半導体装置の製造方法
【課題】ＧａＮ基板表面の窒素抜けを抑制し、耐圧の高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、窒化ガリウムを含む半導体層を準備する工程と、半導体層の表面を水素ガスにより処理する表面処理工程と、表面処理工程後の上記表面を酸化する酸化工程とを備える。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、窒化ガリウムを含む半導体層を準備する工程と、半導体層の表面を水素ガスにより処理する表面処理工程と、表面処理工程後の上記表面を酸化する酸化工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、そのバンドギャップがシリコン（Ｓｉ）の約３倍であり、絶縁破壊電界強度はシリコンの約１０倍と高く、また、飽和電子速度もシリコンよりも大きいなど、様々な優れた特性を有している。このような特性から、ＧａＮを用いることにより、従来のＳｉパワーデバイスでは困難であった高耐圧化と、低損失化、すなわち低オン抵抗化との両立が期待できるため、パワーデバイス（電力用半導体素子）への応用が期待されている。そして、上記のようなＧａＮを用いたデバイスの製造工程においては、ＧａＮを含む半導体層の表面に、Ｇａ2Ｏ3を形成する酸化工程を施す場合がある（たとえば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Nakano et al.、“Characteristics of SiO2/n-GaN interfaces with β-Ga2O3 interlayers”、Applied Physics Letters、２００３年１１月、第８３巻、ｐ．４３３６−４３３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、上述のような酸化工程を施す場合、当該酸化工程での導入酸素によりＧａＮ表面には部分的に窒素抜けが発生する。このように窒素抜けが発生した部分は、化学的に非常に不安定であり、また、表面にドナーライクな部分が残るため、当該部分において電流パスが形成されてしまうという問題があった。このような電流パスの形成により、Ｇａ2Ｏ3からなる絶縁膜におけるリーク電流が増大し、当該半導体層を含むデバイスの耐圧が低下することになっていた。
【０００４】
本発明は、上記ＧａＮ基板表面の窒素抜けを抑制し、耐圧の高い半導体装置の製造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】
【０００５】
本発明の半導体装置の製造方法は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体層を準備する工程と、半導体層の表面を水素ガスにより処理する表面処理工程と、表面処理工程後の上記表面を酸化する酸化工程とを備える。このようにすれば、表面処理工程によりＧａＮを含む半導体層の表面層から窒素が除去されることで半導体層の表面がＧａ表面となる。この状態で、酸化工程を実施することにより、半導体層の表面においてＧａ２Ｏ３からなる均一な絶縁膜を形成することができる。つまり、表面処理工程によりあらかじめ半導体層の表面層から窒素が十分に除去されているため、当該表面処理工程を実施せずに酸化工程を実施した場合に起こる、半導体層の表面における局所的な窒素抜けの発生を抑制できる。この結果、局所的な窒素抜けに起因するリーク電流の増大などを抑制できるので、当該絶縁膜を含む半導体装置の耐圧を向上させることができる。
【０００６】
表面処理工程における水素ガス（Ｈ2ガス）は、プラズマ法または熱フィラメント法により活性化されることが好ましい。この場合、水素ガスを十分に活性化することにより、表面処理工程において半導体層の表面から窒素を確実に除去することができる。また、熱フィラメント法を用いて水素ガスを活性化する場合、プラズマ法を用いる場合に比べて半導体層表面に対するダメージ（プラズマダメージ）の発生を防止できる。この結果、半導体層の表面がダメージを受けることに起因する半導体層の表面欠陥を抑制できる。
【０００７】
上記酸化工程は、酸化炉を用いて上記表面を酸化する工程であってもよい。この場合、熱酸化によって高品質な絶縁膜（酸化膜）を形成することができる。
【０００８】
上記半導体装置の製造方法では、酸化工程が過酸化水素を含む溶液により上記表面を酸化する工程であってもよい。この場合、絶縁膜（酸化膜）を形成する酸化工程の処理時間を、半導体層の上記溶液に対する浸漬および取出しのタイミングを制御することにより正確に制御することができる。この結果、酸化膜の膜厚を正確に制御することができる。
【０００９】
上記表面処理工程と上記酸化工程とは、同一の反応室において行なうことが好ましい。この場合、同一の反応室において表面処理工程と酸化工程とを連続して実施することができる。したがって、半導体装置の製造工程に要する時間を短縮することができる。また、表面処理工程において処理された半導体層の表面が外気に触れることなく酸化処理を受けるため、表面処理工程により窒素が除去された（脱窒化処理された）半導体層の表面を維持したまま酸化工程を容易に実施できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、ＧａＮを含む半導体層を酸化する前にその表面を水素ガスにより処理するので、ＧａＮを含む半導体層表面に形成される絶縁膜と半導体層との界面のリーク電流を抑制することができる。その結果、当該絶縁膜を含む半導体装置の耐圧を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示し、その説明は繰返さない。
【００１２】
＜半導体装置の製造方法＞
本発明による半導体装置の製造方法は、ＧａＮを含む半導体層を準備する工程と、半導体層の表面を水素（Ｈ2）ガスにより処理する表面処理工程と、表面処理工程後の上記表面を酸化する酸化工程とを含む。本発明の製造方法には、上記工程を含む限り、たとえば、公知の半導体装置の製造におけるゲート電極の形成などその他の工程を含めることができる。
【００１３】
＜半導体層を準備する工程＞
本発明による半導体層を準備する工程は、処理対象物としてのＧａＮを含む半導体層を準備する工程である。準備する半導体層としては、たとえばＧａＮあるいはＧａＮとは異なる材料からなる基板の表面上に形成された、ＧａＮを主成分とするエピタキシャル層を用いることができる。また、ＧａＮからなる基板を上述した半導体層として準備してもよい。
【００１４】
＜表面処理工程＞
本発明における表面処理工程は、ＧａＮを含む半導体層の表面をＨ2ガスにより処理する工程である。この表面処理工程において表面処理の施される領域は、たとえば、半導体層の最表面から１ｎｍ〜１μｍ程度の深さであり、より好ましくは半導体層の最表面から１ｎｍ〜１００ｎｍの領域を表面処理することが好ましい。本発明の表面処理工程により、上記範囲に含まれるＧａＮの窒素を除去することができ、半導体層の最表面をＧａにより形成されたものとすることができる。そのため、半導体層表面の部分的な窒素抜けの問題を著しく改善できる。なお、表面処理に用いるガスとしては、Ｈ2ガスのように、還元作用のあるガスであって、ガリウム（Ｇａ）よりも窒素（Ｎ）との結合性の強いガスであれば、本発明と同様の効果を期待できる。
【００１５】
＜Ｈ2ガス＞
半導体層表面を処理するＨ2ガスについては、半導体層表面の窒素を確実に除去するために、プラズマ法または熱フィラメント法により活性化されることが好ましい。
【００１６】
＜プラズマ法＞
上記Ｈ2ガスを活性化させるプラズマ法としては、平行平板を用いる方法などの従来公知の方法を適用することができる。半導体層表面の窒素除去を確実にするために、プラズマ発生条件は、たとえば、Ｈ2ガス流量を２０ｓｃｃｍ以上４０ｓｃｃｍ以下（２５℃）、ガス圧を２Ｐａ以上１０Ｐａ以下とし、電源により１００Ｗ〜２００Ｗの電流を平行平板に印加することが望ましい。
【００１７】
上記のような条件で発生させたプラズマ雰囲気下にＧａＮを含む半導体層を設置する。半導体層を上記Ｈ2ガスによるプラズマに曝す時間は、対象とする半導体層の形状（平面形状や厚み）および窒素を除去する表面層の深さにもよるが、たとえば１時間〜４時間程度であれば、上記のように半導体層表面の窒素を除去することができる。
【００１８】
プラズマ法においては、半導体層表面にプラズマダメージによる損傷発生部（たとえば絶縁破壊される電圧が低い部分（耐圧が低い部分））が形成されたり、ダングリングボンドなどが発生したりする可能性もある。そのため、半導体装置としてより高い耐圧が求められる場合は、表面処理工程において後述の熱フィラメント法を適用することが望ましい。
【００１９】
＜熱フィラメント法＞
Ｈ2ガスを活性化させる方法としては、触媒化学気相成長（Ｃａｔ−ＣＶＤ）装置を用いる熱フィラメント法を適用することもできる。Ｃａｔ−ＣＶＤ法は、一般に、原料ガスを加熱した触媒体に接触させて、その表面において接触分解反応を起こさせてガスを分解し、この分解により生成した分解種を反応雰囲気よりも低温に保持された基板に接触させて基板表面に目的とする絶縁膜を堆積させる方法であるが、本発明においては原料ガスとしてＨ2を用いることで、半導体層の表面処理を行なう。このような熱フィラメント法を用いた場合は、プラズマダメージは発生しないので、耐圧が低い部分の形成が十分に抑制され、またダングリングボンドの発生がほとんどない状態で、半導体層表面を処理することができる。この結果、酸化工程により半導体層表面に優れた膜質の絶縁膜を形成できる。
【００２０】
熱フィラメント法としては、Ｃａｔ−ＣＶＤ法など従来公知の装置による方法を用いることができる。図１にＣａｔ−ＣＶＤ法に用いられる装置（以下、Ｃａｔ−ＣＶＤ装置という）の一例の概略図を示す。図１に示すようにＣａｔ−ＣＶＤ装置１は、処理対象であるＧａＮを含むエピタキシャル層などの半導体層が表面に形成された基板２を保持するための基板ホルダ３と、処理ガスを装置内に供給するためのガス供給部４と、供給されたガスを活性化するための加熱触媒体５（熱フィラメント）と、ガスを排気するためのガス排気部８とを備える。加熱触媒体５には、ガスを活性化するために加熱触媒体５を所望の温度に加熱できるよう電源６が接続されている。ガス供給部４の底面は、多数の孔が設けられているなど、供給されたガス７がＣａｔ−ＣＶＤ装置１内に十分拡散する構造を有する。また、基板ホルダ３は、基板２を加熱する加熱機構と、ガス７の活性化に用いる加熱触媒体５からの輻射熱による基板２の温度上昇を抑制する冷却機構などの温度制御機構が設けられており、基板２を所望の温度条件に維持できるよう設定されている。ガス供給部４から供給されたガス７は、加熱触媒体５により活性化され、基板２表面の処理に供される。なお、基板２は図１の両矢印の経路を介して基板ホルダ３上に搬送される。
【００２１】
熱フィラメント法による表面処理条件は特に限定されるものではないが、上記プラズマ法と同様に、半導体層表面の窒素除去を確実に行なうために、Ｈ2ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下（２５℃）とし、ガス圧１０Ｐａ以上３０Ｐａ以下の条件でガスを供給し、加熱触媒体５の温度を１２００℃以上１７００℃以下に設定し、基板ホルダ３の温度を２００℃以上４００℃以下に設定した条件で行なうことが望ましい。
【００２２】
＜酸化工程＞
酸化工程は、上記のような表面処理工程により表面の窒素が除去された半導体層の表面を酸化する工程である。この酸化工程は、従来公知の密閉可能な酸化炉を用いて行なうことができる。酸化炉を用いた場合の酸化工程は大気圧下で行なうことができる。また、加圧条件とする場合は、大気圧下に比べて半導体層側面部分などからの不必要な窒素抜けを抑制できる。具体的には、大気圧の１倍〜１．１倍程度の圧力雰囲気下とすることが好ましい。
【００２３】
酸化炉を用いる場合の酸化条件は、たとえば、酸素（Ｏ2）ガス流量を１ｓｌｍ以上２ｓｌｍ以下とし、酸化炉内の雰囲気温度を９００℃に設定して、上記半導体層（たとえば半導体層が表面に形成された基板）を５時間、Ｏ2ガスで酸化処理する。なお、酸化条件は酸化炉の規模などに合わせて適宜変更すればよい。このような酸化処理により、半導体層の表面側にＧａ2Ｏ3を形成することができる。
【００２４】
また、本発明における酸化工程としては、過酸化水素を含む溶液により半導体層の表面を酸化する工程とすることもできる。この場合、上記表面処理工程によりその表面が脱窒素処理されＧａとなった半導体層を、過酸化水素を含む溶液に浸漬することにより、半導体層表面にＧａ2Ｏ3を形成することができる。浸漬時間は特に限定されず、１時間〜２時間浸漬すればよいが、これ以上の時間浸漬してもよい。過酸化水素を含む溶液は、たとえば市販の３０％過酸化水素水や、ＳＰＭ（sulfuric acid hydrogen peroxide mixture）（たとえば過酸化水素（濃度３０％）と硫酸（含有率９６％）とを体積比で１：５として調整した溶液）などを例示することができる。このように、過酸化水素を含む溶液により半導体層の表面を酸化する場合は、常温または加熱条件下での処理が可能となる。このような過酸化水素を含む溶液により酸化工程を実施すれば、半導体層の当該溶液に対する浸漬時間や温度条件を制御することで、半導体層の表面に形成される酸化膜（絶縁膜）の膜厚を正確に制御することができる。
【００２５】
このような酸化工程は、上記表面処理工程と連続する工程であり、表面処理工程終了後、酸化工程を開始するまでの時間は数時間以内とすることが好ましく、より好ましくは１時間以内である。酸化工程を表面処理工程に連続させて行なうことで、表面処理工程により脱窒化処理された表面を維持したまま半導体層を酸化工程に供することができる。
【００２６】
また、酸化工程は、上記表面処理工程と同一の反応室において行なわれることが好ましい。本発明において、同一の反応室において行なわれるとは、表面処理工程においてＨ2ガスにより表面を処理した半導体層を外気に接触させることなく、次いで酸化工程を行なうことをいう。このように同一の反応室において表面処理工程と酸化工程とを行なう場合は、表面処理工程により脱窒化処理された表面を維持しやすく、また、製造効率を向上させることができる。さらに、表面処理工程と酸化工程とを同一の反応室において行なう場合、装置の構成を簡略化できる。
【００２７】
＜半導体装置＞
上記酸化工程により表面にＧａ2Ｏ3が形成された半導体層を用いて、従来公知の方法により半導体装置を提供することができる。上記本発明における表面処理工程および酸化工程を施した半導体層を用いた場合は、半導体層と絶縁膜との界面のリーク電流が十分に抑制され、耐圧の高い半導体装置とすることができる。以下、図面を参照しながら本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態であるショットキーバリアダイオードの製造方法を説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図２〜図８は、本発明による半導体装置の製造方法の実施の形態１を説明するための模式図である。図２〜図８には、半導体装置としてのショットキーバリアダイオードの製造方法の一例が示されている。以下、図２〜図８を参照して、本発明による半導体装置の製造方法の実施の形態１を説明する。
【００２９】
まず、ＧａＮ基板２を準備する。このＧａＮ基板２としては、任意の製造方法で形成された基板を用いることができるが、たとえばＨＶＰＥ法で作製された（０００１）面のＧａＮ基板２を準備する。なお、このＧａＮ基板２における平均転位密度は１×１０８ｃｍ-2以下とすることが好ましい。なお、転位密度は、たとえばエッチングにより形成されるピットの個数を、エッチングを行なった基板の面積で割るという方法によって測定することができる。エッチングはたとえば溶融ＫＯＨを用いて行なえばよい。
【００３０】
次に、ＧａＮを含む半導体層を準備する工程として、ＧａＮ基板２の主表面上にＧａＮエピタキシャル層９を任意の方法で形成する。この結果、図２に示すような構造を得る。ＧａＮエピタキシャル層９の形成方法としては、任意の方法を用いることができ、たとえば有機金属気相成長法（Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy：ＯＭＶＰＥ法）を例示することができる。
【００３１】
次に、表面処理工程として、このように形成したＧａＮエピタキシャル層９の表面について、上記本発明の方法によりＨ2ガスによる表面処理を行なう。具体的には、ＧａＮ基板２上に形成されたＧａＮエピタキシャル層９表面に上述のようなＣａｔ−ＣＶＤ装置を用いて、熱フィラメント法により活性化されたＨ２ガスにより脱窒素処理を行なう。処理の条件としては、たとえば、Ｈ2ガス流量５０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下（２５℃）、加熱触媒体温度を１２００℃以上１７００℃以下とし、基板ホルダの温度を２００℃以上４００℃以下に保ち、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で、処理時間を１時間とした条件を用いることができる。この結果、ＧａＮエピタキシャル層９の表面から窒素が除去される。
【００３２】
次に、酸化工程として、図３に示すようにＧａＮエピタキシャル層９の表面上に酸化膜１０を形成する。酸化膜１０の製造方法としては上記のように酸化炉による酸化または過酸化水素を含む溶液を用いて酸化することが好ましい。具体的には、酸化炉による酸化工程として、Ｏ2ガス流量を１ｓｍｌ以上２ｓｍｌ以下とし、９００℃に設定された酸化炉内に上記表面処理を行なったＧａＮエピタキシャル層９を備えるＧａＮ基板２を５時間放置し、ＧａＮエピタキシャル層９表面にＧａ2Ｏ3膜を形成させる。この結果、図３に示すような構造を得る。
【００３３】
次に、図４に示すように、ＧａＮ基板２の裏面（ＧａＮ基板２においてＧａＮエピタキシャル層９が形成された表面と反対側の表面）上にオーミック電極１１を形成する。なお、このオーミック電極１１を形成する工程に先立って、ＧａＮ基板２の少なくとも裏面を洗浄することが好ましい。この洗浄方法としては、たとえば有機洗浄と塩酸洗浄とを組み合わせて実施してもよい。
【００３４】
オーミック電極１１としては、単一の材料からなる電極を形成してもよいが、複数の導電体を積層した積層構造を有するオーミック電極１１を形成してもよい。たとえば、オーミック電極１１として、ＧａＮ基板２側からチタン／アルミニウム／チタン／金というように導電体としての金属層を積層した構造としてもよい。これらの金属層は電子線蒸着法（ＥＢ蒸着法）など任意の方法を用いて形成することができる。この結果、図４に示すような構造を得る。
【００３５】
次に、ショットキー電極を形成する。具体的には、酸化膜１０上にフォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成する（図示せず）。レジスト膜には、酸化膜１０においてショットキー電極１３（図８参照）が配置されるべき開口部を形成する領域上に開口パターンが形成されている膜を用いる。
【００３６】
そして、レジスト膜をマスクとして用いて、酸化膜１０をエッチングにより部分的に除去する。この結果、図５に示すように、酸化膜１０において開口部が形成される。
【００３７】
図５に示した構造においては、酸化膜１０における開口部の側壁がＧａＮエピタキシャル層９の上部表面に対して傾斜している。この傾斜はその傾斜角θ（酸化膜１０の開口部の側壁とＧａＮエピタキシャル層９の上部表面とのなす角）は、たとえば０．１°以上６０°以下とすることが好ましく、より好ましくは１°以上４５°以下である。また、当該傾斜角θを１°以上２２°以下とすることがさらに好ましく、特に好ましくは１°以上１１°以下である。このように傾斜角θを有する構造とすることにより、酸化膜１０における開口部の底壁端部における電極の角部の角度を鈍角となるので、電界集中を緩和することができる。
【００３８】
このような傾斜角θを形成させるためには、上記酸化膜１０のエッチングとしてウエットエッチングを用い、当該ウエットエッチングの条件を調整することによって実施することができる。このようなウエットエッチング条件の調整を含むエッチングの一例としては、以下のような工程を用いることができる。まず、酸化膜１０の上部表面をアセトンとイソプロピルアルコールの混合溶液により洗浄する。次に、ＧａＮエピタキシャル層９および酸化膜１０が形成されたＧａＮ基板２に対して、加熱温度１２０℃で２分間の脱水ベーク処理を行なう。その後、酸化膜１０の表面にレジスト（ポジレジスト）を塗布する。さらに、レジストに対して、加熱温度１１０℃で２分のプリベーク処理を行なう。その後、公知の方法により露光・現像処理を行ない、開口部を有するレジスト膜を形成する。さらに、このレジスト膜に対して、加熱温度１３０℃で２分間のポストベーク処理を行ない、レジスト膜をマスクとして、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングにより酸化膜１０を部分的に除去する。このＢＨＦとしては、たとえば１０％のＢＨＦ（ＢＨＦ１１０、ダイキン工業（株）製）を用いることができる。このようにして、酸化膜１０に側壁が傾斜した開口部を形成することができる（図５参照）。
【００３９】
なお、上述した開口部を形成する工程において、現像処理後のポストベーク処理を行なわず、そのままウエットエッチングを行なう場合には、傾斜角θをより小さくする（たとえば傾斜角θを１１°以下にする）ことができる。これは、ポストベーク処理を省略した場合、レジスト膜と酸化膜との密着性が向上しないので、ウエットエッチングにおける開口部の側壁のエッチングが、ポストベーク処理を行なう場合に比べてより促進されるためである。
【００４０】
次に、図６に示すように、エッチングした酸化膜１０上にレジスト膜１２を形成する。このレジスト膜１２は、後述のショットキー電極を除去（リフトオフ）するために設ける膜である。レジスト膜１２の形成方法は、レジストを塗布した後に、公知の方法により露光・現像処理を行ない図６に示すような形状を有するレジスト膜１２を形成する。レジスト膜１２の形状はショットキー電極の形状に合わせて任意のものとすることができる。
【００４１】
次に、図７に示すように、ショットキー電極となるべき導電膜１３を形成する。この導電膜１３としては、金などのショットキー特性の良好な材料を用いることができる。導電膜１３の形成方法としては、任意の方法を用いることができ、たとえばＥＢ蒸着法などを例示することができる。なお、上述した導電膜１３を形成する工程に先立って、上記開口部において露出しているＧａＮエピタキシャル層９の表面を、塩酸などを用いて洗浄する工程を実施してもよい。
【００４２】
次に、レジスト膜１２を除去することにより、レジスト膜１２上に形成されていた導電膜１３を同時に除去する（リフトオフ）。この結果、図８に示すように、開口部の内部に導電膜１３が残り、該導電膜１３がショットキー電極として機能する。このような工程により半導体装置を製造することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
本実施の形態２においては、上述した表面処理工程において、プラズマ法によりＨ2ガスの活性化を行なう場合の半導体装置の製造方法について説明する。
【００４４】
上記実施の形態１と同様の工程により、ＧａＮエピタキシャル層９が形成されたＧａＮ基板２を準備し、このＧａＮエピタキシャル層９の表面に本発明における表面処理を施す。たとえば、平行平板を用いたプラズマ発生装置において、Ｈ2ガス流量を２０ｓｃｃｍ以上４０ｓｃｃｍ以下（２５℃）、ガス圧を２Ｐａ以上１０Ｐａ以下とし、電源により１００〜２００Ｗの電流を平行平板に印加してＨ2ガスを活性化し、ＧａＮエピタキシャル層９の表面処理を行なう。表面処理の時間はたとえば１時間とすればよい。
【００４５】
次に、酸化工程として、上記表面処理したＧａＮエピタキシャル層９の表面を上記実施の形態１と同様の工程により酸化してＧａ2Ｏ3膜を形成する。このとき、上記表面処理工程を行なった処理室において、引き続き上記酸化工程を行なうようにしてもよい。この場合、上記表面処理工程と上記酸化工程とを別の装置により行なう場合より、半導体装置の製造工程に要する時間を短縮することができる。その後、図４〜図８を参照して説明した上記実施の形態１の工程と同様の工程を実施することにより、図８に示すような半導体装置を得ることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
本実施の形態３においては、実施の形態１または実施の形態２と同様の方法により表面処理工程を行なった後、上述した酸化工程において、過酸化水素を含む溶液により酸化処理を行なう場合の半導体の製造方法について説明する。
【００４７】
上記実施の形態１と同様の工程により、ＧａＮエピタキシャル層９が形成されたＧａＮ基板２を準備し、このＧａＮエピタキシャル層９の表面に実施の形態１または実施の形態２と同様の方法により表面処理を施した。さらに、反応室が室温になった後で、過酸化水素を含む溶液にＧａＮエピタキシャル層９が形成されたＧａＮ基板２を浸漬し、ＧａＮエピタキシャル層９の表面に絶縁膜としてのＧａ2Ｏ3膜を形成する。この結果、図３に示すような構造を得る。このとき、たとえば、互いに連結された２つの反応室を備えた装置を用いることによって、表面処理工程と酸化工程との反応条件をそれぞれ任意に設定することができる。また、そのような構成の装置を用いる場合は、表面処理を行なったＧａＮエピタキシャル層９を外気に触れさせることなく酸化工程に供することが可能となる。
【００４８】
なお、ＧａＮエピタキシャル層９の表面のみにＧａ2Ｏ3膜を形成するため、たとえばＧａＮエピタキシャル層９の表面以外の部分（ＧａＮ基板２においてＧａＮエピタキシャル層９が形成された表面と反対側の裏面など）に被覆膜を形成しておいてもよい。当該被覆膜の材料としては、過酸化水素を含む溶液に対する耐性を有していれば、任意の材料を用いることができる。
【００４９】
上述した酸化工程の後、図４〜図８を参照して説明した上記実施の形態１の工程と同様の工程を実施することにより、図８に示すような半導体装置を得ることができる。
【００５０】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、上述した実施の形態では半導体装置としてショットキーバリアダイオードを例にして説明したが、本発明は、半導体層の表面に絶縁膜（酸化膜）が形成された構成を備える半導体装置であれば任意の半導体装置に適用することができる。たとえば、本発明をＭＩＳ−ＦＥＴの製造方法などに適用することができる。
【００５１】
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。本発明の範囲は上記した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。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】Ｃａｔ−ＣＶＤ装置の一例の概略を示す図である。
【図２】半導体装置の製造工程において、ＧａＮ基板上にＧａＮエピタキシャル層が形成された状態を示す模式図である。
【図３】半導体装置の製造工程において、ＧａＮエピタキシャル層上に酸化膜が形成された状態を示す模式図である。
【図４】半導体装置の製造工程において、ＧａＮ基板裏面にオーミック電極が形成された状態を示す模式図である。
【図５】半導体装置の製造工程において、酸化膜上に開口部が形成された状態を示す模式図である。
【図６】半導体装置の製造工程において、酸化膜上にレジスト膜が形成された状態を示す模式図である。
【図７】半導体装置の製造工程において、レジスト膜上に導電膜が形成された状態を示す模式図である。
【図８】半導体装置の製造工程において、レジスト膜がリフトオフされた状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ Ｃａｔ−ＣＶＤ装置、２ ＧａＮ基板、３ 基板ホルダ、４ ガス供給部、５ 加熱触媒体、６ 電源、７ ガス、８ ガス排気部、９ ＧａＮエピタキシャル層、１０ 酸化膜、１１ オーミック電極、１２ レジスト膜、１３ 導電膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、そのバンドギャップがシリコン（Ｓｉ）の約３倍であり、絶縁破壊電界強度はシリコンの約１０倍と高く、また、飽和電子速度もシリコンよりも大きいなど、様々な優れた特性を有している。このような特性から、ＧａＮを用いることにより、従来のＳｉパワーデバイスでは困難であった高耐圧化と、低損失化、すなわち低オン抵抗化との両立が期待できるため、パワーデバイス（電力用半導体素子）への応用が期待されている。そして、上記のようなＧａＮを用いたデバイスの製造工程においては、ＧａＮを含む半導体層の表面に、Ｇａ2Ｏ3を形成する酸化工程を施す場合がある（たとえば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Nakano et al.、“Characteristics of SiO2/n-GaN interfaces with β-Ga2O3 interlayers”、Applied Physics Letters、２００３年１１月、第８３巻、ｐ．４３３６−４３３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、上述のような酸化工程を施す場合、当該酸化工程での導入酸素によりＧａＮ表面には部分的に窒素抜けが発生する。このように窒素抜けが発生した部分は、化学的に非常に不安定であり、また、表面にドナーライクな部分が残るため、当該部分において電流パスが形成されてしまうという問題があった。このような電流パスの形成により、Ｇａ2Ｏ3からなる絶縁膜におけるリーク電流が増大し、当該半導体層を含むデバイスの耐圧が低下することになっていた。
【０００４】
本発明は、上記ＧａＮ基板表面の窒素抜けを抑制し、耐圧の高い半導体装置の製造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】
【０００５】
本発明の半導体装置の製造方法は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体層を準備する工程と、半導体層の表面を水素ガスにより処理する表面処理工程と、表面処理工程後の上記表面を酸化する酸化工程とを備える。このようにすれば、表面処理工程によりＧａＮを含む半導体層の表面層から窒素が除去されることで半導体層の表面がＧａ表面となる。この状態で、酸化工程を実施することにより、半導体層の表面においてＧａ２Ｏ３からなる均一な絶縁膜を形成することができる。つまり、表面処理工程によりあらかじめ半導体層の表面層から窒素が十分に除去されているため、当該表面処理工程を実施せずに酸化工程を実施した場合に起こる、半導体層の表面における局所的な窒素抜けの発生を抑制できる。この結果、局所的な窒素抜けに起因するリーク電流の増大などを抑制できるので、当該絶縁膜を含む半導体装置の耐圧を向上させることができる。
【０００６】
表面処理工程における水素ガス（Ｈ2ガス）は、プラズマ法または熱フィラメント法により活性化されることが好ましい。この場合、水素ガスを十分に活性化することにより、表面処理工程において半導体層の表面から窒素を確実に除去することができる。また、熱フィラメント法を用いて水素ガスを活性化する場合、プラズマ法を用いる場合に比べて半導体層表面に対するダメージ（プラズマダメージ）の発生を防止できる。この結果、半導体層の表面がダメージを受けることに起因する半導体層の表面欠陥を抑制できる。
【０００７】
上記酸化工程は、酸化炉を用いて上記表面を酸化する工程であってもよい。この場合、熱酸化によって高品質な絶縁膜（酸化膜）を形成することができる。
【０００８】
上記半導体装置の製造方法では、酸化工程が過酸化水素を含む溶液により上記表面を酸化する工程であってもよい。この場合、絶縁膜（酸化膜）を形成する酸化工程の処理時間を、半導体層の上記溶液に対する浸漬および取出しのタイミングを制御することにより正確に制御することができる。この結果、酸化膜の膜厚を正確に制御することができる。
【０００９】
上記表面処理工程と上記酸化工程とは、同一の反応室において行なうことが好ましい。この場合、同一の反応室において表面処理工程と酸化工程とを連続して実施することができる。したがって、半導体装置の製造工程に要する時間を短縮することができる。また、表面処理工程において処理された半導体層の表面が外気に触れることなく酸化処理を受けるため、表面処理工程により窒素が除去された（脱窒化処理された）半導体層の表面を維持したまま酸化工程を容易に実施できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、ＧａＮを含む半導体層を酸化する前にその表面を水素ガスにより処理するので、ＧａＮを含む半導体層表面に形成される絶縁膜と半導体層との界面のリーク電流を抑制することができる。その結果、当該絶縁膜を含む半導体装置の耐圧を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示し、その説明は繰返さない。
【００１２】
＜半導体装置の製造方法＞
本発明による半導体装置の製造方法は、ＧａＮを含む半導体層を準備する工程と、半導体層の表面を水素（Ｈ2）ガスにより処理する表面処理工程と、表面処理工程後の上記表面を酸化する酸化工程とを含む。本発明の製造方法には、上記工程を含む限り、たとえば、公知の半導体装置の製造におけるゲート電極の形成などその他の工程を含めることができる。
【００１３】
＜半導体層を準備する工程＞
本発明による半導体層を準備する工程は、処理対象物としてのＧａＮを含む半導体層を準備する工程である。準備する半導体層としては、たとえばＧａＮあるいはＧａＮとは異なる材料からなる基板の表面上に形成された、ＧａＮを主成分とするエピタキシャル層を用いることができる。また、ＧａＮからなる基板を上述した半導体層として準備してもよい。
【００１４】
＜表面処理工程＞
本発明における表面処理工程は、ＧａＮを含む半導体層の表面をＨ2ガスにより処理する工程である。この表面処理工程において表面処理の施される領域は、たとえば、半導体層の最表面から１ｎｍ〜１μｍ程度の深さであり、より好ましくは半導体層の最表面から１ｎｍ〜１００ｎｍの領域を表面処理することが好ましい。本発明の表面処理工程により、上記範囲に含まれるＧａＮの窒素を除去することができ、半導体層の最表面をＧａにより形成されたものとすることができる。そのため、半導体層表面の部分的な窒素抜けの問題を著しく改善できる。なお、表面処理に用いるガスとしては、Ｈ2ガスのように、還元作用のあるガスであって、ガリウム（Ｇａ）よりも窒素（Ｎ）との結合性の強いガスであれば、本発明と同様の効果を期待できる。
【００１５】
＜Ｈ2ガス＞
半導体層表面を処理するＨ2ガスについては、半導体層表面の窒素を確実に除去するために、プラズマ法または熱フィラメント法により活性化されることが好ましい。
【００１６】
＜プラズマ法＞
上記Ｈ2ガスを活性化させるプラズマ法としては、平行平板を用いる方法などの従来公知の方法を適用することができる。半導体層表面の窒素除去を確実にするために、プラズマ発生条件は、たとえば、Ｈ2ガス流量を２０ｓｃｃｍ以上４０ｓｃｃｍ以下（２５℃）、ガス圧を２Ｐａ以上１０Ｐａ以下とし、電源により１００Ｗ〜２００Ｗの電流を平行平板に印加することが望ましい。
【００１７】
上記のような条件で発生させたプラズマ雰囲気下にＧａＮを含む半導体層を設置する。半導体層を上記Ｈ2ガスによるプラズマに曝す時間は、対象とする半導体層の形状（平面形状や厚み）および窒素を除去する表面層の深さにもよるが、たとえば１時間〜４時間程度であれば、上記のように半導体層表面の窒素を除去することができる。
【００１８】
プラズマ法においては、半導体層表面にプラズマダメージによる損傷発生部（たとえば絶縁破壊される電圧が低い部分（耐圧が低い部分））が形成されたり、ダングリングボンドなどが発生したりする可能性もある。そのため、半導体装置としてより高い耐圧が求められる場合は、表面処理工程において後述の熱フィラメント法を適用することが望ましい。
【００１９】
＜熱フィラメント法＞
Ｈ2ガスを活性化させる方法としては、触媒化学気相成長（Ｃａｔ−ＣＶＤ）装置を用いる熱フィラメント法を適用することもできる。Ｃａｔ−ＣＶＤ法は、一般に、原料ガスを加熱した触媒体に接触させて、その表面において接触分解反応を起こさせてガスを分解し、この分解により生成した分解種を反応雰囲気よりも低温に保持された基板に接触させて基板表面に目的とする絶縁膜を堆積させる方法であるが、本発明においては原料ガスとしてＨ2を用いることで、半導体層の表面処理を行なう。このような熱フィラメント法を用いた場合は、プラズマダメージは発生しないので、耐圧が低い部分の形成が十分に抑制され、またダングリングボンドの発生がほとんどない状態で、半導体層表面を処理することができる。この結果、酸化工程により半導体層表面に優れた膜質の絶縁膜を形成できる。
【００２０】
熱フィラメント法としては、Ｃａｔ−ＣＶＤ法など従来公知の装置による方法を用いることができる。図１にＣａｔ−ＣＶＤ法に用いられる装置（以下、Ｃａｔ−ＣＶＤ装置という）の一例の概略図を示す。図１に示すようにＣａｔ−ＣＶＤ装置１は、処理対象であるＧａＮを含むエピタキシャル層などの半導体層が表面に形成された基板２を保持するための基板ホルダ３と、処理ガスを装置内に供給するためのガス供給部４と、供給されたガスを活性化するための加熱触媒体５（熱フィラメント）と、ガスを排気するためのガス排気部８とを備える。加熱触媒体５には、ガスを活性化するために加熱触媒体５を所望の温度に加熱できるよう電源６が接続されている。ガス供給部４の底面は、多数の孔が設けられているなど、供給されたガス７がＣａｔ−ＣＶＤ装置１内に十分拡散する構造を有する。また、基板ホルダ３は、基板２を加熱する加熱機構と、ガス７の活性化に用いる加熱触媒体５からの輻射熱による基板２の温度上昇を抑制する冷却機構などの温度制御機構が設けられており、基板２を所望の温度条件に維持できるよう設定されている。ガス供給部４から供給されたガス７は、加熱触媒体５により活性化され、基板２表面の処理に供される。なお、基板２は図１の両矢印の経路を介して基板ホルダ３上に搬送される。
【００２１】
熱フィラメント法による表面処理条件は特に限定されるものではないが、上記プラズマ法と同様に、半導体層表面の窒素除去を確実に行なうために、Ｈ2ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下（２５℃）とし、ガス圧１０Ｐａ以上３０Ｐａ以下の条件でガスを供給し、加熱触媒体５の温度を１２００℃以上１７００℃以下に設定し、基板ホルダ３の温度を２００℃以上４００℃以下に設定した条件で行なうことが望ましい。
【００２２】
＜酸化工程＞
酸化工程は、上記のような表面処理工程により表面の窒素が除去された半導体層の表面を酸化する工程である。この酸化工程は、従来公知の密閉可能な酸化炉を用いて行なうことができる。酸化炉を用いた場合の酸化工程は大気圧下で行なうことができる。また、加圧条件とする場合は、大気圧下に比べて半導体層側面部分などからの不必要な窒素抜けを抑制できる。具体的には、大気圧の１倍〜１．１倍程度の圧力雰囲気下とすることが好ましい。
【００２３】
酸化炉を用いる場合の酸化条件は、たとえば、酸素（Ｏ2）ガス流量を１ｓｌｍ以上２ｓｌｍ以下とし、酸化炉内の雰囲気温度を９００℃に設定して、上記半導体層（たとえば半導体層が表面に形成された基板）を５時間、Ｏ2ガスで酸化処理する。なお、酸化条件は酸化炉の規模などに合わせて適宜変更すればよい。このような酸化処理により、半導体層の表面側にＧａ2Ｏ3を形成することができる。
【００２４】
また、本発明における酸化工程としては、過酸化水素を含む溶液により半導体層の表面を酸化する工程とすることもできる。この場合、上記表面処理工程によりその表面が脱窒素処理されＧａとなった半導体層を、過酸化水素を含む溶液に浸漬することにより、半導体層表面にＧａ2Ｏ3を形成することができる。浸漬時間は特に限定されず、１時間〜２時間浸漬すればよいが、これ以上の時間浸漬してもよい。過酸化水素を含む溶液は、たとえば市販の３０％過酸化水素水や、ＳＰＭ（sulfuric acid hydrogen peroxide mixture）（たとえば過酸化水素（濃度３０％）と硫酸（含有率９６％）とを体積比で１：５として調整した溶液）などを例示することができる。このように、過酸化水素を含む溶液により半導体層の表面を酸化する場合は、常温または加熱条件下での処理が可能となる。このような過酸化水素を含む溶液により酸化工程を実施すれば、半導体層の当該溶液に対する浸漬時間や温度条件を制御することで、半導体層の表面に形成される酸化膜（絶縁膜）の膜厚を正確に制御することができる。
【００２５】
このような酸化工程は、上記表面処理工程と連続する工程であり、表面処理工程終了後、酸化工程を開始するまでの時間は数時間以内とすることが好ましく、より好ましくは１時間以内である。酸化工程を表面処理工程に連続させて行なうことで、表面処理工程により脱窒化処理された表面を維持したまま半導体層を酸化工程に供することができる。
【００２６】
また、酸化工程は、上記表面処理工程と同一の反応室において行なわれることが好ましい。本発明において、同一の反応室において行なわれるとは、表面処理工程においてＨ2ガスにより表面を処理した半導体層を外気に接触させることなく、次いで酸化工程を行なうことをいう。このように同一の反応室において表面処理工程と酸化工程とを行なう場合は、表面処理工程により脱窒化処理された表面を維持しやすく、また、製造効率を向上させることができる。さらに、表面処理工程と酸化工程とを同一の反応室において行なう場合、装置の構成を簡略化できる。
【００２７】
＜半導体装置＞
上記酸化工程により表面にＧａ2Ｏ3が形成された半導体層を用いて、従来公知の方法により半導体装置を提供することができる。上記本発明における表面処理工程および酸化工程を施した半導体層を用いた場合は、半導体層と絶縁膜との界面のリーク電流が十分に抑制され、耐圧の高い半導体装置とすることができる。以下、図面を参照しながら本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態であるショットキーバリアダイオードの製造方法を説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図２〜図８は、本発明による半導体装置の製造方法の実施の形態１を説明するための模式図である。図２〜図８には、半導体装置としてのショットキーバリアダイオードの製造方法の一例が示されている。以下、図２〜図８を参照して、本発明による半導体装置の製造方法の実施の形態１を説明する。
【００２９】
まず、ＧａＮ基板２を準備する。このＧａＮ基板２としては、任意の製造方法で形成された基板を用いることができるが、たとえばＨＶＰＥ法で作製された（０００１）面のＧａＮ基板２を準備する。なお、このＧａＮ基板２における平均転位密度は１×１０８ｃｍ-2以下とすることが好ましい。なお、転位密度は、たとえばエッチングにより形成されるピットの個数を、エッチングを行なった基板の面積で割るという方法によって測定することができる。エッチングはたとえば溶融ＫＯＨを用いて行なえばよい。
【００３０】
次に、ＧａＮを含む半導体層を準備する工程として、ＧａＮ基板２の主表面上にＧａＮエピタキシャル層９を任意の方法で形成する。この結果、図２に示すような構造を得る。ＧａＮエピタキシャル層９の形成方法としては、任意の方法を用いることができ、たとえば有機金属気相成長法（Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy：ＯＭＶＰＥ法）を例示することができる。
【００３１】
次に、表面処理工程として、このように形成したＧａＮエピタキシャル層９の表面について、上記本発明の方法によりＨ2ガスによる表面処理を行なう。具体的には、ＧａＮ基板２上に形成されたＧａＮエピタキシャル層９表面に上述のようなＣａｔ−ＣＶＤ装置を用いて、熱フィラメント法により活性化されたＨ２ガスにより脱窒素処理を行なう。処理の条件としては、たとえば、Ｈ2ガス流量５０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下（２５℃）、加熱触媒体温度を１２００℃以上１７００℃以下とし、基板ホルダの温度を２００℃以上４００℃以下に保ち、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で、処理時間を１時間とした条件を用いることができる。この結果、ＧａＮエピタキシャル層９の表面から窒素が除去される。
【００３２】
次に、酸化工程として、図３に示すようにＧａＮエピタキシャル層９の表面上に酸化膜１０を形成する。酸化膜１０の製造方法としては上記のように酸化炉による酸化または過酸化水素を含む溶液を用いて酸化することが好ましい。具体的には、酸化炉による酸化工程として、Ｏ2ガス流量を１ｓｍｌ以上２ｓｍｌ以下とし、９００℃に設定された酸化炉内に上記表面処理を行なったＧａＮエピタキシャル層９を備えるＧａＮ基板２を５時間放置し、ＧａＮエピタキシャル層９表面にＧａ2Ｏ3膜を形成させる。この結果、図３に示すような構造を得る。
【００３３】
次に、図４に示すように、ＧａＮ基板２の裏面（ＧａＮ基板２においてＧａＮエピタキシャル層９が形成された表面と反対側の表面）上にオーミック電極１１を形成する。なお、このオーミック電極１１を形成する工程に先立って、ＧａＮ基板２の少なくとも裏面を洗浄することが好ましい。この洗浄方法としては、たとえば有機洗浄と塩酸洗浄とを組み合わせて実施してもよい。
【００３４】
オーミック電極１１としては、単一の材料からなる電極を形成してもよいが、複数の導電体を積層した積層構造を有するオーミック電極１１を形成してもよい。たとえば、オーミック電極１１として、ＧａＮ基板２側からチタン／アルミニウム／チタン／金というように導電体としての金属層を積層した構造としてもよい。これらの金属層は電子線蒸着法（ＥＢ蒸着法）など任意の方法を用いて形成することができる。この結果、図４に示すような構造を得る。
【００３５】
次に、ショットキー電極を形成する。具体的には、酸化膜１０上にフォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成する（図示せず）。レジスト膜には、酸化膜１０においてショットキー電極１３（図８参照）が配置されるべき開口部を形成する領域上に開口パターンが形成されている膜を用いる。
【００３６】
そして、レジスト膜をマスクとして用いて、酸化膜１０をエッチングにより部分的に除去する。この結果、図５に示すように、酸化膜１０において開口部が形成される。
【００３７】
図５に示した構造においては、酸化膜１０における開口部の側壁がＧａＮエピタキシャル層９の上部表面に対して傾斜している。この傾斜はその傾斜角θ（酸化膜１０の開口部の側壁とＧａＮエピタキシャル層９の上部表面とのなす角）は、たとえば０．１°以上６０°以下とすることが好ましく、より好ましくは１°以上４５°以下である。また、当該傾斜角θを１°以上２２°以下とすることがさらに好ましく、特に好ましくは１°以上１１°以下である。このように傾斜角θを有する構造とすることにより、酸化膜１０における開口部の底壁端部における電極の角部の角度を鈍角となるので、電界集中を緩和することができる。
【００３８】
このような傾斜角θを形成させるためには、上記酸化膜１０のエッチングとしてウエットエッチングを用い、当該ウエットエッチングの条件を調整することによって実施することができる。このようなウエットエッチング条件の調整を含むエッチングの一例としては、以下のような工程を用いることができる。まず、酸化膜１０の上部表面をアセトンとイソプロピルアルコールの混合溶液により洗浄する。次に、ＧａＮエピタキシャル層９および酸化膜１０が形成されたＧａＮ基板２に対して、加熱温度１２０℃で２分間の脱水ベーク処理を行なう。その後、酸化膜１０の表面にレジスト（ポジレジスト）を塗布する。さらに、レジストに対して、加熱温度１１０℃で２分のプリベーク処理を行なう。その後、公知の方法により露光・現像処理を行ない、開口部を有するレジスト膜を形成する。さらに、このレジスト膜に対して、加熱温度１３０℃で２分間のポストベーク処理を行ない、レジスト膜をマスクとして、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングにより酸化膜１０を部分的に除去する。このＢＨＦとしては、たとえば１０％のＢＨＦ（ＢＨＦ１１０、ダイキン工業（株）製）を用いることができる。このようにして、酸化膜１０に側壁が傾斜した開口部を形成することができる（図５参照）。
【００３９】
なお、上述した開口部を形成する工程において、現像処理後のポストベーク処理を行なわず、そのままウエットエッチングを行なう場合には、傾斜角θをより小さくする（たとえば傾斜角θを１１°以下にする）ことができる。これは、ポストベーク処理を省略した場合、レジスト膜と酸化膜との密着性が向上しないので、ウエットエッチングにおける開口部の側壁のエッチングが、ポストベーク処理を行なう場合に比べてより促進されるためである。
【００４０】
次に、図６に示すように、エッチングした酸化膜１０上にレジスト膜１２を形成する。このレジスト膜１２は、後述のショットキー電極を除去（リフトオフ）するために設ける膜である。レジスト膜１２の形成方法は、レジストを塗布した後に、公知の方法により露光・現像処理を行ない図６に示すような形状を有するレジスト膜１２を形成する。レジスト膜１２の形状はショットキー電極の形状に合わせて任意のものとすることができる。
【００４１】
次に、図７に示すように、ショットキー電極となるべき導電膜１３を形成する。この導電膜１３としては、金などのショットキー特性の良好な材料を用いることができる。導電膜１３の形成方法としては、任意の方法を用いることができ、たとえばＥＢ蒸着法などを例示することができる。なお、上述した導電膜１３を形成する工程に先立って、上記開口部において露出しているＧａＮエピタキシャル層９の表面を、塩酸などを用いて洗浄する工程を実施してもよい。
【００４２】
次に、レジスト膜１２を除去することにより、レジスト膜１２上に形成されていた導電膜１３を同時に除去する（リフトオフ）。この結果、図８に示すように、開口部の内部に導電膜１３が残り、該導電膜１３がショットキー電極として機能する。このような工程により半導体装置を製造することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
本実施の形態２においては、上述した表面処理工程において、プラズマ法によりＨ2ガスの活性化を行なう場合の半導体装置の製造方法について説明する。
【００４４】
上記実施の形態１と同様の工程により、ＧａＮエピタキシャル層９が形成されたＧａＮ基板２を準備し、このＧａＮエピタキシャル層９の表面に本発明における表面処理を施す。たとえば、平行平板を用いたプラズマ発生装置において、Ｈ2ガス流量を２０ｓｃｃｍ以上４０ｓｃｃｍ以下（２５℃）、ガス圧を２Ｐａ以上１０Ｐａ以下とし、電源により１００〜２００Ｗの電流を平行平板に印加してＨ2ガスを活性化し、ＧａＮエピタキシャル層９の表面処理を行なう。表面処理の時間はたとえば１時間とすればよい。
【００４５】
次に、酸化工程として、上記表面処理したＧａＮエピタキシャル層９の表面を上記実施の形態１と同様の工程により酸化してＧａ2Ｏ3膜を形成する。このとき、上記表面処理工程を行なった処理室において、引き続き上記酸化工程を行なうようにしてもよい。この場合、上記表面処理工程と上記酸化工程とを別の装置により行なう場合より、半導体装置の製造工程に要する時間を短縮することができる。その後、図４〜図８を参照して説明した上記実施の形態１の工程と同様の工程を実施することにより、図８に示すような半導体装置を得ることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
本実施の形態３においては、実施の形態１または実施の形態２と同様の方法により表面処理工程を行なった後、上述した酸化工程において、過酸化水素を含む溶液により酸化処理を行なう場合の半導体の製造方法について説明する。
【００４７】
上記実施の形態１と同様の工程により、ＧａＮエピタキシャル層９が形成されたＧａＮ基板２を準備し、このＧａＮエピタキシャル層９の表面に実施の形態１または実施の形態２と同様の方法により表面処理を施した。さらに、反応室が室温になった後で、過酸化水素を含む溶液にＧａＮエピタキシャル層９が形成されたＧａＮ基板２を浸漬し、ＧａＮエピタキシャル層９の表面に絶縁膜としてのＧａ2Ｏ3膜を形成する。この結果、図３に示すような構造を得る。このとき、たとえば、互いに連結された２つの反応室を備えた装置を用いることによって、表面処理工程と酸化工程との反応条件をそれぞれ任意に設定することができる。また、そのような構成の装置を用いる場合は、表面処理を行なったＧａＮエピタキシャル層９を外気に触れさせることなく酸化工程に供することが可能となる。
【００４８】
なお、ＧａＮエピタキシャル層９の表面のみにＧａ2Ｏ3膜を形成するため、たとえばＧａＮエピタキシャル層９の表面以外の部分（ＧａＮ基板２においてＧａＮエピタキシャル層９が形成された表面と反対側の裏面など）に被覆膜を形成しておいてもよい。当該被覆膜の材料としては、過酸化水素を含む溶液に対する耐性を有していれば、任意の材料を用いることができる。
【００４９】
上述した酸化工程の後、図４〜図８を参照して説明した上記実施の形態１の工程と同様の工程を実施することにより、図８に示すような半導体装置を得ることができる。
【００５０】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、上述した実施の形態では半導体装置としてショットキーバリアダイオードを例にして説明したが、本発明は、半導体層の表面に絶縁膜（酸化膜）が形成された構成を備える半導体装置であれば任意の半導体装置に適用することができる。たとえば、本発明をＭＩＳ−ＦＥＴの製造方法などに適用することができる。
【００５１】
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。本発明の範囲は上記した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。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】Ｃａｔ−ＣＶＤ装置の一例の概略を示す図である。
【図２】半導体装置の製造工程において、ＧａＮ基板上にＧａＮエピタキシャル層が形成された状態を示す模式図である。
【図３】半導体装置の製造工程において、ＧａＮエピタキシャル層上に酸化膜が形成された状態を示す模式図である。
【図４】半導体装置の製造工程において、ＧａＮ基板裏面にオーミック電極が形成された状態を示す模式図である。
【図５】半導体装置の製造工程において、酸化膜上に開口部が形成された状態を示す模式図である。
【図６】半導体装置の製造工程において、酸化膜上にレジスト膜が形成された状態を示す模式図である。
【図７】半導体装置の製造工程において、レジスト膜上に導電膜が形成された状態を示す模式図である。
【図８】半導体装置の製造工程において、レジスト膜がリフトオフされた状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ Ｃａｔ−ＣＶＤ装置、２ ＧａＮ基板、３ 基板ホルダ、４ ガス供給部、５ 加熱触媒体、６ 電源、７ ガス、８ ガス排気部、９ ＧａＮエピタキシャル層、１０ 酸化膜、１１ オーミック電極、１２ レジスト膜、１３ 導電膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮを含む半導体層を準備する工程と、
前記半導体層の表面を水素ガスにより処理する表面処理工程と、
前記表面処理工程後の前記表面を酸化する酸化工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記表面処理工程における水素ガスは、プラズマ法または熱フィラメント法により活性化される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化工程は、酸化炉を用いて前記表面を酸化する工程である請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化工程は、過酸化水素を含む溶液により前記表面を酸化する工程である請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記表面処理工程と前記酸化工程とは、同一の反応室において行なわれる請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ＧａＮを含む半導体層を準備する工程と、
前記半導体層の表面を水素ガスにより処理する表面処理工程と、
前記表面処理工程後の前記表面を酸化する酸化工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記表面処理工程における水素ガスは、プラズマ法または熱フィラメント法により活性化される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化工程は、酸化炉を用いて前記表面を酸化する工程である請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化工程は、過酸化水素を含む溶液により前記表面を酸化する工程である請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記表面処理工程と前記酸化工程とは、同一の反応室において行なわれる請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２６７０１９（Ｐ２００９−２６７０１９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１３８００（Ｐ２００８−１１３８００）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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