▶ 株式会社デンソーの特許一覧 ▶ トヨタ自動車株式会社の特許一覧 ▶ 株式会社ミライズテクノロジーズの特許一覧
(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】P2024064553
(43)【公開日】2024-05-14
(54)【発明の名称】窒化物半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/265 20060101AFI20240507BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240507BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20240507BHJP
【ＦＩ】
H01L21/265 601A
H01L21/265 602A
H01L29/78 658A
H01L29/78 652T
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022173224
(22)【出願日】2022-10-28
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 健太
(72)【発明者】
【氏名】大川 峰司
(57)【要約】
【課題】高温の熱処理中に窒化物半導体層の表面から窒素が抜けるのを抑えるのに好適なキャップ層を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置（１）の製造方法は、ＧａＮを材料とする窒化物半導体層（１４）にドーパントをイオン注入する工程と、窒化物半導体層の表面の少なくとも一部にキャップ層（５０）を形成する工程と、熱処理によって前記ドーパントを活性化させるアニール工程と、を備えており、前記キャップ層は、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料を含む。
【選択図】図２
【解決手段】窒化物半導体装置（１）の製造方法は、ＧａＮを材料とする窒化物半導体層（１４）にドーパントをイオン注入する工程と、窒化物半導体層の表面の少なくとも一部にキャップ層（５０）を形成する工程と、熱処理によって前記ドーパントを活性化させるアニール工程と、を備えており、前記キャップ層は、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒化物半導体装置（１）の製造方法であって、
ＧａＮを材料とする窒化物半導体層（１４）にドーパントをイオン注入する工程と、
窒化物半導体層の表面の少なくとも一部にキャップ層（５０）を形成する工程と、
熱処理によって前記ドーパントを活性化させるアニール工程と、を備えており、
前記キャップ層は、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料を含む、製造方法。
ＧａＮを材料とする窒化物半導体層（１４）にドーパントをイオン注入する工程と、
窒化物半導体層の表面の少なくとも一部にキャップ層（５０）を形成する工程と、
熱処理によって前記ドーパントを活性化させるアニール工程と、を備えており、
前記キャップ層は、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料を含む、製造方法。
【請求項2】
前記キャップ層は、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項3】
前記キャップ層は、ＳｃＮとＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）の少なくともいずれか一方の材料を含む、請求項２に記載の製造方法。
【請求項4】
前記キャップ層は、
前記窒化物半導体層の前記表面上に形成されている第１キャップ層（５２）と、
前記第１キャップ層上に形成されている第２キャップ層（５４）と、を有しており、
前記第１キャップ層の材料が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）であり、
前記第２キャップ層が、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項２に記載の製造方法。
前記窒化物半導体層の前記表面上に形成されている第１キャップ層（５２）と、
前記第１キャップ層上に形成されている第２キャップ層（５４）と、を有しており、
前記第１キャップ層の材料が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）であり、
前記第２キャップ層が、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項２に記載の製造方法。
【請求項5】
前記第１キャップ層は、組成が異なる複数のＡｌＧａＮ層（５６，５８）が積層して構成されている、請求項４に記載の製造方法。
【請求項6】
前記第１キャップ層を構成する前記複数のＡｌＧａＮ層では、前記窒化物半導体層の前記表面から離れるにつれてアルミニウムの組成比が増加するように構成されている、請求項５に記載の製造方法。
【請求項7】
前記第１キャップ層（５２）と前記第２キャップ層（５４）が厚み方向に交互に繰り返した超格子構造を構成しており、
前記第１キャップ層の材料が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）であり、
前記第２キャップ層が、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項２に記載の製造方法。
前記第１キャップ層の材料が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）であり、
前記第２キャップ層が、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項２に記載の製造方法。
【請求項8】
前記キャップ層上にカーボン膜を形成する工程、をさらに備えている、請求項１～７のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書が開示する技術は、窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＧａＮ（窒化ガリウム）を材料とする窒化物半導層にイオン注入されたドーパントを活性化するために、１２００℃以上の高温の熱処理が必要とされている。しかしながら、このような高温の熱処理を行うと、窒化物半導体層の表面から窒素が抜けて窒化物半導体層の表面にピットが形成されてしまう。
【0003】
特許文献１は、窒化物半導体層の表面から窒素が抜けるのを抑えるために、窒化物半導体層の表面にＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）からなるキャップ層を成膜する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－５３４０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）のキャップ層は、アルミニウムの組成比を小さくすれば、ＧａＮ（窒化ガリウム）を材料とする窒化物半導層との格子不整合度が小さくなって高温の熱処理中におけるクラックの発生を抑えられるものの、融点が低くなって耐熱性が悪化してしまう。一方、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）のキャップ層は、アルミニウムの組成比を大きくすれば、融点が高くなって耐熱性が向上するものの、ＧａＮ（窒化ガリウム）を材料とする窒化物半導層との格子不整合度が大きくなって高温の熱処理中にクラックが発生してしまう。このように、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）からなるキャップ層は、高温の熱処理におけるクラックの発生の抑制と耐熱性を両立させることが難しい。
【0006】
本明細書は、高温の熱処理中に窒化物半導体層の表面から窒素が抜けるのを抑えるのに好適なキャップ層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】
【0007】
本明細書が開示する窒化物半導体装置（１）の製造方法は、ＧａＮを材料とする窒化物半導体層（１４）にドーパントをイオン注入する工程と、窒化物半導体層の表面の少なくとも一部にキャップ層（５０）を形成する工程と、熱処理によってドーパントを活性化させるアニール工程と、を備えていてもよい。ここで、窒化物半導体層の表面は、キャップ層を形成しなければアニール工程で外部に露出する面である。窒化物半導体層の表面全体にキャップ層を形成してもよく、窒素抜けによるピットによって電気的特性が影響を受け得る表面の一部のみにキャップ層を形成してもよい。キャップ層は、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料を含む。上記製造方法で用いられるキャップ層は、特に限定されるものではないが、例えばＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含んでもよい。
【0008】
従来からよく用いられるキャップ層の材料であるＡｌＮ（窒化アルミニウム）は、ＧａＮ（窒化ガリウム）との格子不整合度が２．５％である。ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなるキャップ層は、高温の熱処理において、ＧａＮ（窒化ガリウム）を材料とする窒化物半導体層との格子定数差に起因してクラックの発生が問題となっていた。上記製造方法で用いられるキャップ層に含まれる材料は、ＧａＮ（窒化ガリウム）との格子不整合度が２．５％未満であり、ＧａＮ（窒化ガリウム）との格子不整合度がＡｌＮ（窒化アルミニウム）よりも小さい材料である。このため、上記製造方法で用いられるキャップ層は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなるキャップ層よりもクラックの発生が抑えられる。さらに、上記製造方法で用いられるキャップ層に含まれる材料は、融点が１５００℃以上の材料である。このため、上記製造方法で用いられるキャップ層は、高温の熱処理中も安定しており、高い耐熱性を有することができる。このように、上記製造方法で用いられるキャップ層は、高温の熱処理におけるクラックの発生の抑制と耐熱性を両立することができるので、高温の熱処理中に窒化物半導体層の表面から窒素が抜けるのを抑えるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して本明細書が開示する半導体装置とその製造方法について説明する。各図面において、図示明瞭化を目的とし、共通する構成要素についてはそれらの１つの構成要素にのみ符号を付すことがある。
【0011】
図１に示されるように、半導体装置１は、窒化物半導体基板１２と、窒化物半導体層１４と、窒化物半導体基板１２の下面を被覆するように設けられているドレイン電極３２と、窒化物半導体層１４の上面の一部を被覆するように設けられているソース電極３４と、窒化物半導体層１４の上面の一部を被覆するように設けられているプレーナー型の絶縁ゲート４０と、を備えている。絶縁ゲート４０は、ゲート絶縁膜４２とゲート電極４４を有している。
【0012】
窒化物半導体基板１２は、特に限定されるものではないが、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）を材料とする半導体基板であってもよい。窒化物半導体基板１２は、ｎ型のドーパントを高濃度に含んでおり、ドレイン領域２１として機能する部分でもある。ｎ型のドーパントは、特に限定されるものではないが、例えばシリコンであってもよい。ドレイン領域２１は、ドレイン電極３２にオーミック接触している。
【0013】
窒化物半導体層１４は、窒化物半導体基板１２の上面に接するように設けられている。窒化物半導体層１４は、ＧａＮ（窒化ガリウム）を材料とする半導体層である。窒化物半導体層１４は、結晶成長技術を利用して、窒化物半導体基板１２の上面から結晶成長して形成されている。窒化物半導体層１４には、ｎ型のドリフト領域２２と、ｐ-型のボディ領域２４と、ｎ+型のソース領域２５と、ｐ+型のボディコンタクト領域２６と、が形成されている。
【0014】
ドリフト領域２２は、ドレイン領域２１の上面に接するように設けられており、ドレイン領域２１とボディ領域２４の間に配置されている。ドリフト領域２２はまた、窒化物半導体層１４の面方向（紙面左右方向）においてボディ領域２４に挟まれるように設けられたＪＦＥＴ領域２３を有している。換言すると、ＪＦＥＴ領域２３は、窒化物半導体層１４の上面からボディ領域２４を貫通するように設けられたドリフト領域２２の一部である。ＪＦＥＴ領域２３は、窒化物半導体層１４の上面に露出する位置に設けられており、絶縁ゲート４０に接している。ドリフト領域２２は、ｎ型のドーパントをドレイン領域２１よりも低濃度に含んでいる。ｎ型のドーパントは、特に限定されるものではないが、例えばシリコンであってもよい。
【0015】
ボディ領域２４は、ドリフト領域２２の上面に接するように設けられており、ＪＦＥＴ領域２３の側面に隣接して配置されている。ボディ領域２４の一部は、窒化物半導体層１４の上面に露出する位置に設けられており、絶縁ゲート４０に接している。ボディ領域２４は、ｐ型のドーパントを含んでいる。ｐ型のドーパントは、特に限定されるものではないが、例えばマグネシウムであってもよい。
【0016】
ソース領域２５は、ボディ領域２４の上面に接するように設けられており、ボディ領域２４によってドリフト領域２２から隔てられている。ソース領域２５は、窒化物半導体層１４の上面に露出する位置に設けられており、絶縁ゲート４０に接している。ソース領域２５は、ｎ型のドーパントをドリフト領域２２よりも高濃度に含んでいる。ｎ型のドーパントは、特に限定されるものではないが、例えばシリコンであってもよい。ソース領域２５は、ソース電極３４にオーミック接触している。
【0017】
ボディコンタクト領域２６は、ボディ領域２４の上面に接するように設けられている。ボディコンタクト領域２６は、窒化物半導体層１４の上面に露出する位置に設けられている。ボディコンタクト領域２６は、ｐ型のドーパントをボディ領域２４よりも高濃度に含んでいる。ｐ型のドーパントは、特に限定されるものではないが、例えばマグネシウムであってもよい。ボディコンタクト領域２６は、ソース電極３４にオーミック接触している。
【0018】
絶縁ゲート４０は、窒化物半導体層１４の上面の一部に接するように設けられており、酸化シリコンのゲート絶縁膜４２及びポリシリコンのゲート電極４４を有している。ゲート絶縁膜４２は、窒化物半導体層１４とゲート電極４４の間に配置されており、窒化物半導体層１４とゲート電極４４の双方に接している。ゲート電極４４は、ドリフト領域２２の一部であるＪＦＥＴ領域２３とソース領域２５を隔てる位置のボディ領域２４、及び、ＪＦＥＴ領域２３にゲート絶縁膜４２を介して対向している。
【0019】
次に、半導体装置１の動作を説明する。使用時には、ドレイン電極３２に正電圧が印加され、ソース電極３４が接地される。ゲート電極４４にゲート閾値電圧よりも高い正電圧が印加されると、ＪＦＥＴ領域２３とソース領域２５を隔てる部分のボディ領域２４、即ち、チャネル領域に反転層が形成される。チャネル領域に形成された反転層を介してソース領域２５からＪＦＥＴ領域２３に電子が流入する。ＪＦＥＴ領域２３に流入した電子は、そのＪＦＥＴ領域２３及びドリフト領域２２を縦方向に流れてドレイン電極３２に向かう。これにより、ドレイン電極３２とソース電極３４が導通し、半導体装置１がターンオンする。ゲート電極４４が接地されると、反転層が消失し、半導体装置１がターンオフする。このように、半導体装置１は、ゲート電極４４に印加する電圧に基づいてドレイン電極３２とソース電極３４の間のオンとオフを切り換えるスイッチング動作を実行することができる。
【0020】
【0021】
まず、図３に示されるように、結晶成長技術を利用して、窒化物半導体基板１２の上面から窒化物半導体層１４を結晶成長させる（図２のステップＳ１）。窒化物半導体層１４は、ｎ型のドーパントを含むように結晶成長して形成される。
【0022】
次に、図４に示されるように、イオン注入技術を利用して、ｐ型のドーパントおよびｎ型ドーパントを窒化物半導体層１４の上層部の所定領域に注入し、ボディ領域２４とソース領域２５とボディコンタクト領域２６を形成する（図２のステップＳ２）。これら半導体領域２４，２５，２６を形成する順序は特に限定されるものではない。
【0023】
次に、図５に示されるように、窒化物半導体層１４の上面および窒化物半導体基板１２の下面に、後述の熱処理中に窒素が抜けるのを抑えるためのキャップ層５０を形成する（図２のステップＳ３）。キャップ層５０は、結晶成長技術を利用して、窒化物半導体層１４の上面および窒化物半導体基板１２の下面から結晶成長して形成される。なお、キャップ層５０は、窒化物半導体層１４の上面のみに形成されてもよい。窒化物半導体層１４の上面は、チャネル領域となる部分を含んでおり、窒素抜けによるピットが形成されると電気的特性が悪影響を受け易い表面である。このため、キャップ層５０は、少なくとも窒化物半導体層１４の上面に形成されていればよい。
【0024】
キャップ層５０に含まれる材料は、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料である。キャップ層５０は、特に限定されるものではないが、例えばＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含んでもよい。これら材料で例示されるような層、即ち、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料で構成される層を本明細書では高融点格子整合層という。
【0025】
次に、半導体領域２４，２５，２６を活性化するための熱処理を実施する（図２のステップＳ４）。熱処理の温度は、特に限定されるものではないが、例えば１２００℃以上かつ１５００℃未満であってもよい。このような高温の熱処理により、注入されたドーパント、特に、ｐ型のドーパントであるマグネシウムを良好に活性化させることができる。
【0026】
従来からよく用いられるキャップ層の材料であるＡｌＮ（窒化アルミニウム）は、ＧａＮ（窒化ガリウム）との格子不整合度が２．５％である。ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなるキャップ層は、高温の熱処理において、ＧａＮ（窒化ガリウム）の窒化物半導体層との格子定数差に起因してクラックの発生が問題となっていた。上記製造方法で用いられるキャップ層５０に含まれる材料は、ＧａＮ（窒化ガリウム）との格子不整合度が２．５％未満の材料であり、ＧａＮ（窒化ガリウム）との格子不整合度がＡｌＮ（窒化アルミニウム）よりも小さい材料である。このため、上記製造方法で用いられるキャップ層５０は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなるキャップ層よりもクラックの発生が抑えられる。なお、キャップ層５０に含まれる材料は、ＳｃＮまたはＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）であってもよい。これら材料は、ＧａＮ（窒化ガリウム）との格子不整合度が０．１％以下の材料である。このため、これら材料のキャップ層５０は、高温の熱処理においてクラックの発生が顕著に抑えられる。
【0027】
さらに、上記製造方法で用いられるキャップ層５０に含まれる材料は、融点が１５００℃以上の材料である。このため、上記製造方法で用いられるキャップ層５０は、高温の熱処理中も安定しており、高い耐熱性を有することができる。このように、上記製造方法で用いられるキャップ層５０は、高温の熱処理におけるクラックの発生の抑制と耐熱性を両立することができるので、高温の熱処理中に窒化物半導体層１４の上面および窒化物半導体基板１２の下面から窒素が抜けるのを抑制し、窒化物半導体層１４の上面および窒化物半導体基板１２の下面にピットが形成されるのを抑制することができる。
【0028】
次に、キャップ層５０を除去した後に、既知の製造技術を利用して、絶縁ゲート４０、ドレイン電極３２およびソース電極３４を形成する（図２のステップＳ５）。これらの工程を経て、図１に示す半導体装置１を製造することができる。
【0029】
キャップ層５０は、以下の変形例とすることができる。
【0030】
図６に示すキャップ層５０は、第１キャップ層５２と、第２キャップ層５４と、を有していることを特徴としている。第１キャップ層５２は、窒化物半導体層１４の上面（または、窒化物半導体基板１２の下面）に接するように形成されており、窒化物半導体層１４（または、窒化物半導体基板１２の下面）と第２キャップ層５４の間に配置されている。第２キャップ層５４は、第１キャップ層５２の表面に接するように形成されており、キャップ層５０の最表面に配置されている。第２キャップ層５４は、上記した高融点格子整合層で構成されている。
【0031】
第１キャップ層５２の材料は、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）である。具体的には、第１キャップ層５２の材料は、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）である。ＡｌＧａＮの第１キャップ層５２は、高温の熱処理において、上記した高融点格子整合層よりも窒化物半導体層１４の上面（または、窒化物半導体基板１２の下面）との間で反応が抑えられる。このため、第１キャップ層５２を介在させることにより、高温の熱処理において窒化物半導体層１４の上面（または、窒化物半導体基板１２の下面）の結晶性を良好に維持することができる。第１キャップ層５２の材料は、アルミニウムを必ず含むＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０＜ｙ≦１）であってもよい。この場合、第１キャップ層５２と窒化物半導体層１４（または、窒化物半導体基板１２）の間の格子定数差を低下させることができる。
【0032】
図７に示すキャップ層５０は、図６に示す第１キャップ層５２が組成の異なる複数のＡｌＧａＮ層が積層して構成されていることを特徴としている。この例では、第１キャップ層５２が組成の異なる２つのＡｌＧａＮ層が積層して構成されている。この例に代えて、第１キャップ層５２が組成の異なる３つ以上のＡｌＧａＮ層が積層して構成されてもよい。第１キャップ層５２は、下側ＡｌＧａＮ層５６と、上側ＡｌＧａＮ層５８と、を有している。下側ＡｌＧａＮ層５６は、窒化物半導体層１４の上面（または、窒化物半導体基板１２の下面）に接するように形成されており、窒化物半導体層１４の上面（または、窒化物半導体基板１２の下面）と上側ＡｌＧａＮ層５８の間に配置されている。上側ＡｌＧａＮ層５８は、下側ＡｌＧａＮ層５６の表面に接するように形成されており、下側ＡｌＧａＮ層５６と第２キャップ層５４の間に配置されている。
【0033】
下側ＡｌＧａＮ層５６の材料は、ＡｌｙａＧａ１－ｙａＮ（０≦ｙａ≦１）である。上側ＡｌＧａＮ層５８の材料は、ＡｌｙｂＧａ１－ｙｂＮ（０＜ｙｂ≦１,ｙｂ＞ｙａ）である。上側ＡｌＧａＮ層５８のアルミニウムの組成比は、下側ＡｌＧａＮ層５６のアルミニウムの組成比よりも大きい。このように、第１キャップ層５２を構成する複数のＡｌＧａＮ層において、窒化物半導体層１４の上面（または、窒化物半導体基板１２の下面）から離れるにつれてアルミニウムの組成比を増加させることにより、第１キャップ層５２と窒化物半導体層１４（または、窒化物半導体基板１２）の間の格子定数差を抑えながら、耐熱性を向上させることができる。
【0034】
図８に示すキャップ層５０は、第１キャップ層５２と第２キャップ層５４が厚み方向に沿って交互に繰り返した超格子構造を構成している。各々のキャップ層５２，５４の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば１０ｎｍ以下であってもよい。超格子構造を構成する第１キャップ層５２の具体的な材料は、特に限定されるものではないが、例えばＡｌｙｃＧａ１－ｙｃＮ（０．５≦ｙｃ≦１）であってもよい。このように、超格子構造を構成する第１キャップ層５２のアルミニウムの組成比は比較的高めに設定されている。この超格子構造では、第１キャップ層５２が窒化物半導体層１４の上面（または、窒化物半導体基板１２の下面）に接するように配置されており、第２キャップ層５４がキャップ層５０の最表面に配置されている。第２キャップ層５４は、上記した高融点格子整合層で構成されている。
【0035】
上記したように、超格子構造を構成する第１キャップ層５２のアルミニウムの組成比は比較的高い。しかしながら、第１キャップ層５２は高融点格子整合層である第２キャップ層と超格子構造を構成しているので、キャップ層５０全体では窒化物半導体層１４（または、窒化物半導体基板１２）との間で格子不整合が緩和されている。一方、超格子構造を構成する第１キャップ層５２のアルミニウムの組成比は比較的高いので、キャップ層５０全体の耐熱性が向上している。
【0036】
上記では、プレーナー型の絶縁ゲート４０を備えた半導体装置１を用いて本明細書が開示する技術に説明したが、本明細書が開示する技術はトレンチ型の絶縁ゲートを備えた半導体装置にも適用可能である。
【0037】
上記の製造方法はさらに、キャップ層５０を形成した後であって活性化の熱処理の前に、キャップ層５０の表面にカーボン膜を形成する工程を備えていてもよい。カーボン膜が形成されていると、活性化の熱処理中の雰囲気ガスがキャップ層５０に侵入することを抑えることができる。
【0038】
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
【0039】
（特徴１）
窒化物半導体装置の製造方法であって、
ＧａＮを材料とする窒化物半導体層にドーパントをイオン注入する工程と、
窒化物半導体層の表面の少なくとも一部にキャップ層を形成する工程と、
熱処理によって前記ドーパントを活性化させるアニール工程と、を備えており、
前記キャップ層は、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料を含む、製造方法。
窒化物半導体装置の製造方法であって、
ＧａＮを材料とする窒化物半導体層にドーパントをイオン注入する工程と、
窒化物半導体層の表面の少なくとも一部にキャップ層を形成する工程と、
熱処理によって前記ドーパントを活性化させるアニール工程と、を備えており、
前記キャップ層は、ＧａＮとの格子不整合度が２．５％未満であり、融点が１５００℃以上の材料を含む、製造方法。
【0040】
（特徴２）
前記キャップ層は、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、特徴１に記載の製造方法。
前記キャップ層は、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、特徴１に記載の製造方法。
【0041】
（特徴３）
前記キャップ層は、ＳｃＮとＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）の少なくともいずれか一方の材料を含む、特徴２に記載の製造方法。
前記キャップ層は、ＳｃＮとＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）の少なくともいずれか一方の材料を含む、特徴２に記載の製造方法。
【0042】
（特徴４）
前記キャップ層は、
前記窒化物半導体層の前記表面上に形成されている第１キャップ層（５２）と、
前記第１キャップ層上に形成されている第２キャップ層（５４）と、を有しており、
前記第１キャップ層の材料が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）であり、
前記第２キャップ層が、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、特徴２又は３に記載の製造方法。
前記キャップ層は、
前記窒化物半導体層の前記表面上に形成されている第１キャップ層（５２）と、
前記第１キャップ層上に形成されている第２キャップ層（５４）と、を有しており、
前記第１キャップ層の材料が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）であり、
前記第２キャップ層が、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、特徴２又は３に記載の製造方法。
【0043】
（特徴５）
前記第１キャップ層は、組成が異なる複数のＡｌＧａＮ層（５６，５８）が積層して構成されている、特徴４に記載の製造方法。
前記第１キャップ層は、組成が異なる複数のＡｌＧａＮ層（５６，５８）が積層して構成されている、特徴４に記載の製造方法。
【0044】
（特徴６）
前記第１キャップ層を構成する前記複数のＡｌＧａＮ層では、前記窒化物半導体層の前記表面から離れるにつれてアルミニウムの組成比が増加するように構成されている、特徴５に記載の製造方法。
前記第１キャップ層を構成する前記複数のＡｌＧａＮ層では、前記窒化物半導体層の前記表面から離れるにつれてアルミニウムの組成比が増加するように構成されている、特徴５に記載の製造方法。
【0045】
（特徴７）
前記第１キャップ層（５２）と前記第２キャップ層（５４）が厚み方向に交互に繰り返した超格子構造を構成しており、
前記第１キャップ層の材料が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）であり、
前記第２キャップ層が、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、特徴２に記載の製造方法。
前記第１キャップ層（５２）と前記第２キャップ層（５４）が厚み方向に交互に繰り返した超格子構造を構成しており、
前記第１キャップ層の材料が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ≦１）であり、
前記第２キャップ層が、ＳｃＮ、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（０＜ｘ≦０．３６）、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＺｎＯ、ＳｃＭｇＡｌＯ4、ＭｎＯ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＢ2、ＷＢ2、ＭｏＢ2、ＩＴＯからなる群が選択される少なくとも１つの材料を含む、特徴２に記載の製造方法。
【0046】
（特徴８）
前記キャップ層上にカーボン膜を形成する工程、をさらに備えている、特徴１～７のいずれか一項に記載の製造方法。
前記キャップ層上にカーボン膜を形成する工程、をさらに備えている、特徴１～７のいずれか一項に記載の製造方法。
【0047】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【0048】
１：半導体装置、 １２：窒化物半導体基板、 １４：窒化物半導体層、 ２１：ドレイン領域、 ２２：ドリフト領域、 ２３：ＪＦＥＴ領域、 ２５：ソース領域、 ２６：ボディコンタクト領域、 ３２：ドレイン電極、 ３４：ソース電極、 ４０：絶縁ゲート、 ４２：ゲート絶縁膜、 ４４：ゲート電極、 ５０：キャップ層、 ５２：第１キャップ層、 ５４：第２キャップ層、 ５６：下側ＡｌＧａＮ層、 ５８：上側ＡｌＧａＮ層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】