上に、ゲート絶縁膜を介して、或いは直接的に、ゲート電極を形成しても良い。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態では、化合物半導体積層構造２を形成する前のＳｉＣ基板１の状態で非接触のスクリーニングを行うことで、事前に化合物半導体積層構造２の不良発生を認識してこれを防止することができる。屈折率に偏りのある面内分布を示すＳｉＣ基板１は続く化合物半導体積層構造２の形成工程から事前に除外することにより、歩留まりの向上及び製造コストの削減を可能とする信頼性の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００４６】
なお本実施形態では、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを製造する場合を例示したが、これに限定されることなく、ＩｎＡｌＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴ等の種々の化合物半導体装置に適用することができる。
【００４７】
以下、化合物半導体装置の製造方法、基板評価装置及び基板評価方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４８】
（付記１）基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価する工程と、
前記基板の上方に化合物半導体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【００４９】
（付記２）前記基板の窒素混入量を評価する工程において、基板面に対する前記偏光レーザ光の入射角度と異なる出射角度の前記発光を検出することを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００５０】
（付記３）前記偏光レーザ光は、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光であることを特徴とする付記１又は２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００５１】
（付記４）前記偏光レーザ光は、Ｑスイッチレーザの光であることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００５２】
（付記５）前記偏光レーザ光は、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の光であることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００５３】
（付記６）基板に偏光レーザ光を照射する偏光レーザと、
前記基板からの発光を検出する検出部と
前記基板の発光強度の面内分布を、前記基板の窒素混入量として表示する表示部と
を含むことを特徴とする基板評価装置。
【００５４】
（付記７）基板面に対して、前記偏光レーザ光の入射角度と、検出される前記発光の出射角度とが異なるように、前記偏光レーザ及び前記検出部が配置されることを特徴とする付記６に記載の基板評価装置。
【００５５】
（付記８）前記偏光レーザは、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光を照射することを特徴とする付記６又は７に記載の基板評価装置。
【００５６】
（付記９）前記偏光レーザは、Ｑスイッチレーザであることを特徴とする付記６〜８のいずれか１項に記載の基板評価装置。
【００５７】
（付記１０）前記偏光レーザは、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の偏光レーザ光を照射することを特徴とする付記６〜９のいずれか１項に記載の基板評価装置。
【００５８】
（付記１１）基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価することを特徴とする基板評価方法。
【００５９】
（付記１２）基板面に対する前記偏光レーザ光の入射角度と異なる出射角度の前記発光を検出することを特徴とする付記１１に記載の基板評価方法。
【００６０】
（付記１３）前記偏光レーザ光は、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光であることを特徴とする付記１１又は１２に記載の基板評価方法。
【００６１】
（付記１４）前記偏光レーザ光は、Ｑスイッチレーザの光であることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか１項に記載の基板評価方法。
【００６２】
（付記１５）前記偏光レーザ光は、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の光であることを特徴とする付記１１〜１４のいずれか１項に記載の基板評価方法。
【符号の説明】
【００６３】
１ ＳｉＣ基板
２ 化合物半導体積層構造
２ａ バッファ層
２ｂ 電子走行層
２ｃ 中間層
２ｄ 電子供給層
２ｅ キャップ層
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 電極用リセス
３ 素子分離構造
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ ゲート絶縁膜
７ ゲート電極
１１ 基板保持部
１２ 偏光レーザ
１３ 検出部
１４ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体装置の製造方法、基板評価装置及び基板評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体、例えば窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば、窒化物半導体であるＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも大きく、高い破壊電界強度を有する。そのためＧａＮは、高電圧動作且つ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。
【０００３】
携帯電話の基地局用アンプには、電流効率の向上のために高電圧動作が求められており、耐圧の向上が必要となっている。現在、基地局用アンプに用いられる高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）、特にＧａＮ系のＨＥＭＴ（ＧａＮ・ＨＥＭＴ）では、電流オフ時の耐圧として３００Ｖを超える値が報告されている。また、ミリ波帯で用いられるＨＥＭＴでも、電流オフ時の耐圧として２００Ｖを超える値が報告されている。窒化物半導体装置では、基板としてＳｉＣ基板を用いた場合に最も良好な出力特性が得られている。これは、ＳｉＣの熱伝導率が優れているためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４７８４８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.mst.or.jp/method/eachmethod/a0029.html
【非特許文献２】http://www.sigma-cybertech.co.jp/sct_opt/eigyou/vol3/AMH_System/20/01.htm
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
同一の化合物半導体装置を量産した場合に、比較的多数の化合物半導体装置についてシート抵抗の大きなバラツキが発生することが確認されている。
図１は、ＧａＮ・ＨＥＭＴを量産した際に、ＳｉＣ基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長した場合のシート抵抗のトレンドを示す特性図である。シート抵抗の許容範囲を破線枠Ａで示す。ある時期からシート抵抗に許容範囲外のバラツキ（破線枠Ｂで示す）が発生していることが判る。シート抵抗が許容範囲を超える値でばらつくと、最大電流及び閾値電圧にも大きな変動が生じるため、早急な対策が必要となっている。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、化合物半導体層を形成する前の基板の状態で非接触のスクリーニングを行うことで、事前に化合物半導体層の不良発生を認識してこれを防止することができ、歩留まりの向上及び製造コストの削減を可能とする信頼性の高い化合物半導体装置の製造方法、基板評価装置及び基板評価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】
【０００８】
化合物半導体装置の製造方法の一態様は、基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価する工程と、前記基板の上方に化合物半導体層を形成する工程とを含む。
【０００９】
基板評価装置の一態様は、基板に偏光レーザ光を照射する偏光レーザと、前記基板からの発光を検出する検出部と前記基板の発光強度の面内分布を、前記基板の窒素混入量として表示する表示部とを含む。
【００１０】
基板評価方法の一態様は、基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価する。
【発明の効果】
【００１１】
上記の諸態様によれば、化合物半導体層を形成する前の基板の状態で非接触のスクリーニングを行うことで、事前に化合物半導体層の不良発生を認識してこれを防止することができ、歩留まりの向上及び製造コストの削減を可能とする信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＧａＮ・ＨＥＭＴを量産した際に、ＳｉＣ基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長した場合のシート抵抗のトレンドを示す特性図である。
【図２】本実施形態による基板評価装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態において得られたＳｉＣ基板における発光強度の基板面内分布を示す画像図である。
【図４】図３（ｂ）のＳｉＣ基板について、検出したフォトルミネッセンス光のスペクトラムを加算した積分発光強度の基板面内分布を示す画像図である。
【図５】図３の比較例を示す画像図である。
【図６】本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７】図６に引き続き、本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
化合物半導体装置として、窒化物半導体のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを開示し、その製造方法について説明する。
【００１４】
本実施形態では、基板上に化合物半導体積層構造を形成するに先立って、成長用基板の評価を行う。成長用基板としては、例えば、可視光に対して透明なＳｉＣ基板を用いる場合を例示する。本実施形態は、ＳｉＣ基板の代わりに、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、ダイヤモンド基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、サファイア基板等を用いる場合にも適用できる。また成長部分に接触する部分の基板と土台となる基板が異なるようなテンプレート基板やハイブリッド接合基板を用いる場合にも適用できる。
図２は、本実施形態による基板評価装置の概略構成を示す模式図である。
基板評価装置は、基板保持部１１、偏光レーザ１２、検出部１３、及び表示部１４を備えて構成されている。
【００１５】
基板保持部１１は、被評価対象である成長用基板、ここではＳｉＣ基板１を回転自在に保持するものである。
偏光レーザ１２は、短波長で偏光可能なＱスイッチの偏光レーザであり、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光を照射するものである。この偏光レーザ光は、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内、例えば２６６ｎｍの光とされる。
【００１６】
ｐ偏光とは、入射光と反射光とを含む平面として偏光状態を定義した場合の表現であり、この平面に沿った偏光ベクトルを持つ光はｐ偏光と呼ばれ、この平面に対して垂直に偏光が立っている光はｓ偏光と呼ばれる。入射偏光の任意の状態は、ｓ成分とｐ成分とのベクトルの和として表現できる。ｓ偏光は、成長用基板の表面からの反射の影響を強く受ける。そのため、ｓ偏光が強いと、成長用基板の表面よりも深い内部の結晶状態の情報を得ることの障害となる。本実施形態では、成長用基板の結晶内部から発光した光を確実に検出すべく、ｓ偏光よりもｐ偏光の方が強い楕円偏光のレーザ光を用いる。
また、Ｑスイッチレーザでは、パルス動作型のレーザに比べると瞬間的なパワーは低いが、パルス動作よりも長い時間に亘る励起及び光学特性評価が可能となる。成長用基板の内部の結晶内の発光現象を観測し易い。
【００１７】
本実施形態では、ＧａＮ・ＨＥＭＴにおける許容範囲を超えるシート抵抗のバラツキが、成長用基板に窒素（Ｎ）が混入していることに起因する旨の知見を得た。成長用基板のＮ混入量を正確に把握するには、成長用基板のＮ混入による浅いドナー準位からの極めて弱い発光を捉える必要がある。この点、Ｎｄ：ＡｒレーザやＹＡＧレーザ等を用いた測定では、当該発光を捉えることは困難である。
【００１８】
本実施形態では、偏光レーザ、しかもｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のＱスイッチの偏光レーザ１２を用いる。これにより、成長用基板の結晶内部に効率良く確実にレーザ光を取り込むことで結晶内部の微弱な発光を選択的に検出し、発光強度の基板面内分布を得て、容易且つ確実に成長用基板のＮ混入量を評価することができる。
【００１９】
検出部１３は、成長用基板への偏光レーザ１２からのレーザ光照射により、成長用基板の結晶内部から発光したフォトルミネッセンス光を検出するものである。
偏光レーザ１２及び検出部１３は、偏光レーザ１２から照射する偏光レーザ光の基板面に対する入射角度と、検出部１３で検出されるフォトルミネッセンス光の基板面に対する出射角度とが異なるように配置される。
【００２０】
一般的に、偏光にはｓ偏光とｐ偏光の２種が含まれる。上記の入射角度と出射角度とを等しく設定して測定すると、基板表面の反射影響を受けるｓ偏光による信号の割合が増大し（一般的な偏光レーザ光では、殆どがｓ偏光による信号となる）、成長用基板の結晶内部の情報を得ることが困難となる。本実施形態では、ｐ偏光を主体とする楕円偏光を用い、上記のように入射角度と出射角度とが相異なるように設定することにより、成長用基板の表面よりも内部の結晶から発光したフォトルミネッセンス光を取得することができる。本実施形態では、例えば図示のように、検出部１３をその検出面が成長用基板の基板面に垂直となる位置に固定配置し、偏光レーザ１２をその出射面が基板面から９０°より小さい所定角となるように可動配置する。即ち偏光レーザ１２は、出射角度をθとして、基板面に対して０°＜θ＜９０°の範囲内で任意に固定自在に配置される。
【００２１】
表示部１４は、検出部１３で検出されたフォトルミネッセンス光に基づいて、成長用基板における発光強度の基板面内分布を表示するものである。発光強度の基板面内分布は、成長用基板の含有する窒素（Ｎ）の基板面内分布と等価であるため、当該分布に基づいて成長用基板のＮ含有量を正確に評価することができる。
【００２２】
上記のように構成された基板評価装置を用いて、成長用基板のＮ含有量を評価する。
基板保持部１１に成長用基板、ここでは、ＳｉＣ基板１を設置する。偏光レーザ１２を、ＳｉＣ基板１の基板面に対して０°＜θ＜９０°の範囲内の所定角となる位置に設定する。
偏光レーザ１２は、基板面にレーザ光を照射する。レーザ光は、波長２６６ｎｍで、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のＱスイッチのレーザ光とされる。検出部１３は、レーザ光照射による成長用基板からの発光、ここでは基板表面よりも深い結晶内部から発光したフォトルミネッセンス光を検出する。フォトルミネッセンス光の検出は、例えばＳｉＣのバンドギャップに合わせて３ｅＶ付近を中心として行う。表示部１４は、検出部１３で検出されたフォトルミネッセンス光に基づいて、成長用基板における発光強度の基板面内分布を表示する。
【００２３】
図３は、本実施形態において得られたＳｉＣ基板における発光強度の基板面内分布を示す画像図である。図３において、（ａ）が正常な良品と評価されるＳｉＣ基板の面内分布、（ｂ）がＮ含有量の多い不良品と評価されるＳｉＣ基板の面内分布をそれぞれ示す。
図３（ａ）では、ＳｉＣ基板の基板面において、発光強度に偏りは見られず、略均一な面内分布を示す。この場合、当該ＳｉＣ基板を用いて製造されたＧａＮ／ＨＥＭＴにおいて、そのシート抵抗が許容範囲内、ここではシート抵抗の規定標準値からの増加量が４％以下であることが確認されている。これに対して図３（ｂ）では、ＳｉＣ基板の基板面において、その中央部位に他の部位に比して発光強度の弱い領域（円Ｃ内）が見られる。この場合、当該ＳｉＣ基板を用いて製造されたＧａＮ／ＨＥＭＴにおいて、そのシート抵抗の規定標準値からの増加量が５％を越えることが確認されている。
【００２４】
図４は、図３（ｂ）のＳｉＣ基板について、検出したフォトルミネッセンス光のスペクトラムを加算した積分発光強度の基板面内分布を示す画像図である。
積分発光強度を用いることにより、図４のようにより明確に弱発光強度領域を視認することができる。
【００２５】
図５は、図３（ｂ）のＳｉＣ基板を被評価対象とした、図３の比較例を示す画像図であり、図５では、（ａ）が検出したフォトルミネッセンス光の発光波長の基板面内分布を、（ｂ）が検出したフォトルミネッセンス光の半値幅の基板面内分布をそれぞれ示す。
発光波長の基板面内分布、半値幅の基板面内分布では、図３（ｂ）に対応した弱発光強度領域を確認することはできない。なお、各種の顕微鏡を用いてＳｉＣ基板を観察しても、上記の弱発光強度領域の認識は不可能である。
【００２６】
図３（ｂ）のＳｉＣ基板を詳細に解析した結果、弱発光強度領域では窒素が１×１０15／ｃｍ3程度混入しており、そのために屈折率が変化することが確認された。本実施形態において、この屈折率の変化がＳｉＣのバンド端発光強度に反映され、ひいては当該ＳｉＣ基板を用いて製造したＧａＮ／ＨＥＭＴでは、シート抵抗が増大することが見出された。
【００２７】
上記の基板評価に引き続き、良品と評価されたＳｉＣ基板を用いて、以下のようにＧａＮ・ＨＥＭＴ、ここではＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを製造する。
図６及び図７は、本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００２８】
先ず、図６（ａ）に示すように、上記の基板評価において良品と評価されたＳｉＣ基板を用い、当該ＳｉＣ基板１上に、化合物半導体積層構造２を形成する。
化合物半導体積層構造２は、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、中間層２ｃ、電子供給層２ｄ、及びキャップ層２ｅを有して構成される。
【００２９】
完成したＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、その動作時において、電子走行層２ｂの電子供給層２ｄ（正確には中間層２ｃ）との界面近傍に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。この２ＤＥＧは、電子走行層２ｂの化合物半導体（ここではＧａＮ）と電子供給層２ｄの化合物半導体（ここではＡｌＧａＮ）との格子定数の相違に基づいて生成される。
【００３０】
詳細には、Ｓｉ基板１上に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法により、以下の各化合物半導体を成長する。ＭＯＶＰＥ法の代わりに、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法等を用いても良い。
Ｓｉ基板１上に、ＡｌＮを５ｎｍ程度の厚みに、ｉ（インテンショナリ・アンドープ）−ＧａＮを１μｍ程度の厚みに、ｉ−ＡｌＧａＮを５ｎｍ程度の厚みに、ｎ−ＡｌＧａＮを３０ｎｍ程度の厚みに、ｎ−ＧａＮを３ｎｍ程度の厚みに順次成長する。これにより、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、中間層２ｃ、電子供給層２ｄ、及びキャップ層２ｅが形成される。バッファ層２ａとしては、ＡｌＮの代わりにＡｌＧａＮを用いたり、低温成長でＧａＮを成長するようにしても良い。
【００３１】
ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＧａＮの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス、トリメチルガリウムガス、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Ａｌ源であるトリメチルアルミニウムガス、Ｇａ源であるトリメチルガリウムガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるアンモニアガスの流量は、１００ｃｃｍ〜１０ＬＭ程度とする。また、成長圧力は５０Torr〜３００Torr程度、成長温度は１０００℃〜１２００℃程度とする。
【００３２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮをｎ型として成長する際には、ｎ型不純物として例えばＳｉを含む例えばＳｉＨ4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、ＧａＮ及びＡｌＧａＮにＳｉをドーピングする。Ｓｉのドーピング濃度は、１×１０18／ｃｍ3程度〜１×１０20／ｃｍ3程度、例えば５×１０18／ｃｍ3程度とする。
【００３３】
続いて、図６（ｂ）に示すように、素子分離構造３を形成する。図７（ａ）以降では、素子分離構造３の図示を省略する。
詳細には、化合物半導体積層構造２の素子分離領域に、例えばアルゴン（Ａｒ）を注入する。これにより、化合物半導体積層構造２及びＳｉ基板１の表層部分に素子分離構造３が形成される。素子分離構造３により、化合物半導体積層構造２上で活性領域が画定される。
なお、素子分離は、上記の注入法の代わりに、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法を用いて行っても良い。このとき、化合物半導体積層構造２のドライエッチングには、例えば塩素系のエッチングガスを用いる。
【００３４】
続いて、図６（ｃ）に示すように、ソース電極４及びドレイン電極５を形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造２の表面におけるソース電極及びドレイン電極の形成予定位置（電極形成予定位置）に電極用リセス２Ａ，２Ｂを形成する。
化合物半導体積層構造２の表面にレジストを塗布する。レジストをリソグラフィーにより加工し、レジストに、電極形成予定位置に相当する化合物半導体積層構造２の表面を露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
【００３５】
このレジストマスクを用いて、電子供給層２ｄの表面が露出するまで、キャップ層２ｅの電極形成予定位置をドライエッチングして除去する。これにより、電子供給層２ｄの表面の電極形成予定位置を露出する電極用リセス２Ａ，２Ｂが形成される。エッチング条件としては、Ａｒ等の不活性ガス及びＣｌ2等の塩素系ガスをエッチングガスとして用い、例えばＣｌ2を流量３０ｓｃｃｍ、圧力を２Ｐａ、ＲＦ投入電力を２０Ｗとする。なお、電極用リセス２Ａ，２Ｂは、キャップ層２ｅの途中までエッチングして形成しても、また電子供給層２ｄ以降までエッチングして形成しても良い。
レジストマスクは、灰化処理等により除去される。
【００３６】
ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造２層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体積層構造２上に塗布し、電極用リセス２Ａ，２Ｂを露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばＴａ／Ａｌを、例えば蒸着法により、電極用リセス２Ａ，２Ｂを露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Ｔａの厚みは２０ｎｍ程度、Ａｌの厚みは２００ｎｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したＴａ／Ａｌを除去する。その後、Ｓｉ基板１を、例えば窒素雰囲気中において４００℃〜１０００℃程度の温度、例えば６００℃程度で熱処理し、残存したＴａ／Ａｌを電子供給層２ｄとオーミックコンタクトさせる。Ｔａ／Ａｌの電子供給層２ｄとのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、電極用リセス２Ａ，２Ｂを電極材料の一部で埋め込むソース電極４及びドレイン電極５が形成される。
【００３７】
続いて、図７（ａ）に示すように、化合物半導体積層構造２にゲート電極の電極用リセス２Ｃを形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造２の表面にレジストを塗布する。レジストをリソグラフィーにより加工し、レジストに、ゲート電極の形成予定位置（電極形成予定位置）に相当する化合物半導体積層構造２の表面を露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
【００３８】
このレジストマスクを用いて、電極形成予定位置における、キャップ層２ｅ及び電子供給層２ｄの一部をドライエッチングして除去する。これにより、キャップ層２ｅ及び電子供給層２ｄの一部まで掘り込まれた電極用リセス２Ｃが形成される。エッチング条件としては、Ａｒ等の不活性ガス及びＣｌ2等の塩素系ガスをエッチングガスとして用い、例えばＣｌ2を流量３０ｓｃｃｍ、圧力を２Ｐａ、ＲＦ投入電力を２０Ｗとする。なお、電極用リセス２Ｃは、キャップ層２ｅの途中までエッチングして形成しても、また電子供給層２ｄのより深い箇所までエッチングして形成しても良い。
レジストマスクは、灰化処理等により除去される。
【００３９】
続いて、図７（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜６を形成する。
詳細には、電極用リセス２Ｃの内壁面を覆うように、化合物半導体積層構造２上に絶縁材料として例えばＡｌ2Ｏ3を堆積する。Ａｌ2Ｏ3は、例えば原子層堆積法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ法）により膜厚２ｎｍ〜２００ｎｍ程度、ここでは１０ｎｍ程度に堆積する。これにより、ゲート絶縁膜６が形成される。
【００４０】
なお、Ａｌ2Ｏ3の堆積は、ＡＬＤ法の代わりに、例えばプラズマＣＶＤ法又はスパッタ法等で行うようにしても良い。また、Ａｌ2Ｏ3を堆積する代わりに、Ａｌの窒化物又は酸窒化物を用いても良い。それ以外にも、Ｓｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗの酸化物、窒化物又は酸窒化物、或いはこれらから適宜に選択して多層に堆積して、ゲート絶縁膜を形成しても良い。
【００４１】
続いて、図７（ｃ）に示すように、ゲート電極７を形成する。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造２層レジストを用いる。このレジストをゲート絶縁膜６上に塗布し、ゲート絶縁膜６の電極用リセス２Ｃの部分を露出させる各開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
【００４２】
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばＮｉ／Ａｕを、例えば蒸着法により、ゲート絶縁膜６の電極用リセス２Ｃの部分を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Ｎｉの厚みは３０ｎｍ程度、Ａｕの厚みは４００ｎｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したＮｉ／Ａｕを除去する。以上により、電極用リセス２Ｃ内をゲート絶縁膜６を介して電極材料の一部で埋め込むゲート電極７が形成される。
【００４３】
しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極４、ドレイン電極５、ゲート電極７と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが形成される。
【００４４】
本実施形態では、ゲート絶縁膜６を有するＭＩＳ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを例示するが、ゲート絶縁膜６を有さずゲート電極７が化合物半導体積層構造２と直接的に接触する、ショットキー型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを作製するようにしても良い。
また、電極用リセス２Ｃ内にゲート電極７を形成するゲートリセス構造を採用することなく、リセスのない化合物半導体積層構造２上に、ゲート絶縁膜を介して、或いは直接的に、ゲート電極を形成しても良い。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態では、化合物半導体積層構造２を形成する前のＳｉＣ基板１の状態で非接触のスクリーニングを行うことで、事前に化合物半導体積層構造２の不良発生を認識してこれを防止することができる。屈折率に偏りのある面内分布を示すＳｉＣ基板１は続く化合物半導体積層構造２の形成工程から事前に除外することにより、歩留まりの向上及び製造コストの削減を可能とする信頼性の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００４６】
なお本実施形態では、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを製造する場合を例示したが、これに限定されることなく、ＩｎＡｌＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴ等の種々の化合物半導体装置に適用することができる。
【００４７】
以下、化合物半導体装置の製造方法、基板評価装置及び基板評価方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４８】
（付記１）基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価する工程と、
前記基板の上方に化合物半導体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【００４９】
（付記２）前記基板の窒素混入量を評価する工程において、基板面に対する前記偏光レーザ光の入射角度と異なる出射角度の前記発光を検出することを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００５０】
（付記３）前記偏光レーザ光は、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光であることを特徴とする付記１又は２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００５１】
（付記４）前記偏光レーザ光は、Ｑスイッチレーザの光であることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００５２】
（付記５）前記偏光レーザ光は、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の光であることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００５３】
（付記６）基板に偏光レーザ光を照射する偏光レーザと、
前記基板からの発光を検出する検出部と
前記基板の発光強度の面内分布を、前記基板の窒素混入量として表示する表示部と
を含むことを特徴とする基板評価装置。
【００５４】
（付記７）基板面に対して、前記偏光レーザ光の入射角度と、検出される前記発光の出射角度とが異なるように、前記偏光レーザ及び前記検出部が配置されることを特徴とする付記６に記載の基板評価装置。
【００５５】
（付記８）前記偏光レーザは、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光を照射することを特徴とする付記６又は７に記載の基板評価装置。
【００５６】
（付記９）前記偏光レーザは、Ｑスイッチレーザであることを特徴とする付記６〜８のいずれか１項に記載の基板評価装置。
【００５７】
（付記１０）前記偏光レーザは、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の偏光レーザ光を照射することを特徴とする付記６〜９のいずれか１項に記載の基板評価装置。
【００５８】
（付記１１）基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価することを特徴とする基板評価方法。
【００５９】
（付記１２）基板面に対する前記偏光レーザ光の入射角度と異なる出射角度の前記発光を検出することを特徴とする付記１１に記載の基板評価方法。
【００６０】
（付記１３）前記偏光レーザ光は、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光であることを特徴とする付記１１又は１２に記載の基板評価方法。
【００６１】
（付記１４）前記偏光レーザ光は、Ｑスイッチレーザの光であることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか１項に記載の基板評価方法。
【００６２】
（付記１５）前記偏光レーザ光は、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の光であることを特徴とする付記１１〜１４のいずれか１項に記載の基板評価方法。
【符号の説明】
【００６３】
１ ＳｉＣ基板
２ 化合物半導体積層構造
２ａ バッファ層
２ｂ 電子走行層
２ｃ 中間層
２ｄ 電子供給層
２ｅ キャップ層
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 電極用リセス
３ 素子分離構造
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ ゲート絶縁膜
７ ゲート電極
１１ 基板保持部
１２ 偏光レーザ
１３ 検出部
１４ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価する工程と、
前記基板の上方に化合物半導体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板の窒素混入量を評価する工程において、基板面に対する前記偏光レーザ光の入射角度と異なる出射角度の前記発光を検出することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記偏光レーザ光は、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板に偏光レーザ光を照射する偏光レーザと、
前記基板からの発光を検出する検出部と
前記基板の発光強度の面内分布を、前記基板の窒素混入量として表示する表示部と
を含むことを特徴とする基板評価装置。
【請求項５】
基板面に対して、前記偏光レーザ光の入射角度と、検出される前記発光の出射角度とが異なるように、前記偏光レーザ及び前記検出部が配置されることを特徴とする請求項４に記載の基板評価装置。
【請求項６】
前記偏光レーザは、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光を照射することを特徴とする請求項４又は５に記載の基板評価装置。
【請求項７】
基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価することを特徴とする基板評価方法。
【請求項１】
基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価する工程と、
前記基板の上方に化合物半導体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板の窒素混入量を評価する工程において、基板面に対する前記偏光レーザ光の入射角度と異なる出射角度の前記発光を検出することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記偏光レーザ光は、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板に偏光レーザ光を照射する偏光レーザと、
前記基板からの発光を検出する検出部と
前記基板の発光強度の面内分布を、前記基板の窒素混入量として表示する表示部と
を含むことを特徴とする基板評価装置。
【請求項５】
基板面に対して、前記偏光レーザ光の入射角度と、検出される前記発光の出射角度とが異なるように、前記偏光レーザ及び前記検出部が配置されることを特徴とする請求項４に記載の基板評価装置。
【請求項６】
前記偏光レーザは、ｐ偏光の方がｓ偏光よりも強い楕円偏光のレーザ光を照射することを特徴とする請求項４又は５に記載の基板評価装置。
【請求項７】
基板に偏光レーザ光を照射し、前記基板からの発光を検出し、前記基板の発光強度の面内分布を得て、前記基板の窒素混入量を評価することを特徴とする基板評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１０３１９（Ｐ２０１３−１１０３１９Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５３１８（Ｐ２０１１−２５５３１８）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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