特許 6092794 高温表面平衡状態でのイオン注入

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6092794

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】高温表面平衡状態でのイオン注入

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/265 20060101AFI20170227BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20170227BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20170227BHJP

   H01J 37/18 20060101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/265 601Q

   H01L21/265 603C

   H01L21/265 Z

   H01L21/265 602A

   H01L21/20

   H01J37/317 B

   H01J37/317 Z

   H01J37/18

【請求項の数】14

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-20469(P2014-20469)

(22)【出願日】2014年2月5日

(65)【公開番号】特開2014-179589(P2014-179589A)

(43)【公開日】2014年9月25日

【審査請求日】2014年4月7日

(31)【優先権主張番号】14/170,293

(32)【優先日】2014年1月31日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/788,318

(32)【優先日】2013年3月7日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/763,895

(32)【優先日】2013年2月12日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】597161115

【氏名又は名称】インターナショナル レクティフィアー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(72)【発明者】

【氏名】マイケル エイ ブリエール

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９２９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０７８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０５５７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５６４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００６８１８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０３１５１２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１７１１２６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｊ ３７／１８

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

III族窒化物半導体本体を、前記III族窒化物半導体本体の注入中に前記III族窒化物半導体本体から窒素が抜け出すことを実質的に防止するように構成された表面平衡チャンバ内に置くステップと、
前記III族窒化物半導体本体から前記窒素が抜け出すことを防止するために十分な、表面平衡圧力より大きいかそれに近似的に等しいガス圧力を設定するステップと、
前記III族窒化物半導体本体の露出表面上方の前記ガス圧力を実質的に維持しながら、前記III族窒化物半導体本体を前記表面平衡チャンバ内で５００℃から１１００℃の範囲内の高い注入温度に加熱するステップと、
前記ガス圧力を実質的に１．０から１０００ｍＴｏｒｒの範囲内に維持されるように、前記表面平衡チャンバ内の前記ガス圧力を調整しながら、前記表面平衡チャンバ内で前記高い注入温度で前記III族窒化物半導体本体にイオンビームを使用して注入を行うステップとを備え、
前記注入は前記表面平衡チャンバとインタフェースするイオン注入器を用いて実行される、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記注入は前記III族窒化物半導体本体内に横方向に空間的に閉じ込められたドープ領域を形成する、ことを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記III族窒化物半導体本体に注入されたドーパントは前記III族窒化物半導体本体から窒素が抜け出すことなく十分に電気的に活性化される、ことを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項4】

前記III族窒化物半導体本体は、実質的なドーパント活性化を達成するために、注入後にその場で高い温度でアニールされる、ことを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項5】

前記III族窒化物半導体本体に注入されたドーパントは前記III族窒化物半導体本体から窒素が抜け出すことなく十分に電気的に活性化される、ことを特徴とする請求項４記載の方法。

【請求項6】

前記注入は前記III族窒化物半導体本体内に空間的に閉じ込められたＮ型領域及び空間的に閉じ込められたＰ型領域の少なくとも１つを形成する、ことを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項7】

前記注入は前記III族窒化物半導体本体内にＰ−Ｎ接合を形成する、ことを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項8】

III族窒化物半導体本体から窒素が抜け出すことを実質的に防止するために十分な、表面平衡圧力より大きいか実質的に等しいガス圧力を５００℃から１１００℃の範囲内の高い注入温度において設定するように構成された表面平衡チャンバ、及び
前記表面平衡チャンバとインタフェースするイオン注入器を備える注入チャンバであって、
前記注入チャンバは、前記注入器を用いて前記III族窒化物半導体本体に注入するイオンビームを生成するように構成され、
前記注入チャンバは、前記III族窒化物半導体本体が前記イオンビームを用いて注入される間に、前記ガス圧力が前記表面平衡圧力より大きいか等しくなるように実質的に維持されるように、前記表面平衡チャンバ内の前記ガス圧力を調整するように構成されている、
ことを特徴とする注入チャンバ。

【請求項9】

前記イオン注入器と前記表面平衡チャンバをインタフェースさせるように構成された移行チャンバを更に備え、前記移行チャンバは少なくとも１つの差圧セルを含む、ことを特徴とする請求項８記載の注入チャンバ。

【請求項10】

前記イオン注入器はＰ型ドーパントを前記III族窒化物半導体本体に注入するように構成されている、ことを特徴とする請求項８記載の注入チャンバ。

【請求項11】

前記注入チャンバは前記III族窒化物半導体本体内に横方向に空間的に閉じ込められたドープ領域を形成するように構成されている、請求項８記載の注入チャンバ。

【請求項12】

前記イオン注入器は前記III族窒化物半導体本体にＰ型ドーパント及びＮ型ドーパントを注入するように構成されている、ことを特徴とする請求項８記載の注入チャンバ。

【請求項13】

前記注入チャンバは前記III族窒化物半導体本体内に空間的に閉じ込められたＰ型領域に横方向に隣接する空間的に閉じ込められたＮ型領域を形成するように構成されている、ことを特徴とする請求項８記載の注入チャンバ。

【請求項14】

前記注入チャンバは前記III族窒化物半導体本体内にＰ−Ｎ接合を形成するように構成されている、ことを特徴とする請求項８記載の注入チャンバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０１３年２月１２日に出願された「Ion Implantation at High Temperature Surface Equilibrium Condition」と題する米国仮特許出願第６１／７６３，８９５号の優先権の利益を請求するものである。更に、本願は、２０１３年３月７日に出願された「Method and Apparatus for Growing a III-Nitride Layer」と題する米国特許出願第１３／７８８，３１８号の一部継続出願であり、この出願自体は、２００７年６月２５日に出願された仮特許出願第６０／９３７，１０１号の優先権を主張して２００８年１月３日に出願され、２０１３年３月１２日に米国特許第８，３９５，１３２号として登録された、「Ion Implanting While Growing a III-Nitride Layer」と題する米国特許出願第１２／００６５６２号の一部継続出願である。上記の特許及び特許出願の全開示内容は参照することにより本願に組み込まれる。更に、本願は上記の特許及び特許出願の各々について優先権を主張する。

【背景技術】

【0002】

〔定義〕
本明細書で使用される、用語「III−Ｖ族」は少なくとも１つのIII族元素と少なくとも１つのＶ族元素を含む化合物半導体を意味する。例えば、III−Ｖ族半導体は、III族窒化物半導体の形を取り得る。「III族窒化物」又は「III−Ｎ」は窒素とアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）及びボロン（Ｂ）などの少なくとも１つのIII族元素を含む化合物半導体を意味し、例えば窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ、窒化インジウムガリウムＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｙ）}Ｎ、窒化アルミニウムインジウムガリウムＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ、砒化リン化窒化ガリウム（ＧａＡｓ_ａＰ_ｂＮ_{（１−ａ−ｂ）}）、砒化リン化窒化アルミニウムインジウムガリウム（Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ａｓ_ａＰ_ｂＮ_{（１−ａ−ｂ）}）などの合金を含むが、これらに限定されない。また、III族窒化物は一般に、Ｇａ極性、Ｎ極性、半極性又は非極性結晶方位などの任意の極性を有するが、これらに限定されない。また、III族窒化物材料は、ウルツ鉱型、閃亜鉛鉱型、あるいは混合ポリタイプ（結晶多形）のいずれかを含むことができ、単結晶又はモノクリスタル、多結晶、または非結晶の結晶構造を含むことができる。本明細書で使用される、「窒化ガリウム」、「ＧａＮ」はIII族窒化物化合物半導体を意味し、III族元素は若干量又は相当量のガリウムを含むが、ガリウムに加えて他のIII族元素も含むことができる。また、III−Ｖ族又はＧａＮトランジスタはIII−Ｖ族又はＧａＮトランジスタを低電圧IV族トランジスタとカスコード接続することによって形成される複合高電圧エンハンスメントモードトランジスタを意味する。

【0003】

III族窒化物材料は、比較的広い直接バンドギャップ及び強い圧電分極を有する半導体化合物であり、積み重ね層として組み合わせると、高い降伏電界、高い飽和速度及び２次元電子ガス（２ＤＥＧ）の生成を可能にし得る。その結果、III族窒化物材料は高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などのヘテロ接合ＦＥＴ（ＨＦＥＴ）を含む電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として多くのマイクロエレクトロニクス応用に使用されている。

【0004】

しかしながら、III族窒化物半導体デバイスの製造で生じる課題の一つは、III族窒化物半導体本体にその化学量論的完全性に影響を与えることなくドーピングすることにある。具体的にいうと、高温、例えば約８００℃より高い温度では、III族窒化物の表面から窒素が抜け出し、その分解を生じる。この問題に対する従来の対処法は、イオン注入を実行しないで、III族窒化物を形成している最中にドーパントをIII族窒化物本体内に成長させる技術である。しかしながら、この手法の大きな欠点は、III族窒化物本体内に比較的均一にドープされた層を形成する結果となることにある。それゆえ、差分ドーピングは概して垂直（縦）方向にのみ達成されるため、横方向に空間的に閉じ込められたドーピングをこのような成長によって直接達成することはできず、比較的複雑で費用のかかるエッチング及び再堆積／再成長法を使用する以外にない。

【発明の概要】

【0005】

本発明は、高温表面平衡状態でのイオン注入を目的とするものであり、このイオン注入は概して図面の少なくとも一つに示され且つ又関連して明細書で説明され、請求の範囲でより完全に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態による、イオン注入を高温表面平衡状態で実行する注入チャンバの断面図を示す。

【図2】別の実施形態による、イオン注入を高温表面平衡状態で実行する注入チャンバの断面図を示す。

【図3】イオン注入を高温表面平衡状態で実行する模範的な方法を示すフローチャートである。

【図4】一実施形態による、高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に形成されるＰ−Ｎ接合を示す断面図である。

【図5A】一実施形態による、高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に形成される埋め込みＰ型領域を示す断面図である。

【図5B】別の実施形態による、高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に形成される埋め込みＮ型領域を示す断面図である。

【図5C】更に別の実施形態による、高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に形成される埋め込みＰ型及びＮ型領域を示す断面図である。

【図6A】一実施形態による、高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に形成される、縦方向に積み重ねられたＰ型及びＮ型領域を示す断面図である。

【図6B】別の実施形態による、高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に形成される、縦方向に積み重ねられ埋め込まれたＰ型及びＮ型領域を示す断面図である。

【図6C】更に別の実施形態による、高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に形成される、縦方向に積み重ねられたＰ型及びＮ型領域を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下の説明には本発明の実施形態に関連する具体的な情報が含まれる。当業者に明らかなように、本発明は本明細書に具体的に記載される態様と異なる態様で実施することができる。本願の添付図面及びそれらの詳細説明は模範的な実施形態を対象にしているにすぎない。特に断らない限り、図中の同等もしくは対応する構成要素は同等もしくは対応する参照番号で示されている。更に、本願の図面及び説明図は一般に正しい寸法比で示されておらず、実際の相対寸法に対応するものではない。

【0008】

本発明は、III族窒化物半導体本体のイオン注入方法及び装置を対象とするものである。本明細書に開示するように、III族窒化物半導体本体のイオン注入は注入チャンバ内において高い温度で平衡圧力の状態で実行することができる。例えば、幾つかの実施形態では、イオン注入はIII族窒化物半導体本体の表面及び表面近傍領域で実行される。幾つかの実施形態では、本解決法は、一般に従来技術においてドーパントの活性化に必要とされる注入後の高温度アニールの要求を除去又は低減することができる。更に、本解決法は、III族窒化物半導体本体の化学量論組成の分解を回避すると同時に、注入損傷のその場アニーリングによりドーパント活性化を可能にするシステムを提供することができる。

【0009】

図１は、一実施形態による、高温表面平衡状態でイオン注入するための注入チャンバ１００の断面図を示す。図１に示されるように、注入チャンバ１００は、表面平衡チャンバ１１０、イオン注入器１３０、及びイオン注入器１３０を表面平衡チャンバ１１０とインタフェースさせる移行チャンバ１２０を含む。図１に更に示されるように、移行チャンバ１２０は差圧セル１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃを含む。図１には、例えば支持基板１１２の上に成長された砒化ガリウム（ＧａＮ）本体のようなIII族窒化物半導体本体１４０も示されている。支持基板１１２はIII族窒化物半導体本体の成長に適した任意の基板材料とすることができ、例えばシリコン、炭化シリコン、サファイヤ、及び入手可能であれば天然のIII族窒化物半導体基板とすることができる。

【0010】

本実施形態によれば、表面平衡チャンバ１１０はプラットフォーム１０６を含み、例えば回転プラットフォーム又は制御可能に移動可能なプラットフォームとすることができ、その上に支持基板１１２及びIII族窒化物半導体本体１４０をIII族窒化物半導体本体１４０のイオン注入中置くことができる。図１に示されるように、表面平衡チャンバ１１０は、III族窒化物半導体本体１４０に対して表面平衡状態を確立するためにガスの吸入を可能にする吸入ポート１０２、及びこのようなガスの排出する出力ポート１０４を備える。表面平衡チャンバ１１０は、表面平衡チャンバ１１０内の平衡圧力が約１ミリトルから約１０００ミリトル（１．０−１０００mTorr）の部分真空範囲を維持するように制御されるよう設計される。一実施形態では、例えば表面平衡チャンバ１１０は約１００mTorrの部分真空範囲を維持するように制御されるようにすることができる。

【0011】

イオン注入器１３０はIII族窒化物半導体本体１４０に注入するためのイオンをイオンビーム１３２として供給し、III族窒化物半導体本体１４０の幾つかの部分の選択的注入を実行することができる。一般に、イオン注入器１３０は固体又は気体状のソース材料から良く制御された速度及び質量を有するほぼ同一のイオンを発生しイオンビーム１３２に収束できる装置である。幾つかの実施形態では、イオンビーム１３２は、例えばIII族窒化物半導体本体１４０の表面上をステアリングされてIII族窒化物半導体本体１４０の表面に書込み走査又はラスタ走査する能力を有する収束イオンビーム１３２とすることができる。他の実施形態では、イオンビーム１３２はブランケットイオン注入を可能にする大面積収束イオンビームとすることができ、またIII族窒化物半導体本体１４０の広い面積を覆うステンシルマスク又は犠牲マスク層を用いて注入を行うものとすることができる。このようなマスクは当技術分野で周知の一般材料とすることができ、例えば有機ベース材料又は例えばフォトレジスト、二酸化珪素又は窒化珪素からなるものとすることができる。

【0012】

移行チャンバ１２０は、イオン注入器１３０のために適切な環境、例えば低圧又は高真空環境、及び表面平衡チャンバ１１０との相互作用を提供するために使用することができる。移行チャンバ１２０はイオン注入器１３０を表面平衡チャンバ１１０とインタフェースさせる働きをなし、イオン注入中にIII族窒化物半導体本体１４０に表面平衡状態を提供するように構成される。

【0013】

表面平衡チャンバ１１０とのイオン注入器１３０のインタフェースを有効にするために、差動ポンプを用いて移行チャンバ１２０を排気することができる。図１に示されるように、一実施形態では、移行チャンバ１２０は数個の差圧セル１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃを含むことができる。各差圧セル１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃは隣接する差圧セルとそれぞれ開口部１２６ａｂ及び１２６ｂｃを経て連通する。イオンビーム１３２は開口部１２６ｂｃ及び１２６ａｂを通って移行チャンバ１２０中を移動し、移行チャンバ１２０はイオン注入器１３０を連絡開口部１２８を介して表面平衡チャンバ１１０とインタフェースさせることに留意されたい。差圧セル１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃはそれぞれのポンプ開口部１２４ａ、１２４ｂ及び１２４ｃを用いて選択的に排気することができる。

【0014】

図１に更に示されるように、幾つかの実施形態では、移行チャンバ１２０の差圧セル１２２ｃはファラデーカップ１１４を含むこともできる。ファラデーカップ１１４は、もしあれば、イオン注入器１３０から受けるイオンの注入ドーズ量を測定するために電流計（図１に示されていない）に接続することができる。一実施形態では、ファラデーカップ１１４は、これをイオンビーム１３２の通路内及び外に移動可能にするためにベローズ１１８（又は真空技術で使用される別のタイプの機械的リニアアクチュエータ）に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、起こり得るイオンの中和前にイオンビームのより正確な読みが得られるようにファラデーカップ１１４を差圧セル１２２ｃ内に位置させることが有利であり、また望ましい。このようなイオン中和は、イオンビーム１３２が差圧セル１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃ及び表面平衡チャンバ１１０を通過する際に起こり得る。しかしながら、一実施形態では、ファラデーカップ１１４は、開口部１２６ｂｃに組み込まれていてもよい。

【0015】

ファラデーカップ１１４は、III族窒化物半導体本体１４０に向けられた注入ドーズ量を測定し、それによってIII族窒化物半導体本体１４０に注入されるイオン濃度を推定可能にするために、イオンビーム１３２の通路内に周期的に（例えば、時間の約１％）位置させることができることに留意されたい。この周期的位置付けはベローズ１１８を所定の周期で駆動することにより達成することができる。代替例として、ファラデーカップ１１４は、イオンビーム１３２の下部で所定の速度（例えば、注入時間の１％）で回転するように、差圧セル１２２ｃ内で回転板又はホイール又はアーマチャ（図１に示されていない）に装着することができる。

【0016】

本実施形態による移行チャンバ１２０は、差圧セル１２２ｂ内に、例えば開口部１２６ｂｃに近接して配置された偏向板１１６のような偏向板を更に備える。偏向板１６は、例えばイオンビーム１３２がIII族窒化物半導体本体１４０の表面上を進むように、表面平衡チャンバ１１０に入射するイオンビーム１３２の方向を変化させるために使用することができる。

【0017】

図２を参照すると、図２は別の実施形態による高温表面平衡状態でイオン注入を実行する注入チャンバ２００の断面図を示す。注入チャンバ２００は表面平衡チャンバ２１０、イオン注入器２３０、及びイオン注入器２３０を表面平衡チャンバ２１０とインタフェースさせる移行チャンバ２２０を含む。移行チャンバ２２０はそれぞれ差動ポンプ２２４ａ、２２４ｂ及び２２４ｃを有する差圧セル２２２ａ、２２２ｂ及び２２２ｃを含む。表面平衡チャンバ２１０は吸入ポート２０２、出力ポート２０４、及びプラットフォーム２０６を含む。図２に示されるように、III族窒化物半導体本体２４０及び支持基板２１２はプラットフォーム２０６の上に置かれる。図２には更に、ファラデーカップ２１４、ベローズ２１８、イオンビーム２３２、開口部２２６ａｂ及び２０６ｂｃ、及び連絡開口部２２８が示されている。表面平衡チャンバ２１０、イオン注入器２３０、及び移行チャンバ２２０を含む注入チャンバ２００は概して、図１における表面平衡チャンバ１１０、イオン注入器１３０、及び移行チャンバ１２０を含む注入チャンバ１００に対応する。

【0018】

図２に示す模範的の実施形態によれば、イオンビーム２３２は、例えば図１の偏向板１１６により与えられるイオンビームステアリングがないとき、III族窒化物半本体２４０に衝突するように生成された収束イオンビームとすることができる。それどころか、本実施形態では、プラットフォーム２０６は、直線変位線２０７ａ及び/又は回転矢印２０７ｂで示すように、制御可能に移動可能なプラットフォーム、例えば回転プラットフォームとして示されている。この実施形態では、開口部２２６ａｂ及び連絡開口部２２８は図１に示す実施形態よりもずっと小さくすることができ、移行チャンバ２２０内の圧力をより容易に減少させることができる。

【0019】

模範的な注入チャンバ１００及び２００の動作を図３のフローチャート３００を参照して更に説明する。このフローチャートは高温表面平衡状態でIII族窒化物半導体本体のイオン注入を実行する模範的な方法の概要を示すものである。

【0020】

図１及び図２を参照しながら図３につき説明すると、フローチャート３００は成長チャンバ内でのIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の成長から始まる（３０４）。III族窒化物半導体本体１４０／２４０は支持基板１１２／２１２の上に成長させることができ、支持基板１１２／２１２はIII族窒化物成長用の任意の適切な基板、例えばシリコン、炭化シリコン（ＳｉＣ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）基板又は天然III族窒化物基板などとすることができる。本明細書で使用される用語「シリコン基板」は、少なくとも１つのシリコン層を含む半導体基板を意味することに留意されたい。この基板としては、例えばシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、酸素注入分離（ＳＩＭＯＸ）プロセス基板及びシリコンオンサファイヤ（ＳＯＳ）などのシリコンベースの複合基板が含まれる。このようなシリコン基板はシリコン基板上及び内に形成されたシリコンデバイス及びビアも含むことができる。

【0021】

III族窒化物半導体本体１４０／２４０の成長は注入チャンバ１００／２００内で生じさせることができる。いくつかの実施形態では、表面平衡チャンバ１１０／２１０はIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の成長フェーズの間成長チャンバ１１０／２１０として設定しておくことができる。即ち、チャンバ１１０／２１０は、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の製造及び処理中に最初は成長チャンバ１１０／２１０として、次に表面平衡チャンバ１１０／２１０として設定可能にすることができる。しかしながら、他の実施形態では、III族窒化物半導体本体１４０／２４０はイオン注入チャンバ１００／２００とは別の成長チャンバ内で成長させることができる。

【0022】

III族窒化物半導体本体１４０／２４０の成長は任意の適切な成長技術、例えば誘起金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）又は分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）を用いて実行することができる。III族窒化物半導体本体１４０／２４０の成長はIII族窒化物材料を成長するための任意の適切な大気及び熱環境内で行われ、例えば窒素ガス又はアンモニア等の窒素前駆ガス並びに例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの追加の反応ガスの存在下で行われる。

【0023】

一実施形態では、III族窒化物半導体本体１４０／２４０はＭＯＣＶＤ技術を用いて成長させることができ、シリコン基板とし得る支持基板１１２／２１２上に堆積することができる。その結果、幾つかの実施形態では、III族窒化物半導体本体１４０／２４０は、アモルファスシリコンアルミニウム窒化物ベース層、１以上のアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）核生成層、組成勾配遷移層、１以上の歪吸収遷移中間層モジュール、バッファ層、チャネル層、ＡｌＮスペーサ層、１以上のバリヤ層、及び／又は１以上のIII族窒化物キャップ層を含むことができる。

【0024】

フローチャート３００は続いてIII族窒化物半導体本体１４０／２４０のイオン注入のために注入温度を決定する（３１０）。しかしながら、より一般的には、このような決定はIII族窒化物半導体本体１４０／２４０のイオン注入に対して追加の注入条件を決定することも含み得る。例えば、注入温度の決定に加えて、決定すべき注入条件にはいくつかの他の変数、例えば注入すべきイオン種、所望の注入深さ、及び注入中に表面平衡チャンバ１１０／２１０で使用すべきガス種が含まれ得る。更に、注入条件には、イオンビーム１３２／２３２はIII族窒化物半導体本発明内１４０／２４０の表面上を書込み走査又はラスタ走査する機能を有する収束イオンビームとすべきか、或いはイオンビーム１３２／２３２はIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の広い面積にブランケットイオン注入、ステンシルイオン注入又は犠牲マスクイオン注入を可能とする大面積デフォーカスイオンビームとすべきか決定することも含まれ得る。

【0025】

フローチャート３００は続いてIII族窒化物半導体本体１４０／２４０を注入チャンバ１００／２００内に置く（３２０）。図１及び図２に示されるように、III族窒化物半導体本体１４０／２４０及び支持基板１１２／２１２は注入チャンバ１００／２００の表面平衡チャンバ１１０／２１０内の置くことができる。上述したように、III族窒化物半導体本体１４０／２４０はイオン注入チャンバ１００／２００の表面平衡チャンバ１１０／２１０内に置く前に支持基板１１２／２１２上にすでに成長されているものすることもできる。

【0026】

III族窒化物半導体本体１４０／２４０は、前記「定義」の項で記載したように、任意の１以上のIII族窒化物半導体材料からなる本体に相当するものとすることができる。III族窒化物半導体本体１４０／２４０の組成に課される唯一の制約はそれがIII族窒化物材料の少なくとも１つの層を含むことである。幾つかの実施形態では、III族窒化物半導体本体１４０／２４０は、例えば第１のIII族窒化物半導体層及び該第１のIII族窒化物半導体層の上に形成された第２のIII族窒化物半導体層を含み、第２のIII族窒化物半導体層は第１のIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体より広いバンドギャップを有するIII族窒化物半導体を含むものとし得る。

【0027】

特定の例として、III族窒化物半導体本体１４０／２４０はＧａＮチャネル層と該ＧａＮチャネル層上に形成された砒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）障壁層とにより形成されるヘテロ接合を含むものとし得る。III族窒化物半導体本体１４０／２４０に対応するIII族窒化物半導体本体の他の例には、トランジスタ、ダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、検出器及びセンサなどのマイクロ電子及びオプトエレクトロニクスIII族窒化物デバイスの構造に一般に使用されているエピタキシャル層がある。

【0028】

フローチャート３００は、続いてIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面平衡圧力より大きいかそれにほぼ等しいガス圧力（即ちガス過剰圧力）を設定する（３３０）。このガス圧力は、注入チャンバ１００／２００内で、表面平衡チャンバ１１０／２１０を用いて、先に決定した注入条件及びIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の材料組成に基づいて、一般的に約１．０−１０００ｍTorrの部分真空範囲内に設定することができる。所望のガス圧力の設定は、表面平衡チャンバ１１０／２１０内のガス圧力を吸入ポート１０２／２０２及び出力ポート１０４／２０４の使用により制御することによって達成することができる。

【0029】

前記ガス圧力をIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面に設定するためのソースガスは、例えば窒素ガス又はアンモニアなどの任意の適切な窒素含有ガスから選択することができる。III族窒化物半導体本体１４０／２４０の分解を防止するために必要とされる特定のガス圧力は、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面層の組成、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の温度及び使用する特定のガス種などのファクタに依存する。その結果、必要とされるガス圧力はIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の温度とともに変化し、装置は平衡状態を維持するように圧力を調整し、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面層の分解を防止する必要がある。

【0030】

フローチャート３００は続いて、ガス圧力をIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面平衡圧力より大きいかそれに等しい圧力、即ち過剰圧力に維持しながら、III族窒化物半導体本体１４０／２４０を注入温度に加熱する（３４０）。本解決法の有利な特徴の一つは、表面平衡チャンバ１１０／２１０内のガス圧力をIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面層が分解しないように制御しながら、III族窒化物半導体本体１４０／２４０を高い注入温度に加熱することができることにある。例えば、III族窒化物半導体本体１４０／２４０は約５００℃から約１１００℃の範囲内の高い注入温度に加熱することができる。

【0031】

幾つかの実施形態によれば、注入を約６００℃より高い注入温度で実行するのが有利もしくは望ましいが、他の実施形態では、注入を約８００℃より高い注入温度で実行するのが有利もしくは望ましい。更に、幾つかの実施形態では、注入をIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の成長のために使用する温度より高い成長温度で実行するのが有利もしくは望ましい。

【0032】

フローチャート３００を参照して開示される模範的な例では、III族窒化物半導体本体１４０／２４０は注入温度の設定前に注入チャンバ１００／２００内に置かれ、プラットフォーム１０６／２０６の加熱ステップを含むものとして記載されているが、これは一つの可能性にすぎない。他の実施形態では、III族窒化物半導体本体１４０／２４０が注入チャンバ１００／２００内に置かれる前に注入温度を設定し、注入チャンバ１００／２００のプラットフォーム１０６／２０６を注入温度まで又はその近くまで予熱することができる。

【0033】

フローチャート３００は続いて、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の露出表面上方のガス圧力をIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面平衡圧力より大きいかそれにほぼ等しい圧力にほぼ維持しながら、III族窒化物半導体本体１４０／２４０を注入チャンバ１００／２００内で注入する（３５０）。ガス圧力をIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面平衡圧力より大きいかそれにほぼ等しい圧力に実質的に維持することは、注入チャンバ１００／２００の表面平衡チャンバ１１０／２１０を用いて実行することができる。

【0034】

注入は表面平衡チャンバ１１０／２１０とインタフェースするイオン注入器１３０／２３０を用いて実行することができ、任意の所望のイオン種をIII族窒化物半導体本体１４０／２４０内に注入することができる。従って、例えばシリコン（ＳＩ）イオンなどのＮ型ドーパントイオン及び／又はマグネシウム（Ｍｇ）イオン等のＰ型ドーパントイオンをIII族窒化物半導体本体１４０／２４０内に注入することができる。

【0035】

幾つかの実施形態では、注入条件として、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面に又は表面下に対応する１以上の空間的に閉じ込められた注入領域を形成するために１以上のステンシルを使用することを含む。更に、他の実施形態では、注入は、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面に又は表面下に１以上の空間的に閉じ込められた注入領域を生成するために、注入中にイオンビーム１３２／２３２のステアリングステップ、又はIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の移動ステップを含むことができる。例えば、注入中のIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の移動はプラットフォーム１０６／２０６の移動を制御することによって達成することができる。III族窒化物半導体本体１４０／２４０アンドープ成長された場合には、例えばＮ型ドーピング及びＰ型ドーピングの両方を実行し、その結果としてIII族窒化物半導体本体１４０／２４０内に空間的に閉じ込められたＰ型領域に横方向に隣接する空間的に閉じ込められたＮ型領域を形成することができる。

【0036】

幾つかの実施形態では、例えば約１００ｋｅＶより低い注入エネルギーを使ってIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の比較的低いエネルギーの表面注入を行うのが有利もしくは望ましい。即ち、幾つかの実施形態では、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の表面近くにドーパントイオンを注入するために比較的低い注入エネルギーを使用することができる。しかしながら、他の実施形態では、III族窒化物半導体本体１４０／２４０内への深い注入が望まれ、そのために高い注入エネルギーを使用することができる。本明細書に開示する方法を使用すると、III族窒化物半導体本体１４０／２４０を合理的に達成可能な任意の濃度、例えば約１０^１１／ｃｍ^２から約１０^１９／ｃｍ^２の濃度にドープすることができる。

【0037】

フローチャート３００は続いて、必要に応じ、イオン注入ダメージをアニールするとともに注入ドーパントを十分に活性化するためにIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の十分なアニールを実行する（３６０）。このような任選択プロセス中、注入されたIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の温度を、高エネルギーイオンの衝突によりIII族窒化物結晶構造に起こり得るダメージを十分にアニールするのみならず、注入されたドーパントを十分に電気的に活性化するために、適切なアニール温度に調整することができる。即ち、フローチャート３００の方法は、十分なドーパント活性化を達成するために注入後にIII族窒化物半導体本体１４０／２４０をその場で高温度でアニールすることができる。

【0038】

フローチャート３００は、表面平衡圧力を維持しながらIII族窒化物本体を例えばほぼ室温まで冷却して終わる（３７０）。III族窒化物本体が所望の温度に冷却されると、III族窒化物本体は注入チャンバから取り出すことができる。

【0039】

上述したように、本明細書に開示する解決法により提供される利点の１つは、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の注入時に、表面平衡チャンバ１１０／２１０内に前記ガス圧力が実質的に維持されることにある。注入時に実質的に前記ガス圧力を維持することによって、注入時のIII族窒化物半導体本体１４０／２４０の分解を高い注入温度に曝されるにもかかわらず防止することができる。その結果、III族窒化物半導体本体１４０／２４０の構造及び化学量論的特性を注入の間保存することができる。

【0040】

本願に開示する解決法によりもたらされる利点の幾つかが図４、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに示されている。最初に図４につき説明すると、図４は、一実施形態による高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体に形成されるＰ−Ｎ接合の断面図を示す。図４の構造４００はIII族窒化物半導体本体４４０内に形成されるＰ型領域４４２及びＮ型領域４４４を含む。III族窒化物半導体本体４４０は概して図１／は図２に示すIII族窒化物半導体本体１４０／２４０に対応し、対応する特徴によって生じる特性のどれでも共有することができる。

【0041】

図４に示されるように、Ｐ型領域４４２及びＮ型領域４４４はともにIII族窒化物半導体本体４４０内に空間的に閉じ込められ、互いに横方向に隣接するように選択的に形成されている。更に、空間的に閉じ込められたＰ型領域４４２及び空間的に閉じ込められたＮ型領域４４４は、有利なことに、それらの界面／重複部分でＰ−Ｎ接合を生成するように、横方向に空間的に閉じ込められ且つ隣接するように注入されている。この構造４００は、例えばダイオードの実装に使用することができ、またIII族窒化物半導体本体４４０内に製造されるバイポーラ接合トランジスタ一部分とすることができる。

【0042】

図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに移り説明すると、図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃは様々な実施形態による高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に形成られた埋め込みＰ型及び/又はＮ型領域のそれぞれの断面図を示す。図５Ａの構造５００ＡはIII族窒化物半導体本体５４０内に形成された空間的に閉じ込められたＰ型領域５４２を含んでいる。III族窒化物半導体本体５４０は概して図１／２に示すIII族窒化物半導体本体１４０／２４０に対応し、対応する特徴によって生じる特性の何れも共有することができる。図５Ａに示されるように、Ｐ型領域５４２はIII族窒化物半導体本体５４０内に空間的に閉じ込められ、III族窒化物半導体本体５４０の上面から所定の深さに埋め込まれている。

【0043】

続いて図５Ｂにつき説明すると、図５Ｂの構造５００ＢはIII族窒化物半導体本体５４０内に形成された空間的に閉じ込められたＮ型領域５４４を含んでいる。図５Ｂに示されるように、Ｎ型領域５４４はIII族窒化物半導体本体５４０内に空間的に閉じ込められ、III族窒化物半導体本体５４０の上面から所定の深さに埋め込まれている。

【0044】

図５Ｃを参照すると、構造５００ＣはIII族窒化物半導体本体５４０内に形成された空間的に閉じ込められたＰ型領域５４２及び空間的に閉じ込められたＮ型領域５４４を含んでいる。Ｐ型領域５４２及びＮ型領域５４４はIII族窒化物半導体本体５４０内に空間的に閉じ込められ、横方向に隣り合うように又は互いに隣接するように選択的に形成することができる。図５Ｃに示されるように、Ｐ型領域５４２及びＮ型領域５４４はIII族窒化物半導体本体５４０内に空間的に閉じ込められ、III族窒化物半導体本体５４０の上面から所定の深さに埋め込まれている。

【0045】

図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに移り説明すると、図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、様々な実施形態による高温表面平衡状態でのイオン注入の結果としてIII族窒化物半導体本体内に縦方向に積み重ねられたＰ型及びＮ型領域のそれぞれの断面図を示す。図６Ａの構造６００Ａは、III族窒化物半導体本体６４０内に形成された空間的に閉じ込められたＮ型領域６４４、及びIII族窒化物半導体本体６４０の上面に又はその近くに形成され且つＮ型領域６４４の上に積み重ねられた空間的に閉じ込められたＰ型領域６４２を含んでいる。III族窒化物半導体本体６４０は概して図１／２に示すIII族窒化物半導体本体１４０／２４０に対応し、対応する特徴によって生じる特性の何れも共有することができる。

【0046】

続いて図６Ｂにつき説明すると、構造６００ＢはIII族窒化物半導体本体６４０内に形成され且つ空間的に閉じ込められたＰ型領域６４２の上に積み重ねられた空間的に閉じ込められたＮ型領域を含んでいる。図５Ｂに示されるように、Ｐ型領域６４２及びＮ型領域６４４はIII族窒化物半導体本体６４０内に空間的に閉じ込められ、III族窒化物半導体本体６４０の上面の下方にそれぞれ所定の深さに埋め込まれている。

【0047】

図６Ａ及び６ＢはIII族窒化物半導体本体６４０内に空間的に閉じ込められ、縦方向に互いに積み重ねられた２つの異なる注入領域の構造を示すが、３つ以上の空間的に閉じ込められた領域を縦方向に積み重ねてＰ−Ｎ−Ｐ又はＮ−Ｐ−Ｎ構造を形成することもできることに留意されたい。Ｐ型領域６４２ａ、６４２ｂ及びＮ型領域６４４はIII族窒化物半導体本体６４０内に空間的に閉じ込められ、これらの領域はＮ型領域６４４がＰ型領域６４２ａとＰ型領域６４２ｂとの間に形成されるように選択的に形成されている。更に、このような実施形態では、上部ドープ領域（例えば図６ＣのＰ型領域６４２ａ）はIII族窒化物半導体本体６４０の上面に又はその近くに形成することでき、またIII族窒化物半導体本体６４０の上面より相当下方の深さに位置するように埋め込むこともできる。同様に、下部ドープ領域（例えば図６ＣのＰ型領域６４２ｂ）はIII族窒化物半導体本体６４０の底面に又はその近くに形成することができ、また底面より相当上方の高さに位置させることもできる。

【0048】

従って、本願に開示する概念によれば、半導体材料の構造及び化学量論的特性を保存しながら、横方向に選択的なIII族窒化物半導体本体の空間的に閉じ込められたイオン注入が高い注入温度で可能になる。結果として、本願はIII族窒化物半導体本体内における接合技術を有利に実行可能にする手法を開示している。更に、本発明の概念はＮ型又はＰ型ドーパント注入を容易にするために適用し得るため、バイポーラ又は低減表面電界（ＲＥＳＵＲＦ）デバイスの製造を大幅に達成用にすることができる。

【0049】

以上の説明から明らかなように、本願に記載の発明の概念は本発明の概念の範囲を逸脱することなく種々の技術を用いて実施することができる。更に、特に幾つかの実施形態について本発明の概念を説明したが、当業者であれば、それらの形態及び細部に本発明の概念の精神及び範囲を逸脱することなく種々な変更を加えることができることは理解されよう。従って、上述した実施形態はあらゆる点において例示的なものであり、限定的なものではないと考慮されたい。更に、本発明は上述した特定の実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなしに、本発明に多くの再配置、変形及び置換を行い得ることを理解されたい。

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図1】

【図2】