半導体素子の製造方法及び半導体素子
【課題】ＩＩ族酸化物半導体を用いた半導体素子における新規な絶縁層形成技術を提供する。
【解決手段】半導体素子の製造方法は、（ａ）基板上方に、ＩＩ族酸化物半導体層を成長させる工程と、（ｂ）ＩＩ族酸化物半導体層上に、窒素をドープしつつＯリッチ条件での成長を行い抵抗率が１０５Ωｃｍ以上のＩＩ族酸化物絶縁層を成長させる工程とを有する。
【解決手段】半導体素子の製造方法は、（ａ）基板上方に、ＩＩ族酸化物半導体層を成長させる工程と、（ｂ）ＩＩ族酸化物半導体層上に、窒素をドープしつつＯリッチ条件での成長を行い抵抗率が１０５Ωｃｍ以上のＩＩ族酸化物絶縁層を成長させる工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法及び半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＺｎＯ等のＩＩ族酸化物半導体は、各種の半導体素子の材料として研究されている。例えば、紫外線透過性を有するＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの有機物導電材料をショットキー電極としてＺｎＯ層上に形成した光起電力型の紫外線センサが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８‐２１１２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は、ＩＩ族酸化物半導体を用いた半導体素子における新規な絶縁層形成技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、（ａ）基板上方に、ＩＩ族酸化物半導体層を成長させる工程と、（ｂ）前記ＩＩ族酸化物半導体層上に、窒素をドープしつつＯリッチ条件での成長を行い抵抗率が１０５Ωｃｍ以上のＩＩ族酸化物絶縁層を成長させる工程とを有する半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
ＩＩ族酸化物半導体層上に配置される絶縁層を、窒素をドープしたＩＩ族酸化物の成長により形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実験で得られた窒素ドープＭｇＺｎＯ層におけるキャリア濃度、窒素濃度、及び抵抗率を、Ｚｎフラックスに対して示したグラフである。
【図２】図２Ａ〜図２Ｄは、第１実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施例の受光装置の全体構造を示す概略断面図である。
【図４−１】図４Ａ〜図４Ｃは、第２実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図４−２】図４Ｄ〜図４Ｆは、第２実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図５】図５は、第２実施例の変形例による半導体紫外線受光素子のワイヤーボンディング用電極近傍を示す概略断面図である。
【図６】図６は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のエッチング速度のＭｇ組成ｘに対する依存性を示すグラフである。
【図７】図７は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、及びＢｅＯの物性をまとめた表である。
【図８】図８は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のエネルギーギャップとＭｇ組成ｘとの関係を示すグラフである。
【図９−１】図９Ａ〜図９Ｃは、第３実施例の受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図９−２】図９Ｄ〜図９Ｆは、第３実施例の受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｃは、第４実施例のトランジスタの主要な製造工程を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層の抵抗率を調べた実験について説明する。結晶成長方法として、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を用いた。Ｚｎ面（＋ｃ面）ＺｎＯ基板上に、ＺｎＯバッファー層を介して、窒素がドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を形成した。
【０００９】
例えば以下のような成長条件で、窒素ドープＭｇＺｎＯ層を形成した。成長温度７００℃、ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ、ＯラジカルソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、及び、ＮラジカルソースガンのＮ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗを一定とした。そして、ＺｎフラックスＦＺｎを０．０５ｎｍ／ｓ〜０．２８ｎｍ／ｓの範囲で変化させることにより、ＶＩ／ＩＩフラックス比を変化させた。この成長条件例では、得られた窒素ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層のＭｇ組成ｘが０．２であった。
【００１０】
ＺｎＯにＭｇを添加することにより、バンドギャップを広げることができる。ただし、ＺｎＯはウルツ鉱構造（六方晶）で、ＭｇＯは岩塩構造（立方晶）であるため、Ｍｇ組成が高すぎると相分離を起こしてしまう。ＭｇｘＺｎ１−ｘＯのＭｇ組成ｘは、ウルツ鉱構造を保つため０．６以下とするのが好ましい。なお、Ｍｇ組成ｘ＝０も含めることにより、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯという表記に、Ｍｇの添加されていないＺｎＯも含める。
【００１１】
ここで、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）の成長を例として、ＩＩ族酸化物の成長におけるＶＩ／ＩＩフラックス比の定義等について説明する。Ｚｎのフラックス強度をＪＺｎ、Ｍｇのフラックス強度をＪＭｇとし、Ｏラジカルのフラックス強度をＪＯとする。又、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）結晶のＯ終端面へのＺｎの付着のしやすさを示す係数（Ｚｎの付着係数）をＫＺｎ、Ｍｇの付着のしやすさを示す係数（Ｍｇの付着係数）をＫＭｇとし、Ｚｎ終端面へのＯの付着のしやすさを示す係数（Ｏの付着係数）をＫＯとする。
【００１２】
このとき、Ｚｎの付着係数ＫＺｎとフラックス強度ＪＺｎとの積であるＫＺｎ・ＪＺｎは、基板の単位面積に単位時間あたりに付着するＺｎ原子の個数に対応する。Ｍｇの付着係数ＫＭｇとフラックス強度ＪＭｇとの積であるＫＭｇ・ＪＭｇは、基板の単位面積に単位時間あたりに付着するＭｇ原子の個数に対応する。又、Ｏの付着係数ＫＯとフラックス強度ＪＯとの積であるＫＯ・ＪＯは、基板の単位面積あたりに付着するＯ原子の個数に対応する。
【００１３】
ＶＩ／ＩＩフラックス比は、（ＫＺｎ・ＪＺｎ+ＫＭｇ・ＪＭｇ）に対するＫＯ・ＪＯの比である（ＫＯ・ＪＯ）／（ＫＺｎ・ＪＺｎ+ＫＭｇ・ＪＭｇ）と定義される。ＶＩ／ＩＩフラックス比が１より大きい場合をＶＩ族リッチ条件（Ｏリッチ条件）、１に等しい場合をストイキオメトリ条件、１未満である場合をＩＩ族リッチ条件と呼ぶ。
【００１４】
なお、Ｚｎ面での結晶成長においては、基板表面温度８５０℃以下であれば、付着係数ＫＺｎ、ＫＭｇ、及びＫＯを１と見なすことができ、ＶＩ／ＩＩフラックス比をＪＯ／（ＪＺｎ＋ＪＭｇ）と表すことができる。
【００１５】
図１は、上記の成長条件で得られた窒素ドープＭｇＺｎＯ層におけるキャリア濃度、窒素濃度、及び抵抗率を、Ｚｎフラックスに対して示したグラフである。横軸が、ｎｍ／ｓ単位で示したＺｎフラックス（ＦＺｎ）であり、左側の縦軸が、ｃｍ−３単位で示したキャリア濃度及び窒素濃度であり、右側の縦軸が、Ωｃｍ単位で示した抵抗率である。キャリア濃度、窒素濃度、及び抵抗率を、それぞれ、四角、丸、及び菱形のプロットで示す。ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１３ｎｍ／ｓがストイキオメトリ条件（ＫＺｎ・ＪＺｎ+ＫＭｇ・ＪＭｇ＝ＫＯ・ＪＯ）である。なお、ＭｇフラックスＦＭｇは０．０２ｎｍ／ｓである。
【００１６】
抵抗率は、ＶＩ／ＩＩフラックス比によって大きく変化し、ストイキオメトリ条件から少しＶＩ族リッチ（Ｏリッチ）条件側で、１０６Ωｃｍ以上に達し非常に高くなっている。抵抗率が１０５Ωｃｍ以上（より望ましくは１０６Ωｃｍ以上）の層は、実質的に電気的絶縁層として扱うことができる。
【００１７】
抵抗率が１０５Ωｃｍ以上となる範囲は、ＺｎフラックスＦＺｎとしては０．１１ｎｍ／ｓ〜０．１３ｎｍ／ｓであり、ＺｎフラックスとＭｇフラックスを加算したフラックスとしては、ＦＺｎ＋Ｍｇ＝０．１３ｎｍ／ｓ〜０．１５ｎｍ／ｓである。これを、一般化してＶＩ／ＩＩフラックス比の範囲で表すと、１．２〜１．０（１．０より大きく１．２未満）となる。
【００１８】
キャリア濃度は、抵抗率と対応した変化が観測され、抵抗率が１０５Ωｃｍ以上程度に高くなっている範囲では、キャリア濃度が（低くなりすぎて）測定不能であった。
【００１９】
Ｎ濃度は、抵抗率やキャリア濃度のような急激な変化は見られず、Ｚｎフラックス増加に伴い（ＶＩ／ＩＩフラックス比減少に伴い）、増加する傾向が見られる。抵抗率が１０５Ωｃｍ以上程度に高くなっている範囲では、Ｎ濃度は１〜３×１０１９ｃｍ−３程度（１０１８ｃｍ−３以上）となっている。
【００２０】
成長条件の一例として、Ｍｇ組成ｘが０．２となる場合を説明した。Ｍｇ組成ｘは、Ｍｇフラックスを変化させることにより制御することができる。本実験では、Ｚｎフラックス一定の下Ｍｇフラックスを変化させて、Ｍｇ組成ｘを変化させた窒素ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層も作製し、Ｍｇ組成ｘと窒素ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層の抵抗率との関係についても調べた。
【００２１】
得られた抵抗率は、Ｍｇ組成ｘ＝０（つまりＺｎＯ）のとき５．０×１０５Ωｃｍ、Ｍｇ組成ｘ＝０．２のとき５．０×１０６Ωｃｍ、Ｍｇ組成ｘ＝０．３のとき７．０×１０６Ωｃｍであった。このように、Ｍｇ組成を大きくするほど、抵抗率は高くなる傾向があることがわかった。
【００２２】
上述の実験より、以下のようなことが言えるであろう。ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）に窒素をドープし、ストイキオメトリ条件からややＯリッチ側の条件（例えばＶＩ／ＩＩフラックス比１．０〜１．２の範囲）で成長させることにより、抵抗率が例えば１０５Ωｃｍ以上程度に高いＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を得ることができる。なお、Ｍｇフラックスがある程度変化しても、高抵抗が得られるＶＩ／ＩＩフラックス比の範囲は同様であろう。
【００２３】
ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のＭｇ組成ｘを高めるほど、抵抗率は高くなる傾向がある。抵抗率を高めることを容易にする観点からは、Ｍｇ組成ｘは例えば０．１以上とすることが好ましい。
【００２４】
次に、本発明の実施例として、窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を絶縁層に利用したＺｎＯ系半導体素子について説明する。実施例では、ＺｎＯ系半導体層及び絶縁層の成長方法としてＭＢＥを用いる。なお、ＺｎＯ系半導体は、少なくともＺｎとＯとを含む。
【００２５】
まず、第１実施例によるＺｎＯ系半導体紫外線受光装置について説明する。図２Ａ〜図２Ｄは、第１実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００２６】
図２Ａを参照する。Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板１上に、成長温度３００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、ＺｎＯバッファー層２を厚さ３０ｎｍ成長させる。９００℃でアニールを行い、結晶性及び表面平坦性の改善を行う。
【００２７】
ＺｎＯバッファー層２上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＺｎＯ層３を厚さ約１．５μｍ成長させる。ＺｎＯ基板１及びアンドープＺｎＯ層３のキャリア濃度は、それぞれ、例えば３．０×１０１７ｃｍ−３及び５．２×１０１５ｃｍ−３である。
【００２８】
アンドープＺｎＯ層３上に、成長温度７００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１２ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＮラジカルビーム（Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ）を同時照射し、絶縁層として窒素ドープＭｇＺｎＯ層４を厚さ１００ｎｍ成長させる。
【００２９】
このように、窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を絶縁層として利用することにより、ＺｎＯ系半導体層と絶縁層とを単一の装置で一貫して成長させることができる。
【００３０】
ＺｎＯ系半導体エピ層上に形成する絶縁層として、ＳｉＯ膜等をスパッタリングや化学気相堆積（ＣＶＤ）で堆積する方法を比較例とする。実施例の方法は、比較例と比べて、スパッタリング装置やＣＶＤ装置等を必要とせず、また半導体層と絶縁層との界面を清浄に保つことができる。
【００３１】
図２Ｂを参照する。窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４上に、有機物電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ１を形成する。レジストパターンＲＰ１をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４をエッチングして、アンドープＺｎＯ層３を露出させる。
【００３２】
次に、導電性ポリマーによる有機物電極５を形成する。有機物電極５の材料として、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いることができる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、キャリアドーパント兼水分散剤としてポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を含んだ、ポリチオフェン誘導体のポリ３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）である。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、導電率増加剤として例えばジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を添加して使用することができる。
【００３３】
レジストパターンＲＰ１は残したまま、ＵＶオゾン洗浄を行った後、スピンコートによりＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを厚さ３０ｎｍ塗布する。リフトオフにより、レジストパターンＲＰ１及びレジストパターンＲＰ１上の余分なＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを除去して、アンドープＺｎＯ層３上に有機物電極５を形成する。ホットプレートにより２００℃、２０分加熱処理を施す。なお、有機物電極５の加熱処理には、真空乾燥炉、クリーンオーブン等を用いてもよい。
【００３４】
有機物電極５は、アンドープＺｎＯ層３に対してショットキー電極を形成するとともに、紫外線透過性である。有機物電極５を透過してアンドープＺｎＯ層３に入射した紫外線により、光起電力が生じる。なお、このような半導体紫外線受光素子では、ショットキー電極を用いることにより、ｎ型半導体層に比べて形成が難しいｐ型半導体層を形成しなくてすむ。
【００３５】
図２Ｃを参照する。有機物電極５上に、ワイヤーボンディング用金属電極６を形成する。ワイヤーボンディング用金属電極６は、有機物電極５上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４上にまたがるように配置され、透光領域を確保するため有機物電極５の一部上を覆い、窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４の上方部分に、ワイヤーボンディング領域となる程度の広い面積を確保する。
【００３６】
ワイヤーボンディング用金属電極６の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、電子ビーム（ＥＢ）蒸着により、厚さ１０ｎｍのＴｉ層６ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層６ｂとを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極６を形成する。Ｔｉ層６ａが、絶縁層４との密着層として働く。
【００３７】
そして、ＺｎＯ基板１の裏面上に、厚さ１０ｎｍのＴｉ層７ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層７ｂとを積層して、オーミック電極７を形成する。このようにして、第１実施例の受光素子が作製される。その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第１実施例の受光素子をステム上に接合して、第１実施例の受光装置を作製する。
【００３８】
図２Ｄは、ワイヤーボンディングされた第１実施例の受光素子を示す。Ａｕワイヤー１２の先端を溶融して丸めたＡｕボール１１を、ワイヤーボンディング用金属電極６に接合している。第１実施例の受光素子は、有機物電極５上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４上にまたがるようにワイヤーボンディング用金属電極６が形成されていることにより、ワイヤーボンディング用金属電極６と有機物電極５との密着性が低くても、ワイヤーボンディング用金属電極６の剥離を抑制して、ワイヤーボンディングを行うことができる。
【００３９】
図３は、第１実施例の受光装置の全体構造を示す概略断面図である。受光素子のオーミック電極７が、ステム２１の一方の電極２１ａ上に銀ペースト２２を介してダイボンディングされている。受光素子のワイヤーボンディング用金属電極６と、ステム２１の他方の電極２１ｂとが、Ａｕボール１１、１３を介してＡｕワイヤー１２でワイヤーボンディングされている。Ａｕボール１１が、絶縁層４の上方部分のワイヤーボンディング用金属電極６上に配置されている。受光素子の上方が、紫外線透過窓２３の形成された容器２４で覆われている。
【００４０】
次に、第２実施例によるＺｎＯ系半導体紫外線受光装置について説明する。第１実施例は、導電性の成長基板を用いたが、第２実施例では、絶縁性の成長基板を用いる。図４Ａ〜図４Ｆは、第２実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００４１】
図４Ａを参照する。ｃ面サファイア基板３１上に、成長温度６５０℃で、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０５ｎｍ／ｓ）とＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、ＭｇＯ層３２を厚さ約１０ｎｍ成長させる。
【００４２】
ＭｇＯ層３２は、その上に成長させるＺｎＯ系半導体層をＺｎ極性面（＋ｃ面）で成長させる極性制御層となる。なお、無極性単結晶基板上方に成長させるＺｎＯ系半導体層の極性を、ＭｇＯ層を介して制御する技術については、特開２００５‐１９７４１０号公報の「発明を実施するための最良の形態」の欄に説明されている。
【００４３】
ＭｇＯ層３２上に、成長温度３００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ）及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、低温ＺｎＯバッファー層３３を厚さ約３０ｎｍ成長させる。低温ＺｎＯバッファー層３３の成長後、結晶性及び表面平坦性改善のため、９００℃、３０分のアニールを施す。
【００４４】
ＺｎＯバッファー層３３上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＧａビーム（Ｇａセル温度３８０℃）を同時照射して、Ｇａドープｎ型ＺｎＯ層３４を厚さ約２．０μｍ成長させる。
【００４５】
ｎ型ＺｎＯ層３４上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＺｎＯ層３５を厚さ約１．５μｍ成長させる。
【００４６】
ｎ型ＺｎＯ層３４及びアンドープＺｎＯ層３５のキャリア濃度は、それぞれ例えば、９．０×１０１７ｃｍ−３及び９．８×１０１５ｃｍ−３である。
【００４７】
アンドープＺｎＯ層３５上に、成長温度７００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１２ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＮラジカルビーム（Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ）を同時照射し、絶縁層として窒素ドープＭｇＺｎＯ層３６を厚さ１００ｎｍ成長させる。
【００４８】
図４Ｂを参照する。窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層３６上に、オーミック電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ３１を形成する。レジストパターンＲＰ３１をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層３６及びアンドープＺｎＯ層３５をエッチングして、ｎ型ＺｎＯ層３４を露出させる。
【００４９】
図４Ｃを参照する。レジストパターンＲＰ３１を除去して洗浄を行い、ｎ型ＺｎＯ層３４上に、金属マスクを使用したＥＢ蒸着により、厚さ５０ｎｍのＴｉ層３７ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層３７ｂとを積層して、オーミック電極３７を形成する。
【００５０】
図４Ｄを参照する。有機物電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ３２を形成する。レジストパターンＲＰ３２をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層３６をエッチングして、アンドープＺｎＯ層３５を露出させる。
【００５１】
レジストパターンＲＰ３２は残したまま、ＵＶオゾン洗浄を行った後、スピンコートによりＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを厚さ３０ｎｍ塗布する。リフトオフにより、レジストパターンＲＰ３２及びレジストパターンＲＰ３２上の余分なＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを除去して、アンドープＺｎＯ層３５上に有機物電極３８を形成する。ホットプレートにより２００℃、２０分加熱処理を施す。
【００５２】
図４Ｅを参照する。金属マスクを使用したＥＢ蒸着により、厚さ５０ｎｍのＴｉ層３９ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層３９ｂとを積層して、有機物電極３８上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層３６上にまたがるワイヤーボンディング用金属電極３９を形成する。このようにして、第２実施例の受光素子が作製される。その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第２実施例の受光素子をステム上に接合して、第２実施例の受光装置を作製する。
【００５３】
図４Ｆは、ワイヤーボンディングされた第２実施例の受光素子を示す。第２実施例の受光素子は、有機物電極３８に接続されたワイヤーボンディング用金属電極３９が、Ａｕボール４１を介してＡｕワイヤー４２でステムの一方の電極にワイヤーボンディングされるとともに、オーミック電極３７が、Ａｕボール４３を介してＡｕワイヤー４４でステムの他方の電極にワイヤーボンディングされる。第１実施例と同様に、有機物電極３８に接続されたワイヤーボンディング用金属電極３９の剥離が抑制されている。
【００５４】
図５は、第２実施例の変形例による半導体紫外線受光素子の、ワイヤーボンディング用電極３９近傍を示す概略断面図である。有機物電極３８が絶縁層３６の縁部に乗り上げるように形成されている。このような電極構造とすることもできる。
【００５５】
図６は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のエッチング速度のＭｇ組成ｘに対する依存性を示すグラフである。王水（ＨＮＯ３:ＨＣｌ＝１：３）によるエッチング速度、及びＥＤＴＡ−２Ｎａ:ＥＤＡ＝１０:１混合溶液（ｐＨ＝１０．６）によるエッチング速度を示す。ＥＤＴＡ−２Ｎａはエチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム、ＥＤＡはエチレンジアミンである。これらのエッチャントを用いた場合、Ｍｇ組成ｘの増加によってエッチング速度が減少することがわかる。
【００５６】
図７は、ＩＩ族酸化物であるＺｎＯ、ＭｇＯ、及びＢｅＯの物性をまとめた表である。ＭｇＯ、ＢｅＯは、ＺｎＯに比べて、融点、結合エネルギーが非常に高い。すなわち化学的に安定な物質であると言える。このことから、ＺｎＯとＭｇＯの混晶であるＭｇＺｎＯ結晶は、Ｍｇ組成が高くなるに従い、化学的な安定性が向上し、エッチャントが酸であるかアルカリであるかにかかわらず、エッチング速度が減少したものと推察される。なお、ＢｅＯはウルツ鉱構造であるため、ＺｎＯとＢｅＯとの混晶であるＢｅｘＺｎ１−ｘＯは、Ｂｅ組成ｘが１までウルツ鉱構造である。
【００５７】
図６及び図７より、以下のようなことが言える。ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層上にＭｇｙＺｎ１−ｙＯ（０≦ｙ≦０．６）層を積層する場合、下層のＭｇ組成ｘを、上層のＭｇ組成ｙより大きくすることにより、下層のＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層をエッチングストップ層として機能させることができる。これにより、エッチング加工を容易にすることができる。
【００５８】
同様に、ＺｎＯとＢｅＯとの混晶、ＺｎＯとＭｇＯとＢｅＯとの混晶などでも、Ｂｅ組成、Ｍｇ組成が高くなるに従い、化学的な安定性が向上し、エッチング速度が減少するものと推察される。このことから、下層に、Ｂｅ、Ｍｇ組成の高い層、上層にＢｅ、Ｍｇ組成の低い層を積層することにより、エッチングストップの効果を利用して、エッチング加工を容易にすることができると考えられる。
【００５９】
なお、第１実施例及び第２実施例では、アンドープＺｎＯ層上に窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層を積層した。つまり、下層のＭｇ組成の方が低い積層構造を形成した。このような場合でも、例えば時間制御エッチングにより、上層の窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層を選択的にエッチングすることができる。
【００６０】
第１実施例及び第２実施例では、受光半導体層としてＺｎＯを用いたが、受光半導体層として、ＭｇＺｎＯを用いることもできる。
【００６１】
図８は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のエネルギーギャップとＭｇ組成ｘとの関係を示すグラフである。Ｍｇ組成ｘを０から０．６まで大きくすると、エネルギーギャップは３．３ｅＶ（波長３７６ｎｍ）から４．４ｅＶ（波長２８２ｎｍ）まで大きくなる。エネルギーギャップが大きくなることにより、受光感度波長が短波長側へシフトする。これを利用することにより波長選択が可能となる。
【００６２】
次に、第３実施例によるＺｎＯ系半導体紫外線受光装置について説明する。第３実施例の受光素子は、受光感度波長帯域の異なる２つの受光半導体層を有する。図９Ａ〜図９Ｆは、第３実施例の受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００６３】
図９Ａを参照する。Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板５１上に、成長温度３００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、ＺｎＯバッファー層５２を厚さ３０ｎｍ成長させる。９００℃でアニールを行い、結晶性及び表面平坦性の改善を行う。
【００６４】
ＺｎＯバッファー層５２上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０４ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＭｇＺｎＯ層５３を厚さ約１．５μｍ成長させる。
【００６５】
アンドープＭｇＺｎＯ層５３上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０３ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＭｇＺｎＯ層５４を厚さ約１．５μｍ成長させる。
【００６６】
アンドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層５３のＭｇ組成ｘは０．３６となり、エネルギーギャップは４．０ｅＶとなり、受光感度波長帯域は３１０ｎｍ以下となる。アンドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ層５４のＭｇ組成ｙは０．２４となり、エネルギーギャップは３．７ｅＶとなり、受光感度波長帯域は３３５ｎｍ以下となる。
【００６７】
キャリア濃度は、例えば、ＺｎＯ基板５１が２．１×１０１７ｃｍ−３、アンドープＭｇＺｎＯエピ層５３が１．６×１０１５ｃｍ−３、アンドープＭｇＺｎＯエピ層５４が３．３×１０１５ｃｍ−３である。
【００６８】
アンドープＭｇＺｎＯ層５４上に、成長温度７００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１２ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＮラジカルビーム（Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ）を同時照射し、絶縁層として窒素ドープＭｇＺｎＯ層５５を厚さ１００ｎｍ成長させる。
【００６９】
図９Ｂを参照する。窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５上に、レジストパターンＲＰ５１を形成する。レジストパターンＲＰ５１は、アンドープＭｇＺｎＯ層５３を受光半導体層とする領域を露出する。レジストパターンＲＰ５１をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５及びアンドープＭｇＺｎＯ層５４をエッチングして、アンドープＭｇＺｎＯ層５３を露出させる。その後、レジストパターンＲＰ５１を除去する。
【００７０】
図９Ｃを参照する。アンドープＭｇＺｎＯ層５４を受光半導体層とする領域を露出するレジストパターンＲＰ５２を形成する。レジストパターンＲＰ５２をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５をエッチングして、アンドープＭｇＺｎＯ層５４を露出させる。
【００７１】
図９Ｄを参照する。有機物電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ５３を形成する。ＵＶオゾン洗浄を行った後、スピンコートによりＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを厚さ３０ｎｍ塗布する。リフトオフにより、レジストパターンＲＰ５３及びレジストパターンＲＰ５３上の余分なＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを除去して、アンドープＭｇＺｎＯ層５４上に有機物電極５６Ａを形成し、アンドープＭｇＺｎＯ層５３上に有機物電極５６Ｂを形成する。ホットプレートにより２００℃、２０分加熱処理を施す。
【００７２】
図９Ｅを参照する。金属マスクを使用したＥＢ蒸着により、厚さ５０ｎｍのＴｉ層５７ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層５７ｂとを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極５７Ａ及び５７Ｂを形成する。ワイヤーボンディング用金属電極５７Ａは、有機物電極５６Ａ上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５上にまたがるように形成され、ワイヤーボンディング用金属電極５７Ｂは、有機物電極５６Ｂ上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５上にまたがるように形成される。
【００７３】
そして、ＺｎＯ基板５１の裏面上に、厚さ１０ｎｍのＴｉ層５８ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層５８ｂとを積層して、オーミック電極５８を形成する。このようにして、第３実施例の受光素子が作製される。
【００７４】
第３実施例の受光素子は、受光半導体層をアンドープＺｎＯ層５４とする受光素子部分ＬＳＡと、受光半導体層をアンドープＭｇＺｎＯ層５３とする受光素子部分ＬＳＢとを含む。
【００７５】
ワイヤーボンディング用金属電極５７Ａが、有機物電極５６Ａを介して、アンドープＺｎＯ層５４に電気的に接続され、ワイヤーボンディング用金属電極５７Ｂが、有機物電極５６Ｂを介して、アンドープＭｇＺｎＯ層５３に電気的に接続されている。オーミック電極５８が、アンドープＺｎＯ層５４とアンドープＭｇＺｎＯ層５３の両方に電気的に接続されて、両受光素子部分ＬＳＡ及びＬＳＢで共通である。
【００７６】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第３実施例の受光素子をステム上に接合して、第３実施例の受光装置を作製する。
【００７７】
図９Ｆは、ワイヤーボンディングされた第３実施例の受光素子を示す。オーミック電極５８が、ステムの両受光素子ＬＳＡ及びＬＳＢに共通な電極上にダイボンディングされる。ワイヤーボンディング用金属電極５７Ａが、Ａｕボール６１Ａを介してＡｕワイヤー６２Ａで、ステムの受光素子ＬＳＡ側の電極に接続され、ワイヤーボンディング用金属電極５７Ｂが、Ａｕボール６１Ｂを介してＡｕワイヤー６２Ｂで、ステムの受光素子ＬＳＢ側の電極に接続される。
【００７８】
なお、アンドープＭｇＺｎＯ層５３、アンドープＭｇＺｎＯ層５４、及び窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５の積層構造において、Ｍｇ組成を上層ほど低くなるように調整することにより、上層のエッチング時に直下の層をエッチングストップ層として働かせることができ、エッチング加工が容易になる。つまり、このような観点からは、下層側のＭｇＺｎＯ受光層５３よりも、上層側のＭｇＺｎＯ層５４でＭｇ組成を低くして、上層側のＭｇＺｎＯ層５４の受光感度波長帯域を長波長側に設定する構造が好ましい。
【００７９】
次に、第３実施例の変形例について説明する。一方の受光半導体層をＺｎＯ層（受光感度波長帯域３７６ｎｍ以下）とし、他方の受光半導体層をＭｇ組成ｘ＝０．３１のＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層（受光感度波長帯域３２０ｎｍ以下）とする。
【００８０】
太陽光の紫外線は、ＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）、ＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）、及びＵＶ−Ｃ（２８０ｎｍ以下）に分類されるが、ＵＶ−Ｃはオゾン層で吸収されて地表まで届かないので、通常の紫外線は、実質的にＵＶ−ＡとＵＶ‐Ｂである。
【００８１】
受光半導体層をＺｎＯ層とする一方の受光素子部分は、ＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）及びＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）の測定に適する。一方、受光半導体層をＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層（ｘ＝０．３１）とする他方の受光素子部分は、ＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）の測定に適する。ＵＶ−Ａは、一方の受光素子部分の光電流から、他方の受光素子部分の光電流を引くことで見積もることができ、ＵＶ−Ｂは、他方の受光素子部分の光電流から見積もることができる。
【００８２】
なお、第１実施例〜第３実施例により説明した受光素子において、有機物電極（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）の導電率増加剤として、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を添加して使用したが、エチレングリコールや１‐メチル‐２‐ピロリドン（ＮＭＰ）などの非プロトン性極性溶媒を使用してもよい。
【００８３】
また、有機物電極形成において、スピンコートによりＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを塗布し、リフトオフしてパターン形成したが、スクリーン印刷用の導電性ポリマーを使用して、スクリーン印刷により直接パターン形成してもよい。スクリーン印刷用の導電性ポリマーもポリチオフェン誘導体から形成されている。
【００８４】
次に、第４実施例による、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造のＺｎＯ系トランジスタについて説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃは、第４実施例のトランジスタの主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００８５】
図１０Ａを参照する。ｃ面サファイア基板７１上に、成長温度６５０℃で、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０５ｎｍ／ｓ）とＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射し、極性制御層としてＭｇＯ層７２を厚さ約１０ｎｍ成長させる。
【００８６】
ＭｇＯ層７２上に、成長温度３００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ）及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、ＺｎＯバッファー層７３を厚さ３０ｎｍ成長させる。９００℃でアニールを行い、結晶性及び表面平坦性の改善を行う。
【００８７】
ＺｎＯバッファー層７３上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＺｎＯ層７４を厚さ約１．５μｍ成長させる。
【００８８】
アンドープＺｎＯ層７４上に、成長温度８５０℃〜１０５０℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ〜０．５ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ〜０．１５ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー２００Ｗ〜３００Ｗ）、及びＧａビーム（Ｇａセル温度３５０℃〜４２０℃）を同時照射して、ｎ型ＭｇＺｎＯ層７５を厚さ２０ｎｍ成長させる。アンドープＺｎＯ層７４と、アンドープＺｎＯ層７４に対しバンドギャップの異なるｎ型ＭｇＺｎＯ層７５との界面に、２次元電子ガス層を形成することができる。
【００８９】
ｎ型ＭｇＺｎＯ層７５上に、成長温度７００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１２ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＮラジカルビーム（Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ）を同時照射し、絶縁層として窒素ドープＭｇＺｎＯ層７６を厚さ１００ｎｍ成長させる。
【００９０】
上述した受光素子の実施例と同様に、窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を絶縁層として利用することにより、ＺｎＯ系半導体層と絶縁層とを単一の装置で一貫して作製することができる。
【００９１】
図１０Ｂを参照する。窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層７６上に、ソース電極及びドレイン電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ７１を形成する。レジストパターンＲＰ７１をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層７６をエッチングして、ソース電極及びドレイン電極の形成領域でｎ型ＭｇＺｎＯ層７５を露出させる。その後、レジストパターンＲＰ７１を除去する。
【００９２】
図１０Ｃを参照する。ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ７２を形成する。ＥＢ蒸着により、厚さ１０ｎｍのＮｉ層７７ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層７７ｂとを積層する。リフトオフにより、レジストパターンＲＰ７２及びレジストパターンＲＰ７２上の余分な金属膜を除去して、ソース電極７７Ｓ、ドレイン電極７７Ｄ、及びゲート電極７７Ｇを形成する。このようにして、第４実施例のＺｎＯ系トランジスタが作製される。
【００９３】
窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層７６は、ソース電極７７Ｓとドレイン電極７７Ｄとの間の領域を覆うとともに、ゲート電極７７Ｇとｎ型ＭｇＺｎＯ層７５との間に介在するゲート絶縁膜となる。このようにして、絶縁ゲート電極構造が形成される。
【００９４】
以上説明したように、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）に窒素をドープし、ストイキオメトリ条件からややＯリッチ側の条件で成長させることにより、抵抗率が例えば１０５Ωｃｍ以上程度に高いＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を得ることができる。
【００９５】
例えば受光素子やトランジスタ等のＺｎＯ系半導体素子における絶縁層として、このような高抵抗の窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を利用することができる。ＺｎＯ系半導体層と絶縁層とを単一の装置で一貫して成長させることができる。
【００９６】
上記実験では、ＺｎＯ、あるいは、ＺｎＯとＭｇＯとの混晶であるＭｇＺｎＯを高抵抗化できることを確認した。その他のＩＩ族酸化物、例えば、ＺｎＯとＢｅＯとの混晶、ＢｅＯ、ＺｎＯとＭｇＯとＢｅＯとの混晶等についても、窒素をドープし、ストイキオメトリ条件からややＯリッチ側の条件（例えばＶＩ／ＩＩフラックス比１．０〜１．２の範囲）で成長させることにより、（例えば１０５Ωｃｍ以上程度に）高抵抗化できることが期待されよう。
【００９７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００９８】
１ ＺｎＯ基板
２ ＺｎＯバッファー層
３ アンドープＺｎＯ層
４ 窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層
５ 有機物電極
６ ワイヤーボンディング用金属電極
７ オーミック電極
１１、１３ Ａｕボール
１２ Ａｕワイヤー
２１ ステム
２１ａ、２１ｂ 電極
２２ 銀ペースト
２３ 紫外線透過窓
２４ 容器
３１ サファイア基板
３２ ＭｇＯ層
３３ ＺｎＯバッファー層
３４ ｎ型ＺｎＯ層
３５ アンドープＺｎＯ層
３６ 窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層
３７ オーミック電極
３８ 有機物電極
３９ ワイヤーボンディング用金属電極
４１、４３ Ａｕボール
４２、４４ Ａｕワイヤー
５１ ＺｎＯ基板
５２ ＺｎＯバッファー層
５３、５４ アンドープＭｇＺｎＯ層
５５ 窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層
５６Ａ、５６Ｂ 有機物電極
５７Ａ、５７Ｂ ワイヤーボンディング用金属電極
５８ オーミック電極
６１Ａ、６１Ｂ Ａｕボール
６２Ａ、６２Ｂ Ａｕワイヤー
ＬＳＡ、ＬＳＢ 受光素子部分
７１ サファイア基板
７２ ＭｇＯ層
７３ ＺｎＯバッファー層
７４ アンドープＺｎＯ層
７５ ｎ型ＭｇＺｎＯ層
７６ 窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層
７７Ｓ、７７Ｇ、７７Ｄ ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極
ＲＰ１〜ＲＰ７２ レジストパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法及び半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＺｎＯ等のＩＩ族酸化物半導体は、各種の半導体素子の材料として研究されている。例えば、紫外線透過性を有するＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの有機物導電材料をショットキー電極としてＺｎＯ層上に形成した光起電力型の紫外線センサが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８‐２１１２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は、ＩＩ族酸化物半導体を用いた半導体素子における新規な絶縁層形成技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、（ａ）基板上方に、ＩＩ族酸化物半導体層を成長させる工程と、（ｂ）前記ＩＩ族酸化物半導体層上に、窒素をドープしつつＯリッチ条件での成長を行い抵抗率が１０５Ωｃｍ以上のＩＩ族酸化物絶縁層を成長させる工程とを有する半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
ＩＩ族酸化物半導体層上に配置される絶縁層を、窒素をドープしたＩＩ族酸化物の成長により形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実験で得られた窒素ドープＭｇＺｎＯ層におけるキャリア濃度、窒素濃度、及び抵抗率を、Ｚｎフラックスに対して示したグラフである。
【図２】図２Ａ〜図２Ｄは、第１実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施例の受光装置の全体構造を示す概略断面図である。
【図４−１】図４Ａ〜図４Ｃは、第２実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図４−２】図４Ｄ〜図４Ｆは、第２実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図５】図５は、第２実施例の変形例による半導体紫外線受光素子のワイヤーボンディング用電極近傍を示す概略断面図である。
【図６】図６は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のエッチング速度のＭｇ組成ｘに対する依存性を示すグラフである。
【図７】図７は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、及びＢｅＯの物性をまとめた表である。
【図８】図８は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のエネルギーギャップとＭｇ組成ｘとの関係を示すグラフである。
【図９−１】図９Ａ〜図９Ｃは、第３実施例の受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図９−２】図９Ｄ〜図９Ｆは、第３実施例の受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｃは、第４実施例のトランジスタの主要な製造工程を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層の抵抗率を調べた実験について説明する。結晶成長方法として、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を用いた。Ｚｎ面（＋ｃ面）ＺｎＯ基板上に、ＺｎＯバッファー層を介して、窒素がドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を形成した。
【０００９】
例えば以下のような成長条件で、窒素ドープＭｇＺｎＯ層を形成した。成長温度７００℃、ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ、ＯラジカルソースガンのＯ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、及び、ＮラジカルソースガンのＮ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗを一定とした。そして、ＺｎフラックスＦＺｎを０．０５ｎｍ／ｓ〜０．２８ｎｍ／ｓの範囲で変化させることにより、ＶＩ／ＩＩフラックス比を変化させた。この成長条件例では、得られた窒素ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層のＭｇ組成ｘが０．２であった。
【００１０】
ＺｎＯにＭｇを添加することにより、バンドギャップを広げることができる。ただし、ＺｎＯはウルツ鉱構造（六方晶）で、ＭｇＯは岩塩構造（立方晶）であるため、Ｍｇ組成が高すぎると相分離を起こしてしまう。ＭｇｘＺｎ１−ｘＯのＭｇ組成ｘは、ウルツ鉱構造を保つため０．６以下とするのが好ましい。なお、Ｍｇ組成ｘ＝０も含めることにより、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯという表記に、Ｍｇの添加されていないＺｎＯも含める。
【００１１】
ここで、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）の成長を例として、ＩＩ族酸化物の成長におけるＶＩ／ＩＩフラックス比の定義等について説明する。Ｚｎのフラックス強度をＪＺｎ、Ｍｇのフラックス強度をＪＭｇとし、Ｏラジカルのフラックス強度をＪＯとする。又、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）結晶のＯ終端面へのＺｎの付着のしやすさを示す係数（Ｚｎの付着係数）をＫＺｎ、Ｍｇの付着のしやすさを示す係数（Ｍｇの付着係数）をＫＭｇとし、Ｚｎ終端面へのＯの付着のしやすさを示す係数（Ｏの付着係数）をＫＯとする。
【００１２】
このとき、Ｚｎの付着係数ＫＺｎとフラックス強度ＪＺｎとの積であるＫＺｎ・ＪＺｎは、基板の単位面積に単位時間あたりに付着するＺｎ原子の個数に対応する。Ｍｇの付着係数ＫＭｇとフラックス強度ＪＭｇとの積であるＫＭｇ・ＪＭｇは、基板の単位面積に単位時間あたりに付着するＭｇ原子の個数に対応する。又、Ｏの付着係数ＫＯとフラックス強度ＪＯとの積であるＫＯ・ＪＯは、基板の単位面積あたりに付着するＯ原子の個数に対応する。
【００１３】
ＶＩ／ＩＩフラックス比は、（ＫＺｎ・ＪＺｎ+ＫＭｇ・ＪＭｇ）に対するＫＯ・ＪＯの比である（ＫＯ・ＪＯ）／（ＫＺｎ・ＪＺｎ+ＫＭｇ・ＪＭｇ）と定義される。ＶＩ／ＩＩフラックス比が１より大きい場合をＶＩ族リッチ条件（Ｏリッチ条件）、１に等しい場合をストイキオメトリ条件、１未満である場合をＩＩ族リッチ条件と呼ぶ。
【００１４】
なお、Ｚｎ面での結晶成長においては、基板表面温度８５０℃以下であれば、付着係数ＫＺｎ、ＫＭｇ、及びＫＯを１と見なすことができ、ＶＩ／ＩＩフラックス比をＪＯ／（ＪＺｎ＋ＪＭｇ）と表すことができる。
【００１５】
図１は、上記の成長条件で得られた窒素ドープＭｇＺｎＯ層におけるキャリア濃度、窒素濃度、及び抵抗率を、Ｚｎフラックスに対して示したグラフである。横軸が、ｎｍ／ｓ単位で示したＺｎフラックス（ＦＺｎ）であり、左側の縦軸が、ｃｍ−３単位で示したキャリア濃度及び窒素濃度であり、右側の縦軸が、Ωｃｍ単位で示した抵抗率である。キャリア濃度、窒素濃度、及び抵抗率を、それぞれ、四角、丸、及び菱形のプロットで示す。ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１３ｎｍ／ｓがストイキオメトリ条件（ＫＺｎ・ＪＺｎ+ＫＭｇ・ＪＭｇ＝ＫＯ・ＪＯ）である。なお、ＭｇフラックスＦＭｇは０．０２ｎｍ／ｓである。
【００１６】
抵抗率は、ＶＩ／ＩＩフラックス比によって大きく変化し、ストイキオメトリ条件から少しＶＩ族リッチ（Ｏリッチ）条件側で、１０６Ωｃｍ以上に達し非常に高くなっている。抵抗率が１０５Ωｃｍ以上（より望ましくは１０６Ωｃｍ以上）の層は、実質的に電気的絶縁層として扱うことができる。
【００１７】
抵抗率が１０５Ωｃｍ以上となる範囲は、ＺｎフラックスＦＺｎとしては０．１１ｎｍ／ｓ〜０．１３ｎｍ／ｓであり、ＺｎフラックスとＭｇフラックスを加算したフラックスとしては、ＦＺｎ＋Ｍｇ＝０．１３ｎｍ／ｓ〜０．１５ｎｍ／ｓである。これを、一般化してＶＩ／ＩＩフラックス比の範囲で表すと、１．２〜１．０（１．０より大きく１．２未満）となる。
【００１８】
キャリア濃度は、抵抗率と対応した変化が観測され、抵抗率が１０５Ωｃｍ以上程度に高くなっている範囲では、キャリア濃度が（低くなりすぎて）測定不能であった。
【００１９】
Ｎ濃度は、抵抗率やキャリア濃度のような急激な変化は見られず、Ｚｎフラックス増加に伴い（ＶＩ／ＩＩフラックス比減少に伴い）、増加する傾向が見られる。抵抗率が１０５Ωｃｍ以上程度に高くなっている範囲では、Ｎ濃度は１〜３×１０１９ｃｍ−３程度（１０１８ｃｍ−３以上）となっている。
【００２０】
成長条件の一例として、Ｍｇ組成ｘが０．２となる場合を説明した。Ｍｇ組成ｘは、Ｍｇフラックスを変化させることにより制御することができる。本実験では、Ｚｎフラックス一定の下Ｍｇフラックスを変化させて、Ｍｇ組成ｘを変化させた窒素ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層も作製し、Ｍｇ組成ｘと窒素ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層の抵抗率との関係についても調べた。
【００２１】
得られた抵抗率は、Ｍｇ組成ｘ＝０（つまりＺｎＯ）のとき５．０×１０５Ωｃｍ、Ｍｇ組成ｘ＝０．２のとき５．０×１０６Ωｃｍ、Ｍｇ組成ｘ＝０．３のとき７．０×１０６Ωｃｍであった。このように、Ｍｇ組成を大きくするほど、抵抗率は高くなる傾向があることがわかった。
【００２２】
上述の実験より、以下のようなことが言えるであろう。ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）に窒素をドープし、ストイキオメトリ条件からややＯリッチ側の条件（例えばＶＩ／ＩＩフラックス比１．０〜１．２の範囲）で成長させることにより、抵抗率が例えば１０５Ωｃｍ以上程度に高いＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を得ることができる。なお、Ｍｇフラックスがある程度変化しても、高抵抗が得られるＶＩ／ＩＩフラックス比の範囲は同様であろう。
【００２３】
ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のＭｇ組成ｘを高めるほど、抵抗率は高くなる傾向がある。抵抗率を高めることを容易にする観点からは、Ｍｇ組成ｘは例えば０．１以上とすることが好ましい。
【００２４】
次に、本発明の実施例として、窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を絶縁層に利用したＺｎＯ系半導体素子について説明する。実施例では、ＺｎＯ系半導体層及び絶縁層の成長方法としてＭＢＥを用いる。なお、ＺｎＯ系半導体は、少なくともＺｎとＯとを含む。
【００２５】
まず、第１実施例によるＺｎＯ系半導体紫外線受光装置について説明する。図２Ａ〜図２Ｄは、第１実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００２６】
図２Ａを参照する。Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板１上に、成長温度３００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、ＺｎＯバッファー層２を厚さ３０ｎｍ成長させる。９００℃でアニールを行い、結晶性及び表面平坦性の改善を行う。
【００２７】
ＺｎＯバッファー層２上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＺｎＯ層３を厚さ約１．５μｍ成長させる。ＺｎＯ基板１及びアンドープＺｎＯ層３のキャリア濃度は、それぞれ、例えば３．０×１０１７ｃｍ−３及び５．２×１０１５ｃｍ−３である。
【００２８】
アンドープＺｎＯ層３上に、成長温度７００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１２ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＮラジカルビーム（Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ）を同時照射し、絶縁層として窒素ドープＭｇＺｎＯ層４を厚さ１００ｎｍ成長させる。
【００２９】
このように、窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を絶縁層として利用することにより、ＺｎＯ系半導体層と絶縁層とを単一の装置で一貫して成長させることができる。
【００３０】
ＺｎＯ系半導体エピ層上に形成する絶縁層として、ＳｉＯ膜等をスパッタリングや化学気相堆積（ＣＶＤ）で堆積する方法を比較例とする。実施例の方法は、比較例と比べて、スパッタリング装置やＣＶＤ装置等を必要とせず、また半導体層と絶縁層との界面を清浄に保つことができる。
【００３１】
図２Ｂを参照する。窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４上に、有機物電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ１を形成する。レジストパターンＲＰ１をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４をエッチングして、アンドープＺｎＯ層３を露出させる。
【００３２】
次に、導電性ポリマーによる有機物電極５を形成する。有機物電極５の材料として、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いることができる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、キャリアドーパント兼水分散剤としてポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を含んだ、ポリチオフェン誘導体のポリ３，４‐エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）である。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、導電率増加剤として例えばジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を添加して使用することができる。
【００３３】
レジストパターンＲＰ１は残したまま、ＵＶオゾン洗浄を行った後、スピンコートによりＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを厚さ３０ｎｍ塗布する。リフトオフにより、レジストパターンＲＰ１及びレジストパターンＲＰ１上の余分なＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを除去して、アンドープＺｎＯ層３上に有機物電極５を形成する。ホットプレートにより２００℃、２０分加熱処理を施す。なお、有機物電極５の加熱処理には、真空乾燥炉、クリーンオーブン等を用いてもよい。
【００３４】
有機物電極５は、アンドープＺｎＯ層３に対してショットキー電極を形成するとともに、紫外線透過性である。有機物電極５を透過してアンドープＺｎＯ層３に入射した紫外線により、光起電力が生じる。なお、このような半導体紫外線受光素子では、ショットキー電極を用いることにより、ｎ型半導体層に比べて形成が難しいｐ型半導体層を形成しなくてすむ。
【００３５】
図２Ｃを参照する。有機物電極５上に、ワイヤーボンディング用金属電極６を形成する。ワイヤーボンディング用金属電極６は、有機物電極５上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４上にまたがるように配置され、透光領域を確保するため有機物電極５の一部上を覆い、窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４の上方部分に、ワイヤーボンディング領域となる程度の広い面積を確保する。
【００３６】
ワイヤーボンディング用金属電極６の形成領域に開口を有する金属マスクを用い、電子ビーム（ＥＢ）蒸着により、厚さ１０ｎｍのＴｉ層６ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層６ｂとを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極６を形成する。Ｔｉ層６ａが、絶縁層４との密着層として働く。
【００３７】
そして、ＺｎＯ基板１の裏面上に、厚さ１０ｎｍのＴｉ層７ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層７ｂとを積層して、オーミック電極７を形成する。このようにして、第１実施例の受光素子が作製される。その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第１実施例の受光素子をステム上に接合して、第１実施例の受光装置を作製する。
【００３８】
図２Ｄは、ワイヤーボンディングされた第１実施例の受光素子を示す。Ａｕワイヤー１２の先端を溶融して丸めたＡｕボール１１を、ワイヤーボンディング用金属電極６に接合している。第１実施例の受光素子は、有機物電極５上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層４上にまたがるようにワイヤーボンディング用金属電極６が形成されていることにより、ワイヤーボンディング用金属電極６と有機物電極５との密着性が低くても、ワイヤーボンディング用金属電極６の剥離を抑制して、ワイヤーボンディングを行うことができる。
【００３９】
図３は、第１実施例の受光装置の全体構造を示す概略断面図である。受光素子のオーミック電極７が、ステム２１の一方の電極２１ａ上に銀ペースト２２を介してダイボンディングされている。受光素子のワイヤーボンディング用金属電極６と、ステム２１の他方の電極２１ｂとが、Ａｕボール１１、１３を介してＡｕワイヤー１２でワイヤーボンディングされている。Ａｕボール１１が、絶縁層４の上方部分のワイヤーボンディング用金属電極６上に配置されている。受光素子の上方が、紫外線透過窓２３の形成された容器２４で覆われている。
【００４０】
次に、第２実施例によるＺｎＯ系半導体紫外線受光装置について説明する。第１実施例は、導電性の成長基板を用いたが、第２実施例では、絶縁性の成長基板を用いる。図４Ａ〜図４Ｆは、第２実施例による受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００４１】
図４Ａを参照する。ｃ面サファイア基板３１上に、成長温度６５０℃で、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０５ｎｍ／ｓ）とＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、ＭｇＯ層３２を厚さ約１０ｎｍ成長させる。
【００４２】
ＭｇＯ層３２は、その上に成長させるＺｎＯ系半導体層をＺｎ極性面（＋ｃ面）で成長させる極性制御層となる。なお、無極性単結晶基板上方に成長させるＺｎＯ系半導体層の極性を、ＭｇＯ層を介して制御する技術については、特開２００５‐１９７４１０号公報の「発明を実施するための最良の形態」の欄に説明されている。
【００４３】
ＭｇＯ層３２上に、成長温度３００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ）及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、低温ＺｎＯバッファー層３３を厚さ約３０ｎｍ成長させる。低温ＺｎＯバッファー層３３の成長後、結晶性及び表面平坦性改善のため、９００℃、３０分のアニールを施す。
【００４４】
ＺｎＯバッファー層３３上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＧａビーム（Ｇａセル温度３８０℃）を同時照射して、Ｇａドープｎ型ＺｎＯ層３４を厚さ約２．０μｍ成長させる。
【００４５】
ｎ型ＺｎＯ層３４上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＺｎＯ層３５を厚さ約１．５μｍ成長させる。
【００４６】
ｎ型ＺｎＯ層３４及びアンドープＺｎＯ層３５のキャリア濃度は、それぞれ例えば、９．０×１０１７ｃｍ−３及び９．８×１０１５ｃｍ−３である。
【００４７】
アンドープＺｎＯ層３５上に、成長温度７００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１２ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＮラジカルビーム（Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ）を同時照射し、絶縁層として窒素ドープＭｇＺｎＯ層３６を厚さ１００ｎｍ成長させる。
【００４８】
図４Ｂを参照する。窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層３６上に、オーミック電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ３１を形成する。レジストパターンＲＰ３１をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層３６及びアンドープＺｎＯ層３５をエッチングして、ｎ型ＺｎＯ層３４を露出させる。
【００４９】
図４Ｃを参照する。レジストパターンＲＰ３１を除去して洗浄を行い、ｎ型ＺｎＯ層３４上に、金属マスクを使用したＥＢ蒸着により、厚さ５０ｎｍのＴｉ層３７ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層３７ｂとを積層して、オーミック電極３７を形成する。
【００５０】
図４Ｄを参照する。有機物電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ３２を形成する。レジストパターンＲＰ３２をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層３６をエッチングして、アンドープＺｎＯ層３５を露出させる。
【００５１】
レジストパターンＲＰ３２は残したまま、ＵＶオゾン洗浄を行った後、スピンコートによりＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを厚さ３０ｎｍ塗布する。リフトオフにより、レジストパターンＲＰ３２及びレジストパターンＲＰ３２上の余分なＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを除去して、アンドープＺｎＯ層３５上に有機物電極３８を形成する。ホットプレートにより２００℃、２０分加熱処理を施す。
【００５２】
図４Ｅを参照する。金属マスクを使用したＥＢ蒸着により、厚さ５０ｎｍのＴｉ層３９ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層３９ｂとを積層して、有機物電極３８上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層３６上にまたがるワイヤーボンディング用金属電極３９を形成する。このようにして、第２実施例の受光素子が作製される。その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第２実施例の受光素子をステム上に接合して、第２実施例の受光装置を作製する。
【００５３】
図４Ｆは、ワイヤーボンディングされた第２実施例の受光素子を示す。第２実施例の受光素子は、有機物電極３８に接続されたワイヤーボンディング用金属電極３９が、Ａｕボール４１を介してＡｕワイヤー４２でステムの一方の電極にワイヤーボンディングされるとともに、オーミック電極３７が、Ａｕボール４３を介してＡｕワイヤー４４でステムの他方の電極にワイヤーボンディングされる。第１実施例と同様に、有機物電極３８に接続されたワイヤーボンディング用金属電極３９の剥離が抑制されている。
【００５４】
図５は、第２実施例の変形例による半導体紫外線受光素子の、ワイヤーボンディング用電極３９近傍を示す概略断面図である。有機物電極３８が絶縁層３６の縁部に乗り上げるように形成されている。このような電極構造とすることもできる。
【００５５】
図６は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のエッチング速度のＭｇ組成ｘに対する依存性を示すグラフである。王水（ＨＮＯ３:ＨＣｌ＝１：３）によるエッチング速度、及びＥＤＴＡ−２Ｎａ:ＥＤＡ＝１０:１混合溶液（ｐＨ＝１０．６）によるエッチング速度を示す。ＥＤＴＡ−２Ｎａはエチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム、ＥＤＡはエチレンジアミンである。これらのエッチャントを用いた場合、Ｍｇ組成ｘの増加によってエッチング速度が減少することがわかる。
【００５６】
図７は、ＩＩ族酸化物であるＺｎＯ、ＭｇＯ、及びＢｅＯの物性をまとめた表である。ＭｇＯ、ＢｅＯは、ＺｎＯに比べて、融点、結合エネルギーが非常に高い。すなわち化学的に安定な物質であると言える。このことから、ＺｎＯとＭｇＯの混晶であるＭｇＺｎＯ結晶は、Ｍｇ組成が高くなるに従い、化学的な安定性が向上し、エッチャントが酸であるかアルカリであるかにかかわらず、エッチング速度が減少したものと推察される。なお、ＢｅＯはウルツ鉱構造であるため、ＺｎＯとＢｅＯとの混晶であるＢｅｘＺｎ１−ｘＯは、Ｂｅ組成ｘが１までウルツ鉱構造である。
【００５７】
図６及び図７より、以下のようなことが言える。ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層上にＭｇｙＺｎ１−ｙＯ（０≦ｙ≦０．６）層を積層する場合、下層のＭｇ組成ｘを、上層のＭｇ組成ｙより大きくすることにより、下層のＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層をエッチングストップ層として機能させることができる。これにより、エッチング加工を容易にすることができる。
【００５８】
同様に、ＺｎＯとＢｅＯとの混晶、ＺｎＯとＭｇＯとＢｅＯとの混晶などでも、Ｂｅ組成、Ｍｇ組成が高くなるに従い、化学的な安定性が向上し、エッチング速度が減少するものと推察される。このことから、下層に、Ｂｅ、Ｍｇ組成の高い層、上層にＢｅ、Ｍｇ組成の低い層を積層することにより、エッチングストップの効果を利用して、エッチング加工を容易にすることができると考えられる。
【００５９】
なお、第１実施例及び第２実施例では、アンドープＺｎＯ層上に窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層を積層した。つまり、下層のＭｇ組成の方が低い積層構造を形成した。このような場合でも、例えば時間制御エッチングにより、上層の窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層を選択的にエッチングすることができる。
【００６０】
第１実施例及び第２実施例では、受光半導体層としてＺｎＯを用いたが、受光半導体層として、ＭｇＺｎＯを用いることもできる。
【００６１】
図８は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）のエネルギーギャップとＭｇ組成ｘとの関係を示すグラフである。Ｍｇ組成ｘを０から０．６まで大きくすると、エネルギーギャップは３．３ｅＶ（波長３７６ｎｍ）から４．４ｅＶ（波長２８２ｎｍ）まで大きくなる。エネルギーギャップが大きくなることにより、受光感度波長が短波長側へシフトする。これを利用することにより波長選択が可能となる。
【００６２】
次に、第３実施例によるＺｎＯ系半導体紫外線受光装置について説明する。第３実施例の受光素子は、受光感度波長帯域の異なる２つの受光半導体層を有する。図９Ａ〜図９Ｆは、第３実施例の受光装置の主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００６３】
図９Ａを参照する。Ａｌが添加されたｎ型Ｚｎ面ＺｎＯ（０００１）基板５１上に、成長温度３００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、ＺｎＯバッファー層５２を厚さ３０ｎｍ成長させる。９００℃でアニールを行い、結晶性及び表面平坦性の改善を行う。
【００６４】
ＺｎＯバッファー層５２上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０４ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＭｇＺｎＯ層５３を厚さ約１．５μｍ成長させる。
【００６５】
アンドープＭｇＺｎＯ層５３上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０３ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＭｇＺｎＯ層５４を厚さ約１．５μｍ成長させる。
【００６６】
アンドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層５３のＭｇ組成ｘは０．３６となり、エネルギーギャップは４．０ｅＶとなり、受光感度波長帯域は３１０ｎｍ以下となる。アンドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ層５４のＭｇ組成ｙは０．２４となり、エネルギーギャップは３．７ｅＶとなり、受光感度波長帯域は３３５ｎｍ以下となる。
【００６７】
キャリア濃度は、例えば、ＺｎＯ基板５１が２．１×１０１７ｃｍ−３、アンドープＭｇＺｎＯエピ層５３が１．６×１０１５ｃｍ−３、アンドープＭｇＺｎＯエピ層５４が３．３×１０１５ｃｍ−３である。
【００６８】
アンドープＭｇＺｎＯ層５４上に、成長温度７００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１２ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＮラジカルビーム（Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ）を同時照射し、絶縁層として窒素ドープＭｇＺｎＯ層５５を厚さ１００ｎｍ成長させる。
【００６９】
図９Ｂを参照する。窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５上に、レジストパターンＲＰ５１を形成する。レジストパターンＲＰ５１は、アンドープＭｇＺｎＯ層５３を受光半導体層とする領域を露出する。レジストパターンＲＰ５１をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５及びアンドープＭｇＺｎＯ層５４をエッチングして、アンドープＭｇＺｎＯ層５３を露出させる。その後、レジストパターンＲＰ５１を除去する。
【００７０】
図９Ｃを参照する。アンドープＭｇＺｎＯ層５４を受光半導体層とする領域を露出するレジストパターンＲＰ５２を形成する。レジストパターンＲＰ５２をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５をエッチングして、アンドープＭｇＺｎＯ層５４を露出させる。
【００７１】
図９Ｄを参照する。有機物電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ５３を形成する。ＵＶオゾン洗浄を行った後、スピンコートによりＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを厚さ３０ｎｍ塗布する。リフトオフにより、レジストパターンＲＰ５３及びレジストパターンＲＰ５３上の余分なＰＥＤＯＴ:ＰＳＳを除去して、アンドープＭｇＺｎＯ層５４上に有機物電極５６Ａを形成し、アンドープＭｇＺｎＯ層５３上に有機物電極５６Ｂを形成する。ホットプレートにより２００℃、２０分加熱処理を施す。
【００７２】
図９Ｅを参照する。金属マスクを使用したＥＢ蒸着により、厚さ５０ｎｍのＴｉ層５７ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層５７ｂとを積層して、ワイヤーボンディング用金属電極５７Ａ及び５７Ｂを形成する。ワイヤーボンディング用金属電極５７Ａは、有機物電極５６Ａ上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５上にまたがるように形成され、ワイヤーボンディング用金属電極５７Ｂは、有機物電極５６Ｂ上から窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５上にまたがるように形成される。
【００７３】
そして、ＺｎＯ基板５１の裏面上に、厚さ１０ｎｍのＴｉ層５８ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層５８ｂとを積層して、オーミック電極５８を形成する。このようにして、第３実施例の受光素子が作製される。
【００７４】
第３実施例の受光素子は、受光半導体層をアンドープＺｎＯ層５４とする受光素子部分ＬＳＡと、受光半導体層をアンドープＭｇＺｎＯ層５３とする受光素子部分ＬＳＢとを含む。
【００７５】
ワイヤーボンディング用金属電極５７Ａが、有機物電極５６Ａを介して、アンドープＺｎＯ層５４に電気的に接続され、ワイヤーボンディング用金属電極５７Ｂが、有機物電極５６Ｂを介して、アンドープＭｇＺｎＯ層５３に電気的に接続されている。オーミック電極５８が、アンドープＺｎＯ層５４とアンドープＭｇＺｎＯ層５３の両方に電気的に接続されて、両受光素子部分ＬＳＡ及びＬＳＢで共通である。
【００７６】
その後、ダイボンディング及びワイヤーボンディングにより、第３実施例の受光素子をステム上に接合して、第３実施例の受光装置を作製する。
【００７７】
図９Ｆは、ワイヤーボンディングされた第３実施例の受光素子を示す。オーミック電極５８が、ステムの両受光素子ＬＳＡ及びＬＳＢに共通な電極上にダイボンディングされる。ワイヤーボンディング用金属電極５７Ａが、Ａｕボール６１Ａを介してＡｕワイヤー６２Ａで、ステムの受光素子ＬＳＡ側の電極に接続され、ワイヤーボンディング用金属電極５７Ｂが、Ａｕボール６１Ｂを介してＡｕワイヤー６２Ｂで、ステムの受光素子ＬＳＢ側の電極に接続される。
【００７８】
なお、アンドープＭｇＺｎＯ層５３、アンドープＭｇＺｎＯ層５４、及び窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層５５の積層構造において、Ｍｇ組成を上層ほど低くなるように調整することにより、上層のエッチング時に直下の層をエッチングストップ層として働かせることができ、エッチング加工が容易になる。つまり、このような観点からは、下層側のＭｇＺｎＯ受光層５３よりも、上層側のＭｇＺｎＯ層５４でＭｇ組成を低くして、上層側のＭｇＺｎＯ層５４の受光感度波長帯域を長波長側に設定する構造が好ましい。
【００７９】
次に、第３実施例の変形例について説明する。一方の受光半導体層をＺｎＯ層（受光感度波長帯域３７６ｎｍ以下）とし、他方の受光半導体層をＭｇ組成ｘ＝０．３１のＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層（受光感度波長帯域３２０ｎｍ以下）とする。
【００８０】
太陽光の紫外線は、ＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）、ＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）、及びＵＶ−Ｃ（２８０ｎｍ以下）に分類されるが、ＵＶ−Ｃはオゾン層で吸収されて地表まで届かないので、通常の紫外線は、実質的にＵＶ−ＡとＵＶ‐Ｂである。
【００８１】
受光半導体層をＺｎＯ層とする一方の受光素子部分は、ＵＶ−Ａ（３２０〜４００ｎｍ）及びＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）の測定に適する。一方、受光半導体層をＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層（ｘ＝０．３１）とする他方の受光素子部分は、ＵＶ‐Ｂ（２８０〜３２０ｎｍ）の測定に適する。ＵＶ−Ａは、一方の受光素子部分の光電流から、他方の受光素子部分の光電流を引くことで見積もることができ、ＵＶ−Ｂは、他方の受光素子部分の光電流から見積もることができる。
【００８２】
なお、第１実施例〜第３実施例により説明した受光素子において、有機物電極（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）の導電率増加剤として、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を添加して使用したが、エチレングリコールや１‐メチル‐２‐ピロリドン（ＮＭＰ）などの非プロトン性極性溶媒を使用してもよい。
【００８３】
また、有機物電極形成において、スピンコートによりＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを塗布し、リフトオフしてパターン形成したが、スクリーン印刷用の導電性ポリマーを使用して、スクリーン印刷により直接パターン形成してもよい。スクリーン印刷用の導電性ポリマーもポリチオフェン誘導体から形成されている。
【００８４】
次に、第４実施例による、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造のＺｎＯ系トランジスタについて説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃは、第４実施例のトランジスタの主要な製造工程を示す概略断面図である。
【００８５】
図１０Ａを参照する。ｃ面サファイア基板７１上に、成長温度６５０℃で、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０５ｎｍ／ｓ）とＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射し、極性制御層としてＭｇＯ層７２を厚さ約１０ｎｍ成長させる。
【００８６】
ＭｇＯ層７２上に、成長温度３００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ）及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、ＺｎＯバッファー層７３を厚さ３０ｎｍ成長させる。９００℃でアニールを行い、結晶性及び表面平坦性の改善を行う。
【００８７】
ＺｎＯバッファー層７３上に、成長温度９００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１５ｎｍ／ｓ）、及びＯラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）を同時照射して、アンドープＺｎＯ層７４を厚さ約１．５μｍ成長させる。
【００８８】
アンドープＺｎＯ層７４上に、成長温度８５０℃〜１０５０℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１ｎｍ／ｓ〜０．５ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ〜０．１５ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー２００Ｗ〜３００Ｗ）、及びＧａビーム（Ｇａセル温度３５０℃〜４２０℃）を同時照射して、ｎ型ＭｇＺｎＯ層７５を厚さ２０ｎｍ成長させる。アンドープＺｎＯ層７４と、アンドープＺｎＯ層７４に対しバンドギャップの異なるｎ型ＭｇＺｎＯ層７５との界面に、２次元電子ガス層を形成することができる。
【００８９】
ｎ型ＭｇＺｎＯ層７５上に、成長温度７００℃で、Ｚｎビーム（ＺｎフラックスＦＺｎ＝０．１２ｎｍ／ｓ）、Ｍｇビーム（ＭｇフラックスＦＭｇ＝０．０２ｎｍ／ｓ）、Ｏラジカルビーム（Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ）、及びＮラジカルビーム（Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ）を同時照射し、絶縁層として窒素ドープＭｇＺｎＯ層７６を厚さ１００ｎｍ成長させる。
【００９０】
上述した受光素子の実施例と同様に、窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を絶縁層として利用することにより、ＺｎＯ系半導体層と絶縁層とを単一の装置で一貫して作製することができる。
【００９１】
図１０Ｂを参照する。窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層７６上に、ソース電極及びドレイン電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ７１を形成する。レジストパターンＲＰ７１をマスクとし、酸により窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層７６をエッチングして、ソース電極及びドレイン電極の形成領域でｎ型ＭｇＺｎＯ層７５を露出させる。その後、レジストパターンＲＰ７１を除去する。
【００９２】
図１０Ｃを参照する。ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極の形成領域を露出するレジストパターンＲＰ７２を形成する。ＥＢ蒸着により、厚さ１０ｎｍのＮｉ層７７ａと厚さ５００ｎｍのＡｕ層７７ｂとを積層する。リフトオフにより、レジストパターンＲＰ７２及びレジストパターンＲＰ７２上の余分な金属膜を除去して、ソース電極７７Ｓ、ドレイン電極７７Ｄ、及びゲート電極７７Ｇを形成する。このようにして、第４実施例のＺｎＯ系トランジスタが作製される。
【００９３】
窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層７６は、ソース電極７７Ｓとドレイン電極７７Ｄとの間の領域を覆うとともに、ゲート電極７７Ｇとｎ型ＭｇＺｎＯ層７５との間に介在するゲート絶縁膜となる。このようにして、絶縁ゲート電極構造が形成される。
【００９４】
以上説明したように、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）に窒素をドープし、ストイキオメトリ条件からややＯリッチ側の条件で成長させることにより、抵抗率が例えば１０５Ωｃｍ以上程度に高いＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を得ることができる。
【００９５】
例えば受光素子やトランジスタ等のＺｎＯ系半導体素子における絶縁層として、このような高抵抗の窒素ドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層を利用することができる。ＺｎＯ系半導体層と絶縁層とを単一の装置で一貫して成長させることができる。
【００９６】
上記実験では、ＺｎＯ、あるいは、ＺｎＯとＭｇＯとの混晶であるＭｇＺｎＯを高抵抗化できることを確認した。その他のＩＩ族酸化物、例えば、ＺｎＯとＢｅＯとの混晶、ＢｅＯ、ＺｎＯとＭｇＯとＢｅＯとの混晶等についても、窒素をドープし、ストイキオメトリ条件からややＯリッチ側の条件（例えばＶＩ／ＩＩフラックス比１．０〜１．２の範囲）で成長させることにより、（例えば１０５Ωｃｍ以上程度に）高抵抗化できることが期待されよう。
【００９７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００９８】
１ ＺｎＯ基板
２ ＺｎＯバッファー層
３ アンドープＺｎＯ層
４ 窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層
５ 有機物電極
６ ワイヤーボンディング用金属電極
７ オーミック電極
１１、１３ Ａｕボール
１２ Ａｕワイヤー
２１ ステム
２１ａ、２１ｂ 電極
２２ 銀ペースト
２３ 紫外線透過窓
２４ 容器
３１ サファイア基板
３２ ＭｇＯ層
３３ ＺｎＯバッファー層
３４ ｎ型ＺｎＯ層
３５ アンドープＺｎＯ層
３６ 窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層
３７ オーミック電極
３８ 有機物電極
３９ ワイヤーボンディング用金属電極
４１、４３ Ａｕボール
４２、４４ Ａｕワイヤー
５１ ＺｎＯ基板
５２ ＺｎＯバッファー層
５３、５４ アンドープＭｇＺｎＯ層
５５ 窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層
５６Ａ、５６Ｂ 有機物電極
５７Ａ、５７Ｂ ワイヤーボンディング用金属電極
５８ オーミック電極
６１Ａ、６１Ｂ Ａｕボール
６２Ａ、６２Ｂ Ａｕワイヤー
ＬＳＡ、ＬＳＢ 受光素子部分
７１ サファイア基板
７２ ＭｇＯ層
７３ ＺｎＯバッファー層
７４ アンドープＺｎＯ層
７５ ｎ型ＭｇＺｎＯ層
７６ 窒素ドープＭｇＺｎＯ絶縁層
７７Ｓ、７７Ｇ、７７Ｄ ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極
ＲＰ１〜ＲＰ７２ レジストパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板上方に、ＩＩ族酸化物半導体層を成長させる工程と、
（ｂ）前記ＩＩ族酸化物半導体層上に、窒素をドープしつつＯリッチ条件での成長を行い抵抗率が１０５Ωｃｍ以上のＩＩ族酸化物絶縁層を成長させる工程と
を有する半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）は、ＶＩ／ＩＩフラックス比を１．０より大きく１．２未満として、前記ＩＩ族酸化物絶縁層を成長させる請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記ＩＩ族酸化物半導体層は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）で形成され、前記ＩＩ族酸化物絶縁層は、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ（０≦ｙ≦０．６）で形成される請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ＩＩ族酸化物絶縁層のＭｇ組成ｙが０．１以上である請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩ族酸化物半導体層のＭｇ組成ｘが、前記ＩＩ族酸化物絶縁層のＭｇ組成ｙよりも高く、さらに、
（ｃ）前記ＩＩ族酸化物絶縁層をエッチングする工程
を有する請求項３または４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
基板と、
前記基板上方に形成されたＩＩ族酸化物半導体層と、
前記ＩＩ族酸化物半導体層上に形成され、窒素がドープされて抵抗率が１０５Ωｃｍ以上のＩＩ族酸化物絶縁層と
を有する半導体素子。
【請求項７】
前記ＩＩ族酸化物半導体層は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）で形成され、前記ＩＩ族酸化物絶縁層は、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ（０≦ｙ≦０．６）で形成されている請求項６に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記ＩＩ族酸化物絶縁層は、前記ＩＩ族酸化物半導体層上の第１領域上に形成され、さらに、
前記ＩＩ族酸化物半導体層上の、前記第１領域に隣接する第２領域上に形成された有機物電極と、
前記有機物電極上から前記ＩＩ族酸化物絶縁層上に延在して形成された金属電極と
を有する請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記半導体素子は、絶縁ゲート電極構造を有するトランジスタであり、前記ＩＩ族酸化物絶縁層が、ゲート絶縁膜として用いられる請求項７に記載の半導体素子。
【請求項１０】
さらに、前記ＩＩ族酸化物半導体層の下に配置され、ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ（０≦ｚ≦０．６）で形成され、前記ＩＩ族酸化物半導体層とバンドギャップの異なる、他のＩＩ族酸化物半導体層を有する請求項９に記載の半導体素子。
【請求項１】
（ａ）基板上方に、ＩＩ族酸化物半導体層を成長させる工程と、
（ｂ）前記ＩＩ族酸化物半導体層上に、窒素をドープしつつＯリッチ条件での成長を行い抵抗率が１０５Ωｃｍ以上のＩＩ族酸化物絶縁層を成長させる工程と
を有する半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）は、ＶＩ／ＩＩフラックス比を１．０より大きく１．２未満として、前記ＩＩ族酸化物絶縁層を成長させる請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記ＩＩ族酸化物半導体層は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）で形成され、前記ＩＩ族酸化物絶縁層は、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ（０≦ｙ≦０．６）で形成される請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ＩＩ族酸化物絶縁層のＭｇ組成ｙが０．１以上である請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩ族酸化物半導体層のＭｇ組成ｘが、前記ＩＩ族酸化物絶縁層のＭｇ組成ｙよりも高く、さらに、
（ｃ）前記ＩＩ族酸化物絶縁層をエッチングする工程
を有する請求項３または４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
基板と、
前記基板上方に形成されたＩＩ族酸化物半導体層と、
前記ＩＩ族酸化物半導体層上に形成され、窒素がドープされて抵抗率が１０５Ωｃｍ以上のＩＩ族酸化物絶縁層と
を有する半導体素子。
【請求項７】
前記ＩＩ族酸化物半導体層は、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）で形成され、前記ＩＩ族酸化物絶縁層は、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ（０≦ｙ≦０．６）で形成されている請求項６に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記ＩＩ族酸化物絶縁層は、前記ＩＩ族酸化物半導体層上の第１領域上に形成され、さらに、
前記ＩＩ族酸化物半導体層上の、前記第１領域に隣接する第２領域上に形成された有機物電極と、
前記有機物電極上から前記ＩＩ族酸化物絶縁層上に延在して形成された金属電極と
を有する請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記半導体素子は、絶縁ゲート電極構造を有するトランジスタであり、前記ＩＩ族酸化物絶縁層が、ゲート絶縁膜として用いられる請求項７に記載の半導体素子。
【請求項１０】
さらに、前記ＩＩ族酸化物半導体層の下に配置され、ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ（０≦ｚ≦０．６）で形成され、前記ＩＩ族酸化物半導体層とバンドギャップの異なる、他のＩＩ族酸化物半導体層を有する請求項９に記載の半導体素子。
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図１０】
【図１】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図１０】
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１０２０９３（Ｐ２０１３−１０２０９３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５７５３（Ｐ２０１１−２４５７５３）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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