特開 2023-34052 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023034052

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20230306BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20230306BHJP

   H01L 21/338 20060101ALI20230306BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/20

H01L29/80 H

C23C16/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021140114

(22)【出願日】2021-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】宮下 耕平

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

5F102

5F152

【Ｆターム（参考）】

4K030AA11

4K030AA13

4K030AA17

4K030BA02

4K030BA08

4K030BA38

4K030BB02

4K030BB12

4K030CA04

4K030CA12

4K030DA01

4K030DA08

4K030FA10

4K030HA01

4K030JA10

4K030LA14

5F045AA04

5F045AB09

5F045AB14

5F045AB17

5F045AC08

5F045AC12

5F045AC13

5F045AC15

5F045AD14

5F045AD15

5F045AD16

5F045AF02

5F045AF03

5F045AF09

5F045AF14

5F045BB12

5F045CA07

5F045DA53

5F045EN04

5F045HA13

5F102GB01

5F102GC01

5F102GD01

5F102GJ02

5F102GK04

5F102GL04

5F102GM04

5F102GM08

5F102GQ01

5F102GR01

5F102GR04

5F102GV05

5F102HC01

5F102HC15

5F152LL05

5F152LM09

5F152LN03

5F152LN34

5F152MM05

5F152NN05

5F152NP09

5F152NQ09

(57)【要約】

【課題】結晶欠陥を低減できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、単結晶基板の第１主面に第１ＡｌＮ層を形成する工程と、前記第１ＡｌＮ層の一部のエッチングを行うことにより、前記第１ＡｌＮ層から前記第１主面の上に複数のＡｌＮ種結晶を形成する工程と、前記ＡｌＮ種結晶を成長核として用い、前記第１主面に第２ＡｌＮ層を形成する工程と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶基板の第１主面に第１ＡｌＮ層を形成する工程と、
前記第１ＡｌＮ層の一部のエッチングを行うことにより、前記第１ＡｌＮ層から前記第１主面の上に複数のＡｌＮ種結晶を形成する工程と、
前記ＡｌＮ種結晶を成長核として用い、前記第１主面に第２ＡｌＮ層を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記第２ＡｌＮ層の上に、Ｇａを含む窒化物半導体層を形成する工程を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記第１ＡｌＮ層を形成する工程では、前記第１主面の全体が前記第１ＡｌＮ層により覆われる請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記第１ＡｌＮ層を形成する工程は、トリメチルアルミニウムガス、アンモニアガス及び水素ガスを成膜チャンバ内に供給する工程を有し、
前記第１ＡｌＮ層のエッチングを行う工程は、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、前記水素ガスを前記成膜チャンバ内に供給し続けながら、前記トリメチルアルミニウムガスの前記成膜チャンバ内への供給を停止することにより、前記第１ＡｌＮ層の一部を昇華させる工程を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１ＡｌＮ層のエッチングを行う工程では、前記アンモニアガスの前記成膜チャンバ内への供給を継続する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記第１ＡｌＮ層のエッチングを行う工程は、８５０℃以上１１００℃以下の温度で、塩化水素ガスを用いて前記第１ＡｌＮ層のドライエッチングを行うことにより、前記第１ＡｌＮ層の一部を除去する工程を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記ＡｌＮ種結晶の平均高さは、前記第１主面に存在するステップの平均高さの２．０倍以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記単結晶基板は、ＳｉＣ単結晶基板である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

ＳｉＣ単結晶基板の第１主面に第１ＡｌＮ層を形成する工程と、
前記第１ＡｌＮ層の一部のエッチングを行うことにより、前記第１ＡｌＮ層から前記第１主面の上に複数のＡｌＮ種結晶を形成する工程と、
前記ＡｌＮ種結晶を成長核として用い、前記第１主面に第２ＡｌＮ層を形成する工程と、
前記第２ＡｌＮ層の上に、Ｇａを含む窒化物半導体層を形成する工程と、
を有し、
前記第１ＡｌＮ層を形成する工程は、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、トリメチルアルミニウムガス、アンモニアガス及び水素ガスを成膜チャンバ内に供給する工程を有し、
前記第１ＡｌＮ層のエッチングを行う工程は、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、前記アンモニアガス及び前記水素ガスを前記成膜チャンバ内に供給し続けながら、前記トリメチルアルミニウムガスの前記成膜チャンバ内への供給を停止することにより、前記第１ＡｌＮ層の一部を昇華させる工程を有する半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ基板の上に、上面に凹凸を有するＡｌＮバッファ層を形成し、ＡｌＮバッファ層の上に電子走行層及び電子供給層等の半導体層を形成する半導体装置の製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－００４９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

窒化物半導体を用いた半導体装置について種々の用途が検討されている。用途によっては、窒化物半導体層中のピット等の結晶欠陥をより低減することが望まれる。

【0005】

本開示は、結晶欠陥を低減できる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】

【0006】

本開示の半導体装置の製造方法は、単結晶基板の第１主面に第１ＡｌＮ層を形成する工程と、前記第１ＡｌＮ層の一部のエッチングを行うことにより、前記第１ＡｌＮ層から前記第１主面の上に複数のＡｌＮ種結晶を形成する工程と、前記ＡｌＮ種結晶を成長核として用い、前記第１主面に第２ＡｌＮ層を形成する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、結晶欠陥を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その５）である。

【図7】図７は、第１実施形態におけるＡｌＮバッファ層の形成過程を示す模式図（その１）である。

【図8】図８は、第１実施形態におけるＡｌＮバッファ層の形成過程を示す模式図（その２）である。

【図9】図９は、第１実施形態におけるＡｌＮバッファ層の形成過程を示す模式図（その３）である。

【図10】図１０は、参考例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図11】図１１は、参考例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図12】図１２は、参考例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図13】図１３は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0010】

〔１〕 本開示の一態様に係る半導体装置の製造方法は、単結晶基板の第１主面に第１ＡｌＮ層を形成する工程と、前記第１ＡｌＮ層の一部のエッチングを行うことにより、前記第１ＡｌＮ層から前記第１主面の上に複数のＡｌＮ種結晶を形成する工程と、前記ＡｌＮ種結晶を成長核として用い、前記第１主面に第２ＡｌＮ層を形成する工程と、を有する。

【0011】

第１ＡｌＮ層の形成及びエッチングを通じてＡｌＮ種結晶を形成する。そして、ＡｌＮ種結晶を成長核として第２ＡｌＮ層を形成する。このため、第２ＡｌＮ層の上に形成される半導体層中の結晶欠陥を低減できる。

【0012】

〔２〕 〔１〕において、前記第２ＡｌＮ層の上に、Ｇａを含む窒化物半導体層を形成してもよい。この場合、ＧａＮ系の半導体装置が得られる。

【0013】

〔３〕 〔１〕又は〔２〕において、前記第１ＡｌＮ層を形成する工程では、前記第１主面の全体が前記第１ＡｌＮ層により覆われてもよい。この場合、第１主面にＡｌＮ種結晶を均一に分散させやすい。

【0014】

〔４〕 〔１〕～〔３〕において、前記第１ＡｌＮ層を形成する工程は、トリメチルアルミニウムガス、アンモニアガス及び水素ガスを成膜チャンバ内に供給する工程を有し、前記第１ＡｌＮ層のエッチングを行う工程は、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、前記水素ガスを前記成膜チャンバ内に供給し続けながら、前記トリメチルアルミニウムガスの前記成膜チャンバ内への供給を停止することにより、前記第１ＡｌＮ層の一部を昇華させる工程を有してもよい。この場合、第１ＡｌＮ層の形成及びエッチングを共通の成膜チャンバ内で行うことができる。

【0015】

〔５〕 〔４〕において、前記第１ＡｌＮ層のエッチングを行う工程では、前記アンモニアガスの前記成膜チャンバ内への供給を継続してもよい。第２ＡｌＮ層の形成にアンモニアガスを用いる場合、アンモニアガスの供給を継続することで、アンモニアガスの流量を安定させやすい。

【0016】

〔６〕 〔１〕～〔３〕において、前記第１ＡｌＮ層のエッチングを行う工程は、８５０℃以上１１００℃以下の温度で、塩化水素ガスを用いて前記第１ＡｌＮ層のドライエッチングを行うことにより、前記第１ＡｌＮ層の一部を除去する工程を有してもよい。この場合、第１ＡｌＮ層のエッチングを短時間で行いやすい。

【0017】

〔７〕 〔１〕～〔６〕において、前記ＡｌＮ種結晶の平均高さは、前記第１主面に存在するステップの平均高さの２．０倍以下であってもよい。この場合、ＡｌＮ種結晶の大きさのばらつきを低減しやすい。

【0018】

〔８〕 〔１〕～〔７〕において、前記単結晶基板は、ＳｉＣ単結晶基板であってもよい。この場合、良好な結晶性の半導体層を形成しやすい。

【0019】

〔９〕 本開示の他の一態様に係る半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ単結晶基板の第１主面に第１ＡｌＮ層を形成する工程と、前記第１ＡｌＮ層の一部のエッチングを行うことにより、前記第１ＡｌＮ層から前記第１主面の上に複数のＡｌＮ種結晶を形成する工程と、前記ＡｌＮ種結晶を成長核として用い、前記第１主面に第２ＡｌＮ層を形成する工程と、前記第２ＡｌＮ層の上に、Ｇａを含む窒化物半導体層を形成する工程と、を有し、前記第１ＡｌＮ層を形成する工程は、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、トリメチルアルミニウムガス、アンモニアガス及び水素ガスを成膜チャンバ内に供給する工程を有し、前記第１ＡｌＮ層のエッチングを行う工程は、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、前記アンモニアガス及び前記水素ガスを前記成膜チャンバ内に供給し続けながら、前記トリメチルアルミニウムガスの前記成膜チャンバ内への供給を停止することにより、前記第１ＡｌＮ層の一部を昇華させる工程を有する。

【0020】

第１ＡｌＮ層の形成及びエッチングを通じてＡｌＮ種結晶を形成する。そして、ＡｌＮ種結晶を成長核として第２ＡｌＮ層を形成する。このため、第２ＡｌＮ層の上に形成される半導体層中の結晶欠陥を低減できる。また、第１ＡｌＮ層の形成及びエッチングを共通の成膜チャンバ内で行うことができ、第２ＡｌＮ層の形成にアンモニアガスを用いる場合、アンモニアガスの供給を継続することで、アンモニアガスの流量を安定させやすい。

【0021】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

【0022】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態はＧａＮ系高電子移動度トランジスタ（high electron mobility transistor：ＨＥＭＴ）を含む半導体装置の製造方法に関する。図１は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図２～図６は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図７～図９は、第１実施形態におけるＡｌＮバッファ層の形成過程を示す模式図である。

【0023】

第１実施形態では、まず、ＳｉＣ単結晶基板１０を成膜チャンバ内に設置する（ステップＳ１１）。次に、図２に示すように、例えば有機金属気相成長（metal organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、ＳｉＣ単結晶基板１０の上面１０Ａに第１ＡｌＮ層１１を形成する（ステップＳ１２）。ＳｉＣ単結晶基板１０はオフ角を有してもよい。上面１０Ａは、例えばＳｉＣ単結晶のＳｉ面である。第１ＡｌＮ層１１は上面１０Ａ上にエピタキシャル成長する。例えば、第１ＡｌＮ層１１は上面１０Ａの全体を覆うように形成される。第１ＡｌＮ層１１の平均厚さは、好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、より好ましくは３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。第１ＡｌＮ層１１を形成する際には、例えば、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス、アンモニア（ＮＨ_３）ガス及び水素（Ｈ_２）ガスを、ＳｉＣ単結晶基板１０が収容された成膜チャンバ内に供給する。上面１０Ａは第１主面の一例である。

【0024】

図７に示すように、ＳｉＣ単結晶基板１０の上面１０Ａには、テラス２１、ステップ２２及びキンク２３が存在する。ステップ２２とは、一般的に結晶成長時に生じる原子レベルの高さの小さな階段のことを表し、ステップ２２の比較的平らな表面の部分をテラス２１と呼ぶ。また、ステップ２２の折れ曲がったところをキンク２３と言う。ＴＭＡガスに含まれるＡｌとＮＨ_３ガスに含まれるＮとが結合して第１ＡｌＮ層１１が形成されるが、その初期段階では、上面１０Ａの複数箇所で核３１が生成する。核３１は、ステップ２２及びキンク２３から生成しやすいが、不可避的に、ＴＭＡガス及びＮＨ_３ガスに濃度のむらがあったり、上面１０Ａに温度のむらがあったりするため、核３１が生成する箇所は制御しにくい。また、生成する核３１の大きさも制御しにくい。

【0025】

その後、ＴＭＡガス、ＮＨ_３ガス及びＨ_２ガスの成膜チャンバ内への供給を継続すると、核３１からＡｌＮが３次元的に成長し、図８に示すように、第１ＡｌＮ層１１が形成される。図８では、便宜上、第１ＡｌＮ層１１の上面が平坦であるが、第１ＡｌＮ層１１の上面に凹凸が形成されてもよい。

【0026】

第１ＡｌＮ層１１の形成後、図３に示すように、第１ＡｌＮ層１１の一部のエッチングを行うことにより、第１ＡｌＮ層１１からＳｉＣ単結晶基板１０の上面１０Ａの上に複数のＡｌＮ種結晶１２を形成する（ステップＳ１３）。第１ＡｌＮ層１１のエッチングを行う際には、例えば、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、ＮＨ_３ガス及びＨ_２ガスを成膜チャンバ内に供給し続けながら、ＴＭＡガスの成膜チャンバ内への供給を停止することにより、第１ＡｌＮ層１１の一部を昇華させる。

【0027】

第１ＡｌＮ層１１を構成するＡｌＮとＳｉＣ単結晶基板１０を構成するＳｉＣとの間の結合は、ステップ２２及びキンク２３において、テラス２１における結合よりも強い。このため、第１ＡｌＮ層１１のエッチングをすすめていくと、図９に示すように、ステップ２２及びキンク２３に優先的に第１ＡｌＮ層１１が残存し、複数のＡｌＮ種結晶１２が形成される。エッチング後に残存するＡｌＮ種結晶１２の平均高さは、上面１０Ａに存在するステップ２２の平均高さの、好ましくは２．０倍以下であり、より好ましくは１．０倍以下である。エッチング後に残存するＡｌＮ種結晶１２の大きさのばらつきを低減しやすいためである。

【0028】

ステップ２２及びキンク２３は上面１０Ａ内に比較的に均一な密度で分散している。このため、上面１０Ａ内においてＡｌＮ種結晶１２は核３１よりも均一な密度で分散しやすい。また、ＡｌＮ種結晶１２はステップ２２及びキンク２３に優先的に形成されるため、ＡｌＮ種結晶１２の大きさは核３１の大きさよりも揃いやすい。

【0029】

ＡｌＮ種結晶１２の形成後、図４に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ種結晶１２を成長核として用い、ＳｉＣ単結晶基板１０の上面１０Ａに第２ＡｌＮ層１３をＡｌＮバッファ層として形成する（ステップＳ１４）。第２ＡｌＮ層１３は上面１０Ａ上にエピタキシャル成長する。例えば、第２ＡｌＮ層１３は、Ｓ－Ｋ成長モード（Stranski-Krastanov Growth Mode）で島状に成長する。第２ＡｌＮ層１３の平均厚さは、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。第２ＡｌＮ層１３を形成する際には、例えば、１０００℃以上１２００℃以下の温度で、ＴＭＡガス、ＮＨ_３ガス及びＨ_２ガスを、ＳｉＣ単結晶基板１０が収容された成膜チャンバ内に供給する。

【0030】

上面１０Ａ内でのＡｌＮ種結晶１２の密度及び大きさのばらつきは小さく、第２ＡｌＮ層１３はＡｌＮ種結晶１２を成長核として３次元的に成長する。このため、島状に成長した第２ＡｌＮ層１３に含まれる複数の凸部１３Ａの間での密度及び大きさのばらつきも小さい。なお、各凸部１３Ａは、複数のＡｌＮ種結晶１２を包むように形成される。

【0031】

第２ＡｌＮ層１３の形成後、図５に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、第２ＡｌＮ層１３の上に電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６を形成する（ステップＳ１５）。電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６は第２ＡｌＮ層１３の上面上にエピタキシャル成長する。例えば、電子走行層１４はＧａＮ層であり、電子供給層１５はＡｌＧａＮ層であり、キャップ層１６はＧａＮ層である。電子走行層１４の形成及びキャップ層１６の形成の際には、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、ＮＨ_３ガス及びＨ_２ガスを、ＳｉＣ単結晶基板１０が収容された成膜チャンバ内に供給する。また、電子供給層１５の形成の際には、例えば、ＴＭＡガス、ＴＭＧガス、ＮＨ_３ガス及びＨ_２ガスを、ＳｉＣ単結晶基板１０が収容された成膜チャンバ内に供給する。

【0032】

第２ＡｌＮ層１３に含まれる複数の凸部１３Ａの間での密度及び大きさのばらつきが小さいため、電子走行層１４は上面１０Ａ内で均一に成長でき、電子走行層１４内に転位が発生しにくい。従って、ピット等の結晶欠陥の発生が抑制される。電子供給層１５及びキャップ層１６においても、同様に、ピット等の結晶欠陥の発生が抑制される。

【0033】

キャップ層１６の形成後、第２ＡｌＮ層１３、電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６が形成されたＳｉＣ単結晶基板１０を成膜チャンバから取り出す（ステップＳ１６）。次に、図６に示すように、キャップ層１６の一部を除去し、ソース電極１７Ｓ及びドレイン電極１７Ｄを形成する。また、ゲート電極１７Ｇをキャップ層１６上に形成する。その後、キャップ層１６を覆う保護膜１８を形成する（ステップＳ１７）。

【0034】

このようにして、ＧａＮ系ＨＥＭＴを含む半導体装置を製造できる。

【0035】

第１実施形態では、第１ＡｌＮ層１１の形成及びエッチングを通じてＡｌＮ種結晶１２を形成する。そして、ＡｌＮ種結晶１２を成長核として第２ＡｌＮ層１３を形成する。このため、第２ＡｌＮ層１３に含まれる複数の凸部１３Ａの間での密度及び大きさのばらつきを抑制できる。従って、第２ＡｌＮ層１３の上に形成される電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６（窒化物半導体層）中の結晶欠陥を低減できる。

【0036】

また、第１ＡｌＮ層１１の形成からキャップ層１６の形成までの処理を単一の成膜チャンバ内で実行できる。このため、これらの処理を連続して行うことができる。また、成膜チャンバの外部への取り出しに伴う酸化等も回避できる。

【0037】

ここで、第１実施形態との比較のために、参考例について説明する。図１０～図１２は、参考例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【0038】

参考例では、図１０に示すように、ＳｉＣ単結晶基板１０の上面１０Ａに、第１ＡｌＮ層１１と同様にＡｌＮ層５１を形成する。次に、図１１に示すように、ＡｌＮ層５１の上に電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６を形成する。次に、図１２に示すように、第１実施形態と同様に、ソース電極１７Ｓ、ドレイン電極１７Ｄ、ゲート電極１７Ｇ及び保護膜１８を形成する。

【0039】

ＡｌＮ層５１の形成の初期段階で核が生成するが、第１ＡｌＮ層１１の形成の初期段階における核３１と同様に、核が生成する箇所及び核の大きさを制御しにくい。このため、ＡｌＮ層５１に含まれる複数の凸部５１Ａの間で密度及び大きさがばらつきやすい。従って、第１実施形態により製造された半導体装置と比較すると、比較例により製造された半導体装置の電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６における結晶欠陥は多くなる。逆の見方をすると、第１実施形態によれば、参考例よりも結晶欠陥を低減できる。

【0040】

なお、第１ＡｌＮ層１１のエッチングを行う際に、ＴＭＡガスだけでなくＮＨ_３ガスの成膜チャンバへの供給も停止してよい。ただし、第１ＡｌＮ層１１のエッチング後に第２ＡｌＮ層１３を形成する際にＮＨ_３ガスを供給するため、ＮＨ_３ガスの流量の安定性の観点からＮＨ_３ガスの供給は継続することが好ましい。

【0041】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主として、第１ＡｌＮ層１１のエッチング方法の点で第１実施形態と相違する。図１３は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【0042】

第２実施形態では、まず、第１実施形態のステップＳ１１～Ｓ１２と同様に、ＳｉＣ単結晶基板１０を成膜チャンバ内に設置し（ステップＳ２１）、第１ＡｌＮ層１１を形成する（ステップＳ２２）。

【0043】

次に、第１ＡｌＮ層１１が形成されたＳｉＣ単結晶基板１０を成膜チャンバから取り出す（ステップＳ２３）。次に、第１ＡｌＮ層１１の一部のエッチングを行うことにより、第１ＡｌＮ層１１からＳｉＣ単結晶基板１０の上面１０Ａの上に複数のＡｌＮ種結晶１２を形成する（ステップＳ２４）。第１ＡｌＮ層１１のエッチングを行う際には、例えば、エッチング装置内で、８５０℃以上１１００℃以下の温度で、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを用いて第１ＡｌＮ層１１のドライエッチングを行うことにより、第１ＡｌＮ層１１の一部を除去する。ＨＣｌガスのキャリアガスとしてＨ_２ガス又は窒素（Ｎ_２）ガスを用いてもよい。第２実施形態においても、図９に示すように、ステップ２２及びキンク２３に優先的に第１ＡｌＮ層１１が残存し、複数のＡｌＮ種結晶１２が形成される。

【0044】

ＡｌＮ種結晶１２の形成後、ＡｌＮ種結晶１２が形成されたＳｉＣ単結晶基板１０を、再度、成膜チャンバ内に設置する（ステップＳ２５）。次に、第１実施形態のステップＳ１４～Ｓ１５と同様に、第２ＡｌＮ層１３を形成し（ステップＳ２６）、電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６を形成する（ステップＳ２７）。

【0045】

次に、第１実施形態のステップＳ１６～Ｓ１７と同様に、第２ＡｌＮ層１３、電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６が形成されたＳｉＣ単結晶基板１０を成膜チャンバから取り出し（ステップＳ２８）、保護膜１８を形成する（ステップＳ２９）。

【0046】

このようにして、ＧａＮ系ＨＥＭＴを含む半導体装置を製造できる。

【0047】

第２実施形態でも、ＡｌＮ種結晶１２を成長核として第２ＡｌＮ層１３を形成するため、第２ＡｌＮ層１３に含まれる複数の凸部１３Ａの間での密度及び大きさのばらつきを抑制できる。従って、第２ＡｌＮ層１３の上に形成される電子走行層１４、電子供給層１５及びキャップ層１６（窒化物半導体層）中の結晶欠陥を低減できる。

【0048】

また、第１ＡｌＮ層１１のエッチングとして、ＨＣｌガスを用いたドライエッチングを行うため、短時間でＡｌＮ種結晶１２を形成できる。

【0049】

本願発明者が、第２実施形態、上記の参考例に倣ってＧａＮの電子走行層１４を形成し、それぞれについて電子走行層１４中のピットの個数密度を測定したところ、第２実施形態における個数密度は、参考例の１／４０～１／３０程度であった。

【0050】

なお、単結晶基板はＳｉＣ単結晶基板に限定されず、例えば、ＡｌＮ単結晶基板、ＧａＮ単結晶基板、サファイア単結晶基板、Ｓｉ単結晶基板等を用いてもよい。

【0051】

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0052】

１０：ＳｉＣ単結晶基板
１０Ａ：上面
１１：第１ＡｌＮ層
１２：ＡｌＮ種結晶
１３：第２ＡｌＮ層
１３Ａ：凸部
１４：電子走行層
１５：電子供給層
１６：キャップ層
１７Ｄ：ドレイン電極
１７Ｇ：ゲート電極
１７Ｓ：ソース電極
１８：保護膜
２１：テラス
２２：ステップ
２３：キンク
３１：核
５１：ＡｌＮ層
５１Ａ：凸部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】