特許 7380423 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20231108BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20231108BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20231108BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20231108BHJP

   H01L 29/861 20060101ALI20231108BHJP

   H01L 29/868 20060101ALI20231108BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 658A

H01L21/205

H01L29/78 652T

H01L29/78 653C

H01L29/78 652H

H01L29/91 F

H01L29/91 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020092740

(22)【出願日】2020-05-27

(65)【公開番号】P2021190516

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2022-03-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(74)【代理人】

【識別番号】100165962

【弁理士】

【氏名又は名称】一色 昭則

(74)【代理人】

【識別番号】100206357

【弁理士】

【氏名又は名称】角谷 智広

(72)【発明者】

【氏名】藤井 隆弘

【審査官】多賀 和宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１９１９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８３５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４９９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２９９７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４１０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６３０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０６２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０５９８３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／１２、２９／７８、２９／８６１、２９／８６８、２９／８７２

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／３２９、２１／３３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ型III族窒化物半導体からなる基板上に、ｎ型ドーパントガス、窒素源ガス、およびIII族金属源ガスを供給してＭＯＣＶＤ法によって前記基板よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型III族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体装置の製造方法において、
前記半導体層の形成を開始する前に、ｎ型ドーパントガスの供給を開始する第１工程と、
前記第１工程後に、前記半導体層の形成を開始する第２工程と、
を有し、
前記第１工程において、前記ｎ型ドーパントガスの濃度は１～８ｐｐｍとする、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項2】

ｎ型III族窒化物半導体からなる基板上に、ｎ型ドーパントガス、窒素源ガス、およびIII族金属源ガスを供給してＭＯＣＶＤ法によって前記基板よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型III族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体装置の製造方法において、
前記半導体層の形成を開始する前に、ｎ型ドーパントガスの供給を開始する第１工程と、
前記第１工程後に、前記半導体層の形成を開始する第２工程と、
を有し、
前記第１工程は、前記基板を前記半導体層の成長温度まで加熱する昇温前、または昇温中に前記窒素源ガスの供給を開始する工程であり、
前記第２工程は、昇温後に前記III族金属源ガスの供給を開始して前記半導体層の形成を開始する工程である、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項3】

ｎ型III族窒化物半導体からなる基板上に、ｎ型ドーパントガス、窒素源ガス、およびIII族金属源ガスを供給してＭＯＣＶＤ法によって前記基板よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型III族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体装置の製造方法において、
前記半導体層の形成を開始する前に、ｎ型ドーパントガスの供給を開始する第１工程と、
前記第１工程後に、前記半導体層の形成を開始する第２工程と、
を有し、
前記第２工程において、前記III族金属源ガスの供給開始時に、前記ｎ型ドーパントガスを供給する供給管を加熱して前記III族金属源ガスを供給する供給管との温度差を５℃以下とする、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記第１工程において、前記ｎ型ドーパントガスを供給する供給管の温度は０～８０℃とする、ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１工程において、前記ｎ型ドーパントガスの流量は、０．４ｓｃｃｍ～１０ｓｌｍとする、ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、III 族窒化物半導体からなる半導体装置の製造方法に関するものであり、特に基板としてｎ型III 族窒化物半導体を用いるものに関する。

【背景技術】

【0002】

縦型のＧａＮ系半導体装置では、基板としてｎ－ＧａＮが用いられている。ｎ－ＧａＮからなる基板上に、基板よりもＳｉ濃度が低いｎ－ＧａＮからなるｎ層をＭＯＣＶＤ法によって形成すると、基板との界面にｎ層よりもさらにＳｉ濃度の低い低Ｓｉ濃度層が形成される。従来、低Ｓｉ濃度層を抑制するため、基板上に高Ｓｉ濃度のＧａＮからなるバッファ層を形成してからｎ層を積層している（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５１３５７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の方法では、バッファ層分の原料コストが掛かる問題があった。また、バッファ層形成中に、パーティクルに起因して結晶欠陥が発生し、デバイス歩留りを低下させる問題があった。

【0005】

そこで本発明の目的は、ｎ型III 族窒化物半導体からなる基板の界面に低ｎ型不純物濃度の層が生じないようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、ｎ型III族窒化物半導体からなる基板上に、ｎ型ドーパントガス、窒素源ガス、およびIII族金属源ガスを供給してＭＯＣＶＤ法によって基板よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型III族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体装置の製造方法において、半導体層の形成を開始する前に、ｎ型ドーパントガスの供給を開始する第１工程と、第１工程後に、半導体層の形成を開始する第２工程と、を有し、第１工程において、ｎ型ドーパントガスの濃度は１～８ｐｐｍとする、ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
また、本発明は、ｎ型III族窒化物半導体からなる基板上に、ｎ型ドーパントガス、窒素源ガス、およびIII族金属源ガスを供給してＭＯＣＶＤ法によって基板よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型III族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体装置の製造方法において、半導体層の形成を開始する前に、ｎ型ドーパントガスの供給を開始する第１工程と、第１工程後に、半導体層の形成を開始する第２工程と、を有し、第１工程は、基板を半導体層の成長温度まで加熱する昇温前、または昇温中に窒素源ガスの供給を開始する工程であり、第２工程は、昇温後にIII族金属源ガスの供給を開始して半導体層の形成を開始する工程である、ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
また、本発明は、ｎ型III族窒化物半導体からなる基板上に、ｎ型ドーパントガス、窒素源ガス、およびIII族金属源ガスを供給してＭＯＣＶＤ法によって基板よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型III族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体装置の製造方法において、半導体層の形成を開始する前に、ｎ型ドーパントガスの供給を開始する第１工程と、第１工程後に、半導体層の形成を開始する第２工程と、を有し、第２工程において、III族金属源ガスの供給開始時に、ｎ型ドーパントガスを供給する供給管を加熱してIII族金属源ガスを供給する供給管との温度差を５℃以下とする、ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

【0007】

第１工程において、ｎ型ドーパントガスを供給する供給管の温度は０～８０℃とする、ことが好ましい。

【0008】

第１工程において、ｎ型ドーパントガスの濃度は１～８ｐｐｍとすることが好ましい。

【0009】

第１工程において、ｎ型ドーパントガスの流量は、０．４ｓｃｃｍ～１０ｓｌｍとすることが好ましい。

【0010】

第１工程は、ｎ型ドーパントガスと窒素源ガスの供給を開始し、次に基板を半導体層の成長温度まで昇温する工程であり、第２工程は、昇温後にIII 族金属源ガスの供給を開始して半導体層の形成を開始する工程であってもよい。

【0011】

第２工程において、III 族金属源ガスの供給開始時に、ｎ型ドーパントガスを供給する供給管を加熱してIII 族金属源ガスを供給する供給管との温度差を５℃以下とすることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、基板との界面に低ｎ型不純物濃度の層が生じないようにすることができる。そのため、バッファ層の形成を省略することができ、材料コストの低減を図ることができ、デバイス歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１の半導体装置の構成について示した図。

【図2】実施例１の半導体装置の製造工程について示したフローチャート。

【図3】実施例１の半導体装置の製造工程について示した図。

【図4】実施例１の半導体装置の製造工程について示した図。

【図5】実施例１における深さとＳｉ濃度との関係を示したグラフ。

【図6】比較例における深さとＳｉ濃度との関係を示したグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0015】

図１は、実施例１の半導体装置の構成を示した図である。図１のように、実施例１の半導体装置は、トレンチゲート構造の縦型ＭＩＳＦＥＴであり、基板１１０と、ドリフト層１２０と、ボディ層１３０と、ソースコンタクト層１４０と、トレンチＴ１と、リセスＲ１と、ゲート絶縁膜Ｆ１と、ゲート電極Ｇ１と、ソース電極Ｓ１と、ボディ電極Ｂ１と、ドレイン電極Ｄ１と、を有している。

【0016】

基板１１０は、Ｓｉドープのｎ－ＧａＮからなる平板状の基板である。基板１１０の厚さは１００～１０００μｍであり、たとえば３００μｍである。基板１１０のＳｉ濃度は１×１０¹⁷～１×１０²⁰／ｃｍ³ であり、たとえば１×１０¹⁸／ｃｍ³ である。基板１１０の直径は２～６インチであり、たとえば２インチである。実施例１ではｎ型不純物としてＳｉを用いているが、Ｓｉ以外を用いてもよい。たとえばＧｅなどを用いることができる。基板１１０の主面はｃ面であり、０．１５～１．２°のオフ角を有していて、たとえば０．７°である。オフ角の方向はｍ軸方向である。

【0017】

ドリフト層１２０は、基板１１０上に積層されたＳｉドープのｎ－ＧａＮ層である。ドリフト層１２０の厚さは１～２０μｍであり、たとえば１０μｍである。ドリフト層１２０のＳｉ濃度は、１×１０¹⁵～２×１０¹⁶／ｃｍ³ であり、たとえば１×１０¹⁵／ｃｍ³ である。

【0018】

実施例１の半導体装置では、後述の製造方法によってドリフト層１２０を形成しているため、基板１１０の界面にドリフト層１２０よりもＳｉ濃度が低い低Ｓｉ濃度層が形成されていない。

【0019】

ボディ層１３０は、ドリフト層１２０上に積層されたＭｇドープのｐ－ＧａＮ層である。ボディ層１３０の厚さは０．５～５μｍであり、たとえば１μｍである。ボディ層１３０のＭｇ濃度は１×１０¹⁷～５×１０¹⁹／ｃｍ³ であり、たとえば６×１０¹⁸／ｃｍ³ である。

【0020】

ソースコンタクト層１４０は、ボディ層１３０上に積層されたＳｉドープのｎ－ＧａＮ層である。ソースコンタクト層１４０の厚さは、０．１～１μｍであり、たとえば０．３μｍである。ソースコンタクト層１４０のＳｉ濃度は、１×１０¹⁸～１×１０¹⁹／ｃｍ³ であり、たとえば３×１０¹⁸／ｃｍ³ である。

【0021】

トレンチＴ１は、ソースコンタクト層１４０表面の所定位置に形成された溝であり、ソースコンタクト層１４０およびボディ層１３０を貫通してドリフト層１２０に達する深さである。トレンチＴ１の底面にはドリフト層１２０が露出し、トレンチＴ１の側面にはドリフト層１２０、ボディ層１３０、ソースコンタクト層１４０が露出する。このトレンチＴ１の側面に露出するボディ層１３０の側面が、実施例１のＦＥＴのチャネルとして動作する領域である。

【0022】

ゲート絶縁膜Ｆ１は、トレンチＴ１の底面、側面、ソースコンタクト層１４０表面（ソース電極Ｓ１の形成領域は除く）にわたって連続して膜状に設けられている。ゲート絶縁膜Ｆ１は、ＳｉＯ₂ からなる。ゲート絶縁膜Ｆ１の厚さは、たとえば８０ｎｍである。

【0023】

ゲート電極Ｇ１は、ゲート絶縁膜Ｆ１を介して、トレンチＴ１の底面、側面、上面に連続して膜状に設けられている。ゲート電極Ｇ１は、ＴｉＮからなる。

【0024】

リセスＲ１は、ソースコンタクト層１４０表面の所定位置に設けられた溝であり、ソースコンタクト層１４０を貫通してボディ層１３０に達する深さである。リセスＲ１の底面にはボディ層１３０が露出し、側面にはボディ層１３０、ソースコンタクト層１４０が露出する。

【0025】

ボディ電極Ｂ１は、リセスＲ１の底面に設けられていて、リセスＲ１底面に露出するボディ層１３０に接している。ボディ電極Ｂ１は、Ｎｉからなる。

【0026】

ソース電極Ｓ１は、ボディ電極Ｂ１上、ソースコンタクト層１４０上にわたって連続的に設けられている。ソース電極Ｓ１は、Ｔｉ／Ａｌからなる。

【0027】

ドレイン電極Ｄ１は、基板１１０の裏面に設けられている。ドレイン電極Ｄ１は、ソース電極Ｓ１と同一材料であり、Ｔｉ／Ａｌからなる。

【0028】

以上、実施例１の半導体装置では、基板１１０の界面に低Ｓｉ濃度層が形成されていないためバッファ層を設ける必要がなく、低コスト化を図ることができる。また、デバイス歩留りを向上させることができる。

【0029】

次に、実施例１の半導体装置の製造方法について、図２、３を参照に説明する。

【0030】

まず、主面をｃ面とするｎ－ＧａＮからなる基板１１０を用意し、ＭＯＣＶＤ装置の成長室内サセプタにセットする（図２のステップ１）。

【0031】

次に、ＭＯＣＶＤ装置の成長室内を水素ガスに置換し、成長室内のクリーニングを行う（図２のステップ２）。

【0032】

次に、ｎ型ドーパントであるＳｉ源ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄ ）、窒素源ガスとしてアンモニア、キャリアガスとして水素を基板１１０上に供給開始する（図２のステップ３）。なお、Ｓｉ源ガス、窒素源ガスにはこれら以外の従来知られている任意のものを用いてよい。またｎ型不純物としてＳｉではなくＧｅを用いる場合には、たとえばゲルマン（ＧｅＨ₄ ）を用いる。また、キャリアガスとして窒素や水素と窒素の混合ガスを用いてもよい。ＭＯＣＶＤ装置の成長室内は常温、常圧である。

【0033】

このように、ドリフト層１２０の形成前にシランを供給することにより、基板１１０の界面に低Ｓｉ濃度層が形成されないようにしている。また、成長温度まで昇温する前にアンモニアを供給することで、昇温時に基板１１０から窒素が離脱してしまうのを抑制している。

【0034】

このステップ３におけるシランの供給時間は、シランの供給管の内壁面へのシラン分解生成物の吸着量が飽和するまでの時間以上とする。飽和までの時間は、供給管の内径や材料、温度などに依存するが、１０分程度である。

【0035】

シランの流量は０．４ｓｃｃｍ～１０ｓｌｍであり、たとえば２ｓｃｃｍである。また、シランの濃度（体積比）は、１～８ｐｐｍであり、たとえば１．５ｐｐｍである。また、シランを供給する供給管の温度は、０～８０℃であり、たとえば１０℃である。シランの流量、濃度、供給管の温度をこのような範囲とすることで供給管の内壁面へのシラン分解生成物の吸着を早め、吸着量が飽和するまでの時間を短縮することができる。その結果、製造工程の時間を短縮することができる。

【0036】

また、アンモニアの流量は１～１００ｓｌｍであり、たとえば５０ｌｓｍである。また、水素の流量は１～３００ｓｌｍであり、たとえば５０ｌｓｍである。

【0037】

次に、サセプタを加熱し、基板１１０をドリフト層１２０の成長温度まで加熱する（図２のステップ４）。成長温度は、１０００～１１５０℃である。ここで、シランのモル比（シラン、アンモニア、水素のモル数の合計に対するシランのモル数の比）は変えないようにする。供給管の内壁面に吸着するシランの分解生成物の種類が変化し分子量が変わるため、吸着量が飽和するまでの条件に変化が生じてしまい、その結果基板１１０の界面に低Ｓｉ濃度層が生じてしまうおそれがあるためである。

【0038】

次に、Ｇａ源ガスとしてトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ：ＴＭＧ）を基板１１０上に供給開始する（図２のステップ５）。これにより、基板１１０上にＭＯＣＶＤ法によってｎ－ＧａＮを形成するために必要な原料ガス全てが到達することになり、基板１１０上へのドリフト層１２０の結晶成長が始まる（図３（ａ）参照）。ドリフト層１２０の結晶成長は所定の厚さとなるまで行う。なお、Ｇａ源ガスにはＴＭＧ以外の従来知られている任意のものを用いてよい。

【0039】

Ｖ／ＩＩＩは５００～５０００であり、たとえば３５００である。成長温度は１０００～１１５０℃であり、たとえば１０５０℃である。圧力は９８～１０５ｋＰａであり、たとえば１０１ｋＰａである。

【0040】

シランの流量、シランの濃度（体積比）、アンモニアの流量、水素の流量については、ＴＭＧの供給開始前後で変化させない。

【0041】

一方、シランを供給する供給管の温度については、加熱してＴＭＧ供給前よりも高い温度とし、ＴＭＧの供給管の温度に近づけることが好ましく、温度差を５℃以下とすることが好ましい。たとえば２０℃とする。ドリフト層１２０の結晶品質を向上させることができ、厚さ方向のＳｉ濃度のばらつきをより抑制することができる。

【0042】

以上のようにしてＭＯＣＶＤ法によりドリフト層１２０を形成すると、基板１１０の界面（ドリフト層１２０中であって基板１１０表面近傍の領域）にドリフト層１２０よりもＳｉ濃度が低い低Ｓｉ濃度層が形成されない。その理由は次のように考えられる。

【0043】

従来、基板１１０にｎ－ＧａＮを成長させる場合、まずアンモニアを供給開始した後成長温度まで昇温し、次にＴＭＧとシランを供給開始して、ｎ－ＧａＮを結晶成長させている。この場合、結晶成長開始直後の段階ではシランを供給する供給管の内壁面にシランの分解生成物が吸着し、基板１１０の表面まで十分な量のシランが到達しない。そのため、結晶成長初期ではＳｉ濃度が設定よりも低いｎ－ＧａＮが成長する。シランの供給開始からしばらくすると、供給管の内壁面へのシランの分解生成物の吸着が飽和していき、基板１１０の表面に設定量のシランが到達するようになる。すると、ｎ－ＧａＮのＳｉ濃度が設定値まで回復することになる。この結果、基板１１０の界面に低Ｓｉ濃度層が形成されることになる。

【0044】

一方、実施例１では、ＴＭＧの供給を開始する前にシランを供給して供給管の内壁面にシランの分解生成物を吸着させ、その吸着量が飽和してからＴＭＧを供給してドリフト層１２０を成長させている。そのため、ドリフト層１２０の結晶成長開始直後においてシランは供給管の内壁面へ吸着されず、所望量のシランが基板１１０上まで到達する。したがって、基板１１０の界面に低Ｓｉ濃度層が形成されず、厚さ方向にＭｇ濃度が一定のドリフト層１２０を形成することができる。

【0045】

なお、実施例１では、シランとアンモニアを同時に供給開始しているが、シランを先に供給開始してもよいし、アンモニアを先に供給開始してもよい。要は、ＴＭＧを供給してドリフト層１２０の結晶成長を開始する前にシランを供給し、供給管の内壁面へのシラン分解生成物の吸着量が飽和してからＴＭＧを供給してドリフト層１２０の結晶成長を開始すればよい。

【0046】

また、実施例１では、昇温前に（つまり常温の段階で）アンモニアを供給開始しているが、昇温中にアンモニアの供給を開始してもよい。ただし、基板１１０からの窒素抜けの観点から、昇温前にアンモニアの供給を開始することが好ましい。昇温中にアンモニアの供給を開始する場合には、基板１１０からの窒素抜けの観点から５００℃以下のタイミングでアンモニアの供給を開始することが好ましい。

【0047】

また、実施例１では、昇温前にシランを供給開始しているが、昇温前、昇温中、昇温後のいずれのタイミングで供給を開始してもよい。ただし、低Ｓｉ濃度層の形成をより効率的に抑制する点から、昇温前にシランの供給を開始することが好ましい。

【0048】

ドリフト層１２０が所定の厚さまで成長したら、シランに替えてｐ型ドーパントガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ ：ＣＰ₂ Ｍｇ）の供給を開始し、ドリフト層１２０上にｐ－ＧａＮからなるボディ層１３０を形成する（図３（ｂ）参照）。Ｖ／ＩＩＩは５００～５０００であり、たとえば１５００である。成長温度は１０００～１１５０℃であり、たとえば１０５０℃である。圧力は９８～１０５ｋＰａであり、たとえば１０１ｋＰａである。水素の流量は５０～３００ｓｌｍであり、たとえば１５０ｓｌｍである。ＣＰ₂ Ｍｇの流量は１～１０００ｓｃｃｍであり、たとえば２００ｓｃｃｍである。

【0049】

次に、ＣＰ_２Ｍｇに替えて再びシランの供給を開始し、ボディ層１３０上にソースコンタクト層１４０を形成する（図３（ｃ）参照）。Ｖ／ＩＩＩは５００～５０００であり、たとえば３５００である。成長温度は１０００～１１５０℃であり、たとえば１０５０℃である。圧力は９８～１０５ｋＰａであり、たとえば１０１ｋＰａである。シランの流量は１ｓｃｃｍ～１０ｓｌｍであり、たとえば３ｓｌｍである。シランの濃度は１～８ｐｐｍであり、たとえば１．５ｐｐｍである。水素の流量は５０～３００ｓｌｍであり、たとえば１５０ｓｌｍである。

【0050】

次に、ソースコンタクト層１４０表面の所定位置をドライエッチングすることで、トレンチＴ１およびリセスＲ１を形成する（図４（ａ）参照）。トレンチＴ１の形成後にリセスＲ１を形成してもよいし、リセスＲ１の形成後にトレンチＴ１を形成してもよい。ドライエッチングには、塩素系ガスを用いる。たとえば、Ｃｌ₂ 、ＳｉＣｌ₄ 、ＢＣｌ₃ である。また、ドライエッチングは、ＩＣＰエッチングなど任意の方式を用いることができる。

【0051】

トレンチＴ１、リセスＲ１の形成後、側面をウェットエッチングしてドライエッチングによるダメージ層を除去してもよい。ウェットエッチング溶液には、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、Ｈ₃ ＰＯ₄ （リン酸）などを用いることができる。

【0052】

次に、窒素雰囲気で加熱することにより、ボディ層１３０のｐ型化を行う。リセスＲ１の底面やトレンチＴ１の側面から効率的に水素が抜け出すため、ボディ層１３０中のＭｇの活性化を効率的に行うことができる。

【0053】

次に、トレンチＴ１の底面、側面、およびソースコンタクト層１４０表面に連続して、ＡＬＤ法によってＳｉＯ₂ からなるゲート絶縁膜Ｆ１を形成する（図４（ｂ）参照）。ＡＬＤ法を用いることで、トレンチＴ１による段差があっても均一な厚さに形成することができる。なお、実施例１では段差被覆性の高さからＡＬＤ法を用いてゲート絶縁膜Ｆ１を形成しているが、スパッタやＣＶＤ法などによって形成してもよい。

【0054】

次に、リフトオフ法を用いて、ボディ電極Ｂ１、ソース電極Ｓ１、ゲート電極Ｇ１を形成し、さらに基板１１０裏面にリフトオフ法を用いてドレイン電極Ｄ１を形成する。

【0055】

以上、実施例１の半導体装置の製造方法によれば、基板１１０の界面に低濃度の層が生じないので、バッファ層の形成を省略することができる。そのため、材料コストを低減することができる。また、バッファ層の形成によるパーティクル起因の結晶欠陥も生じないため、デバイス歩留りを向上させることができる。

【0056】

次に、実施例１の半導体装置に関する各種実験結果について説明する。

【0057】

実施例１の半導体装置の製造工程において、ドリフト層１２０の形成後ボディ層１３０形成前の段階でＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ＳＩＭＳ解析によってドリフト層１２０表面から基板１１０までの深さ方向のＳｉ濃度を分析した。ドリフト層１２０の厚さは１０μｍとし、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³ となるようにシランの供給量を設定した。図５はその結果を示したグラフであり、横軸はドリフト層１２０表面からの深さ（μｍ）、縦軸はＳｉ濃度（／ｃｍ³ ）である。また、比較例として、シランの供給開始のタイミングをＴＭＧと同時に変更した場合についても同様にＳＩＭＳ解析した。図６はその結果を示したグラフである。

【0058】

図６のように、比較例では基板１１０の界面（ドリフト層１２０表面から深さ９．７～１０μｍの領域）にドリフト層１２０よりもＳｉ濃度が低い低Ｓｉ濃度層（Ｓｉ濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³ よりも低い層）が生じていた。

【0059】

これに対し、実施例１では基板１１０の界面に低Ｓｉ濃度層は生じておらず、深さ方向におよそ一様なＳｉ濃度が得られた。このように、実施例１の半導体装置の製造方法を用いれば、バッファ層を形成することなく低Ｓｉ濃度層を消失させることができ、所望のＳｉ濃度のドリフト層１２０が得られることがわかった。

【0060】

（変形例）
実施例１では基板１１０の材料をＧａＮとしているが、本発明はIII 族窒化物半導体であれば任意であり、基板１１０上に形成する半導体層もＧａＮに限らず、任意のIII 族窒化物半導体でよい。もちろん、格子整合性の点から、基板１１０と、基板１１０上に形成する半導体層の組成比は一致させることが好ましい。特に、結晶性の点からは実施例１のようにＧａＮが好ましい。

【0061】

また、実施例１は、本発明をＭＩＳＦＥＴの製造に適用したものであるが、本発明はｎ－ＧａＮからなる基板上に基板よりもＳｉ濃度の低いｎ－ＧａＮを有した半導体装置であれば適用することができる。たとえば、ｐｎダイオード、発光素子などにも適用することができる。特に基板垂直方向に導通を取る縦型の半導体装置に好適である。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明は、パワーデバイスなどの作製に利用することができる。

【符号の説明】

【0063】

１１０：基板
１２０：ドリフト層
１３０：ボディ層
１４０：ソースコンタクト層
Ｆ１：ゲート絶縁膜
Ｇ１：ゲート電極
Ｓ１：ソース電極
Ｂ１：ボディ電極
Ｄ１：ドレイン電極
Ｔ１：トレンチ
Ｒ１：リセス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】