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▶ ジュスン エンジニアリング カンパニー リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-24
(54)【発明の名称】パワー半導体素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/205 20060101AFI20240517BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240517BHJP
【ＦＩ】
H01L21/205
H01L29/78 301B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023575649
(86)(22)【出願日】2022-06-10
(85)【翻訳文提出日】2023-12-07
(86)【国際出願番号】 KR2022008225
(87)【国際公開番号】W WO2022260476
(87)【国際公開日】2022-12-15
(31)【優先権主張番号】10-2021-0076036
(32)【優先日】2021-06-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2022-0070240
(32)【優先日】2022-06-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】504210651
【氏名又は名称】ジュスン エンジニアリング カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000154
【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ファン チュル ジュ
【テーマコード（参考）】
5F045
5F140
【Ｆターム（参考）】
5F045AA15
5F045AB06
5F045AB09
5F045AB10
5F045AB12
5F045AB17
5F045AB18
5F045AB40
5F045AC01
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5F140BA00
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5F140BG30
5F140BJ05
5F140BJ07
5F140BK29
5F140BK30
(57)【要約】
本発明の実施形態は、ＳｉＣ基板の上に活性層を形成するステップを含むパワー半導体素子の製造方法であって、活性層を形成するステップは、ＳｉＣ基板の上にソースガスを噴射するステップと、ソースガスの噴射の中断後にパージガスを噴射する１次パージステップと、１次パージの噴射の中断後にリアクタントガスを噴射するステップと、リアクタントガスの噴射の中断後にパージガスを噴射する２次パージステップと、を含んでいてもよい。
したがって、本発明の実施形態によれば、低温下で活性層を形成することができる。このため、基板又はその上部に形成された薄膜が高温の熱によって損傷されることを防ぐことができる。また、活性層の形成のために基板を昇温させる電力又は時間を節減することができ、全体の工程時間を短縮させることができる。
したがって、本発明の実施形態によれば、低温下で活性層を形成することができる。このため、基板又はその上部に形成された薄膜が高温の熱によって損傷されることを防ぐことができる。また、活性層の形成のために基板を昇温させる電力又は時間を節減することができ、全体の工程時間を短縮させることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＳｉＣ基板の上に活性層を形成するステップを含むパワー半導体素子の製造方法であって、前記活性層を形成するステップは、
前記ＳｉＣ基板の上にソースガスを噴射するステップと、
前記ソースガスの噴射の中断後にパージガスを噴射する１次パージステップと、
前記１次パージの中断後にリアクタントガスを噴射するステップと、
前記リアクタントガスの噴射の中断後にパージガスを噴射する２次パージステップと、
を含む、パワー半導体素子の製造方法。
【請求項2】
前記ソースガスは、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＳｉのうちのいずれか１種又は２種以上を含む、請求項１に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項3】
前記リアクタントガスは、Ａｓ、Ｐ、Ｏ及びＣのうちのいずれか１種又は２種以上を含む、請求項２に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項4】
前記活性層を形成するステップは、前記ソースガス噴射ステップと、１次パージステップと、リアクタントガス噴射ステップ、及び２次パージステップがこの順に行われる一つの工程サイクルを繰り返し行うステップを含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項5】
前記活性層を形成するステップは、前記リアクタントガスを噴射するステップの後にプラズマを生じさせるステップを含む、請求項１に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項6】
前記リアクタントガスを噴射するステップの後にプラズマを生じさせるステップは、２次パージステップの後に行われ、前記活性層を形成するステップは、
前記ソースガス噴射ステップと、１次パージステップと、リアクタントガス噴射ステップと、２次パージステップ、及びプラズマ発生ステップがこの順に行われる一つの工程サイクルを繰り返し行うステップを含む、請求項５に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項7】
前記活性層を形成するステップは、前記ソースガス噴射ステップとリアクタントガス噴射ステップとの間にプラズマを生じさせるステップを含む、請求項１に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項8】
前記プラズマを生じさせるステップは、水素ガスを噴射するステップを含む、請求項５又は請求項７に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項9】
前記活性層を形成するステップの前に、前記ＳｉＣ基板の上に結晶質のバッファー層を形成するステップを含む、請求項１に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項10】
前記バッファー層は、ＡｌＮから形成されている、請求項９に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項11】
前記活性層を形成した後に前記活性層の上にウェル領域を形成するステップを含み、前記ウェル領域を形成するステップは、
前記ウェル領域が形成されるべき前記活性層の一部の領域を露出させるステップと、
露出された前記活性層の一部の領域をエッチングするステップと、
前記エッチングの後に、ソースガスの噴射と、パージガスの噴射と、リアクタントガスの噴射、及びパージガスの噴射をこの順に行って、前記活性層の露出された領域にウェル領域を形成するステップと、
を含む、請求項１に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項12】
前記活性層を形成するステップ及び前記ウェル領域を形成するステップのうちの少なくとも一方は、ドーピングガスを噴射するステップを含み、前記ドーピングガスを前記ソースガスと混合して噴射するか、あるいは、前記ソースガスを噴射した後に前記ドーピングガスを噴射する、請求項１１に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項13】
前記ドーピングガスは、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎのうちのいずれか１種を含む、請求項１２に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【請求項14】
前記活性層の上部にゲート絶縁層を形成するステップと、前記ゲート絶縁層を挟んで水平方向に互いに離れるように、前記ウェル領域の上にソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、
前記ゲート絶縁層の上にゲート電極を形成するステップと、
を含む、請求項１１に記載のパワー半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パワー半導体素子の製造方法に関し、より詳細には、原子層蒸着法により活性層を形成するパワー半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電界効果トランジスター（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、基板の上に形成された活性層と、活性層の上側に形成されたソース及びドレイン電極と、活性層の上側におけるソース電極とドレイン電極との間に位置するように形成されたゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極と活性層との間に設けられたウェル（ｗｅｌｌ）領域と、を備える。
【0003】
活性層は、有機金属化学気相蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法により形成する。このとき、基板の温度を約１２００℃の高温に調節した状態で薄膜を蒸着して活性層を蒸着する。すなわち、基板が約１２００℃の高温に保たれるときに、基板の上に活性層が蒸着されることが可能になる。
【0004】
ところが、このように基板を高温に加熱した状態で活性層を形成することに起因して、基板又は前記基板の上に形成された薄膜が損傷されてしまうという問題が生じる。そして、これは、電界効果トランジスターの機能を低下させたり不良を引き起こしたりする要因として働く。特に、電界効果トランジスターを電子機器の電力の変換や制御の用途に用いる場合、高温下で活性層を形成する際に生じた損傷は、品質又は機能を大幅に低下させる要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】日本国登録特許公報第２５７１５８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、低温下で製造することのできるパワー半導体素子（電力用半導体素子）の製造方法を提供する。
【0007】
本発明は、低温下で活性層を形成することのできるパワー半導体素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施形態に係るパワー半導体素子の製造方法は、ＳｉＣ基板の上に活性層を形成するステップを含むパワー半導体素子の製造方法であって、前記活性層を形成するステップは、前記ＳｉＣ基板の上にソースガスを噴射するステップと、前記ソースガスの噴射の中断後にパージガスを噴射する１次パージステップと、前記１次パージの噴射の中断後にリアクタントガスを噴射するステップと、前記リアクタントガスの噴射の中断後にパージガスを噴射する２次パージステップと、を含んでいてもよい。
【0009】
前記ソースガスは、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＳｉのうちのいずれか１種又は２種以上を含んでいてもよい。
【0010】
前記リアクタントガスは、Ａｓ、Ｐ、Ｏ及びＣのうちのいずれか１種又は２種以上を含んでいてもよい。
【0011】
前記活性層を形成するステップは、前記ソースガス噴射ステップと、１次パージステップと、リアクタントガス噴射ステップ、及び２次パージステップがこの順に行われる一つの工程サイクルを繰り返し行うステップを含んでいてもよい。
【0012】
前記活性層を形成するステップは、前記リアクタントガスを噴射するステップの後にプラズマを生じさせるステップを含んでいてもよい。
【0013】
前記リアクタントガスを噴射するステップの後にプラズマを生じさせるステップは、２次パージステップの後に行われ、前記活性層を形成するステップは、前記ソースガス噴射ステップと、１次パージステップと、リアクタントガス噴射ステップと、２次パージステップ、及びプラズマ発生ステップがこの順に行われる一つの工程サイクルを繰り返し行うステップを含んでいてもよい。
【0014】
前記活性層を形成するステップは、前記ソースガス噴射ステップとリアクタントガス噴射ステップとの間にプラズマを生じさせるステップを含んでいてもよい。
【0015】
前記プラズマを生じさせるステップは、水素ガスを噴射するステップを含んでいてもよい。
【0016】
前記活性層を形成するステップの前に、前記ＳｉＣ基板の上に結晶質のバッファー層を形成するステップを含んでいてもよい。
【0017】
前記バッファー層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から形成されてもよい。
【0018】
前記パワー半導体素子の製造方法は、前記活性層を形成した後に前記活性層の上にウェル領域を形成するステップを含み、前記ウェル領域を形成するステップは、前記ウェル領域が形成されるべき前記活性層の一部の領域を露出させるステップと、露出された前記活性層の一部の領域をエッチングするステップと、前記エッチングの後に、ソースガスの噴射と、パージガスの噴射と、リアクタントガスの噴射、及びパージガスの噴射をこの順に行って、前記活性層の露出された領域にウェル領域を形成するステップと、を含んでいてもよい。
【0019】
前記活性層を形成するステップ及び前記ウェル領域を形成するステップのうちの少なくとも一方は、ドーピングガスを噴射するステップを含み、前記ドーピングガスを前記ソースガスと混合して噴射してもよいし、あるいは、前記ソースガスを噴射した後に前記ドーピングガスを噴射してもよい。
【0020】
前記ドーピングガスは、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎのうちのいずれか１種を含んでいてもよい。
【0021】
前記パワー半導体素子の製造方法は、前記活性層の上部にゲート絶縁層を形成するステップと、前記ゲート絶縁層を挟んで水平方向に互いに離れるように、前記ウェル領域の上にソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、前記ゲート絶縁層の上にゲート電極を形成するステップと、を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【0022】
本発明の実施形態によれば、低温下で活性層を形成することができる。このため、基板又はその上部に形成された薄膜が高温の熱によって損傷されることを防ぐことができる。また、活性層の形成のために基板を昇温させる電力又は時間を節減することができ、全体の工程時間を短縮させることができる。
【0023】
また、活性層を結晶化させて形成することができる。すなわち、低温下で活性層を形成しながらも、結晶化された活性層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施形態に係る方法により活性層が形成された基板を示す概念図である。
【図2】本発明の実施形態に係る方法により製造される電界効果トランジスターの一例を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る方法により電界効果トランジスターの活性層を形成する方法を説明するための概念図である。
【図4】活性層と基板との間にバッファー層が形成された変形例を示す概念図である。
【図5】実施形態の変形例に係る電界効果トランジスターの一例を示す図である。
【図6】本発明の実施形態に係るパワー半導体素子の製造方法に用いられる蒸着装置を概略的に示す図である。
【図7】本発明の実施形態に係るパワー半導体素子の製造方法に用いられる蒸着装置の他の例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態についてより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化されることが可能なものであって、以下の実施形態は、単に本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されるものである。本発明の実施形態を説明するために図面は誇張されていてもよく、図中の同一の符号は、同一の構成要素を指す。
【0026】
本発明の実施形態は、パワー半導体素子の製造方法に関する。より詳しくは、原子層蒸着（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により活性層を形成する方法を含むパワー半導体素子の製造方法に関する。
【0027】
図１は、本発明の実施形態に係る方法により活性層が形成された基板を示す概念図である。
【0028】
図１を参照すると、活性層１０は、基板Ｓの上に形成される層であって、パワー半導体素子、より具体的には、電界効果トランジスターを構成する層であってもよい。このような活性層１０は、原子層蒸着（ＡＬＤ）法により形成可能である。また、原子層蒸着法により活性層１０を形成するに際して、リアクタントガスの噴射を中断もしくは終了した後にプラズマを生じさせて形成してもよい。このとき、水素（Ｈ２）ガスを用いたプラズマ（以下、水素プラズマと称する。）を生じさせて活性層１０を形成してもよい。
【0029】
図２は、本発明の実施形態に係る方法により製造される電界効果トランジスターの一例を示す断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る方法により電界効果トランジスターの活性層を形成する方法を説明するための概念図である。
【0030】
以下、図１から図３に基づいて、本発明の実施形態に係る方法により形成される活性層を備えるパワー半導体素子の製造方法について説明する。このとき、パワー半導体素子の一つである電界効果トランジスター（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を例にとって説明する。
【0031】
図２を参照すると、本発明の実施形態に係る方法により製造される電界効果トランジスターは、基板Ｓと、基板Ｓの上に形成された活性層１０と、活性層１０の上側において水平方向に互いに離れるように形成されたソース及びドレイン電極４１、４２と、活性層１０の上側におけるソース電極４１とドレイン電極４２との間に位置するように形成されたゲート電極５０と、ソース電極４１と活性層１０との間及びドレイン電極４２と活性層１０との間のそれぞれに形成されたウェル層（ｗｅｌｌ ｌａｙｅｒ）２１、２２と、ソース電極４１とドレイン電極４２との間に位置するように、活性層１０とウェル層２１、２２とゲート電極５０との間に形成されたゲート絶縁層３０と、を備えていてもよい。
【0032】
ここで、ソース電極４１と接するように、もしくはソース電極４１の下側に形成されたウェル層２１は、電界効果トランジスターのソースとして機能する層であってもよい。また、ドレイン電極４２と接するように、もしくはドレイン電極４２の下側に形成されたウェル層２２は、電界効果トランジスターのドレインとして機能する層であってもよい。
【0033】
基板Ｓは、シリコン（Ｓｉ）を含む基板であってもよいし、ｐ型（ｐ－ｔｙｐｅ）の基板であってもよい。より具体的には、基板は、ｐ型のＳｉＣ基板であってもよい。
【0034】
活性層１０は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ：Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｃ）、リン化インジウム（ＩｎＰ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、アルミニウムガリウムインジウムリン化物（ＡｌＧａＩｎＰ：Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）のうちのいずれか１種の層又は薄膜として形成されてもよい。すなわち、活性層１０は、ＧａＡｓ層、ＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＩＧＺＯ層、ＩＺＯ層及びＳｉＣ層のうちのいずれか１種として形成されてもよい。
【0035】
そして、活性層１０は、原子層蒸着（ＡＬＤ）法により形成されてもよい。また、原子層蒸着法により活性層１０を形成するに際して、リアクタントガスの噴射を中断もしくは終了した後にプラズマを生じさせてもよい。このとき、水素（Ｈ２）ガスを用いたプラズマ（以下、水素プラズマと称する。）を生じさせて活性層１０を形成してもよい。
【0036】
原子層蒸着法を用いて活性層１０を形成する方法について図３に基づいてさらに詳しく説明すれば、活性層１０を形成するステップは、ソースガスを噴射するステップと、パージガスを噴射するステップ（１次パージ）と、リアクタントガスを噴射するステップと、パージガスを噴射するステップ（２次パージ）と、を含んでいてもよい。そして、活性層１０を形成するステップは、リアクタントガスを噴射するステップの後にプラズマを生じさせるステップを含んでいてもよい。このとき、プラズマを生じさせるステップは、たとえば、リアクタントガスを噴射し、２次パージが終了された後に行われてもよい。このような場合、ソースガスの噴射、パージガスの噴射（１次パージ）、リアクタントガスの噴射、パージガスの噴射（２次パージ）、プラズマの発生の順に行われてもよい。また、２次パージの後に生じさせるプラズマは、水素プラズマであってもよい。すなわち、２次パージの終了後にプラズマを生じさせるに際して、水素ガスを噴射し、前記水素ガスを放電してプラズマを生じさせてもよい。
【0037】
また、リアクタントガスを噴射するステップにおいてプラズマを生じさせてもよい。すなわち、リアクタントガスを噴射し、前記リアクタントガスを放電してプラズマを生じさせてもよい。
【0038】
活性層１０を形成するに際して、上述したような「ソースガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）－プラズマの発生」を活性層１０の形成のための一つの工程サイクル（ｃｙｃｌｅ）にしてもよい。また、上述した工程サイクルを複数回繰り返し行うことにより、複数回の原子層の蒸着が行われる。そして、工程サイクルの実施回数を調整することにより、狙いの層厚の活性層１０を形成することができる。
【0039】
上述したような工程サイクルにおいて、ソースガスの噴射、パージガスの噴射（１次パージ）の後にリアクタントガスが噴射されれば、基板Ｓの上においてソースガスとリアクタントガスとの反応が起きて反応物、たとえば、ＡｌＧａＩｎＰが生成される。そして、この反応物が基板Ｓの上に堆積もしくは蒸着され、これにより、基板Ｓの上にＡｌＧａＩｎＰからなる薄膜が形成される。
【0040】
一方、従来には、基板の上に活性層を形成するために薄膜を蒸着するに際して、チャンバーの内部又は基板の温度を約１２００℃の高温に保っていた。換言すれば、チャンバーの内部又は基板の温度が１２００℃の高温に保たれなければ、基板の上面に薄膜が蒸着されることができない。このようにして高温下で活性層を形成する場合、基板又は基板の上に形成されている薄膜が損傷される虞があり、しかも、活性層が損傷される虞もある。これにより、素子の機能又は品質が低下するという問題が生じる。
【0041】
しかしながら、実施形態においては、原子層蒸着法を用いて薄膜を蒸着するに際して、プラズマを生じさせる。すなわち、リアクタントガスが噴射された後に、又はリアクタントガスの噴射の終了後に、プラズマ、たとえば、水素プラズマを生じさせる。より具体的に述べると、リアクタントガスの噴射及びパージガスの噴射（２次パージ）が終了された後、水素ガスを用いたプラズマを生じさせる。
【0042】
このとき、プラズマは、ソースガスとリアクタントガスとの反応率を向上させることができ、ソースガスとリアクタントガスとの反応物が基板Ｓに容易に堆積もしくは付着されるようにすることができる。したがって、チャンバー１００の内部又は基板Ｓの温度が低温、たとえば、６００℃以下である状態で、原子層蒸着法により活性層１０が形成されることが可能になる。さらに好ましくは、３００℃以上、かつ、５５０℃以下の状態で、原子層蒸着法により活性層１０が形成され得る。すなわち、従来のように、基板を高温に加熱した状態で活性層１０を形成せず、低温下で活性層１０を形成することができる。これにより、高熱による基板Ｓ、基板の上に形成されている薄膜又は活性層１０の損傷を防ぐことができる。
【0043】
また、プラズマは、ソースガスとリアクタントガスとの反応により基板Ｓの上に蒸着される薄膜が結晶質になるようにすることができる。より具体的には、多結晶質の活性層１０が形成されるようにすることができる。すなわち、原子層蒸着法により活性層１０を形成するに際して、リアクタントガスの噴射後にプラズマを生じさせることにより、前記プラズマにより結晶質又は多結晶質の活性層１０を形成することができる。
【0044】
さらに、プラズマは、チャンバー１００の内部に残留する不純物を分解して取り除き易いようにすることができる。したがって、蒸着膜、すなわち、活性層１０の形成の際に不純物による汚染を防止又は抑止することができる。
【0045】
以上においては、２次パージの終了後、又はリアクタントガスの噴射後にプラズマを生じさせることについて説明した。しかしながら、本発明はこれに何ら制限されるものではなく、ソースガスの噴射とリアクタントガスの噴射との間のステップにおいて水素プラズマを生じさせてもよい。より具体的には、ソースガス噴射ステップと１次パージステップとの間に水素プラズマを生じさせてもよい。すなわち、「ソースガスの噴射－プラズマの発生－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）」を一つの工程サイクルとしてもよい。
【0046】
他の例として、１次パージステップとリアクタントガス噴射ステップとの間に水素プラズマを生じさせてもよい。このため、「ソースガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－プラズマの発生－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）」を一つの工程サイクルとしてもよい。
【0047】
さらに他の例として、ソースガスの噴射とリアクタントガスの噴射との間のステップ及びリアクタントガス噴射ステップ後のそれぞれにおいてプラズマを生じさせてもよい。すなわち、「ソースガスの噴射－プラズマの発生－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）－プラズマの発生」を工程サイクルとしてもよいし、あるいは、「ソースガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－プラズマの発生－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）－プラズマの発生」を工程サイクルとしてもよい。
【0048】
上述したような工程サイクルにより活性層１０を形成するに際して、形成しようとする活性層１０の種類に応じて、ソースガス及びリアクタントガスの物質が決定されてもよい。
【0049】
活性層１０は、ＧａＡｓ層、ＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＩＧＺＯ層、ＩＺＯ層及びＳｉＣ層のうちのいずれか１種から形成されてもよい。このような場合、ソースガスは、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＳｉのうちのいずれか１種を含むか、あるいは、２種以上を含むガスであってもよい。すなわち、ソースガスは、Ｇａを含有するガス、Ｉｎを含有するガス、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎを含有するガス（ＡｌＧａＩｎ含有ガス）、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有するガス（ＩＧＺ含有ガス）、Ｉｎ及びＺｎを含有するガス（ＩＺ含有ガス）、Ｓｉを含有するガスのうちのいずれか１種又は２種以上を含むガスであってもよい。また、リアクタントガスは、Ａｓ、Ｐ、Ｏ及びＣのうちのいずれか１種又は２種以上を含むガスであってもよい。すなわち、リアクタントガスは、Ａｓ含有ガス、Ｐ含有ガス、Ｏ含有ガス、Ｃ含有ガスのうちのいずれか１種又は２種以上を含むガスであってもよい。
【0050】
例えば、活性層１０としてＧａＡｓ層を形成する場合、ソースガスとしてＧａを含有するガスを用い、リアクタントガスとしてＡｓを含有するガスを用いてもよい。また、活性層１０としてＩｎＰ層を形成する場合、ソースガスとしてＩｎを含有するガスを用い、リアクタントガスとしてＰを含有するガスを用いてもよい。他の例として、活性層１０としてＡｌＧａＩｎＰ層を形成する場合、ソースガスとしてＡｌを含有するガス、Ｇａを含有ガス、Ｉｎを含有するガスを用い、リアクタントガスとしてＰを含有するガスを用いてもよい。さらに他の例として、活性層１０としてＩＧＺＯ層を形成する場合、ソースガスとしてＩｎを含有するガス、Ｇａを含有するガス、Ｚｎを含有するガスを用い、リアクタントガスとしてＯを含有するガスを用いてもよい。そして、活性層１０としてＩＺＯ層を形成する場合、ソースガスとしてＩｎを含有するガス、Ｚｎを含有するガスを用い、リアクタントガスとしてＯを含有するガスを用いてもよい。さらに、活性層１０としてＳｉＣ層を形成する場合、ソースガスとしてＳｉを含有するガス、リアクタントガスとしてＣを含有するガスを用いてもよい。
【0051】
ここで、Ｇａ含有ガスとして、たとえば、トリメチルガリウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ Ｇａｌｌｉｕｍ； Ｇａ（ＣＨ３）３）（ＴＭＧａ）を含有するガスを用いてもよく、Ｉｎ含有ガスとして、たとえば、トリメチルインジウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ Ｉｎｄｉｕｍ； Ｉｎ（ＣＨ３）３）（ＴＭＩｎ）及びジエチルアミノプロピルジメチルインジウム（Ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ Ｐｒｏｐｙｌ Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｉｎｄｉｕｍ）（ＤＡＤＩ）のうちの少なくとも１種を含有するガスを用いてもよい。また、Ａｌ含有ガスとして、たとえば、ＴＭＡ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ Ａｌｕｍｉｎｕｍ， Ａｌ（ＣＨ３）３）を含有するガスを用いてもよく、Ｚｎ含有ガスとして、ジエチル亜鉛（Ｄｉｅｔｈｙｌ Ｚｉｎｃ； Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）（ＤＥＺ）及びジメチル亜鉛（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｚｉｎｃ； Ｚｎ（ＣＨ３）２）（ＤＭＺ）のうちの少なくとも一方を含有するガスを用いてもよい。そして、Ｓｉ含有ガスとしては、たとえば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６のうちの少なくとも１種を含有するガスを用いてもよい。
【0052】
また、Ａｓ含有ガスとしては、ＡｓＨ３及びＡｓＨ４のうちのどちらか一方を含有するガスを用いてもよく、Ｐ含有ガスとしては、たとえば、ホスフィン（ＰＨ３）を含むガスを用いてもよい。また、Ｏ含有ガスは酸素であってもよく、Ｃ含有ガスとしては、たとえば、ＳｉＨ３ＣＨ３を含有するガスを用いてもよい。
【0053】
上述したようにしてＧａＡｓ層の活性層１０を形成する場合、ソースガスとしてＧａ含有ガスを用い、ＩｎＰ層の活性層１０を形成する場合、ソースガスとしてＩｎ含有ガスを用い、ＳｉＣ層の活性層１０を形成する場合、ソースガスとしてＳｉ含有ガスを用いる。このため、ＧａＡｓ層、ＩｎＰ層、ＳｉＣ層のうちのいずれか１種から活性層１０を形成する場合、１種のソースガスを用いると説明できる。
【0054】
他の例として、ＡｌＧａＩｎＰ層の活性層１０を形成する場合、ソースガスとして３種のガス、すなわち、Ａｌ含有ガス、Ｇａ含有ガス、Ｉｎ含有ガスを用いる。他の例として、ＩＧＺＯ層として活性層１０を形成する場合、ソースガスとして３種のガス、すなわち、Ｉｎ含有ガス、Ｇａ含有ガス、Ｚｎ含有ガスを用いる。このため、ＡｌＧａＩｎＰ層又はＩＧＺＯ層として活性層１０を形成する場合、２種以上の複数種のソースガスを用いると説明できる。
【0055】
複数種のソースガスを用いて、又は噴射して活性層１０を形成するに際して、複数種のソースガスが混合されたソースガスを噴射して活性層１０を形成してもよい。複数種のソースガスを混合して噴射する方法の詳細については、蒸着装置の説明に際して後述する。
【0056】
また、活性層１０を形成するに際して、ドーピングガスを噴射してドープされた活性層を形成してもよい。このとき、ドーピングガスは、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎのうちのいずれか１種を含むガスであってもよい。より具体例として、Ｓｉを含有するドーピングガスとして、例えば、ポリシラン（Ｈ３Ｓｉ－（ＳｉＨ２）ｎ－ＳｉＨ３）を含有するガスを用いてもよい。他の例として、Ｍｇを含有するドーピングガスとしてビズ（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を含有するガスを用いてもよい。さらに、敷衍すれば、第２のドーピングガスは、Ｓｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎのうちのいずれか１種又は１種以上のガスを混合してもよい。
【0057】
そして、ドーピングガスは、ソースガスと混合されて一緒に噴射されてもよい。いうまでもなく、ソースガスとドーピングガスを別途の段階に分けて噴射してもよい。すなわち、「ソースガスの噴射－ドーピングガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）－プラズマの発生」を工程サイクルとして活性層１０を形成してもよい。
【0058】
そして、上述した工程サイクルを複数回繰り返し行って活性層１０を形成する。このとき、活性層１０の形成のための最初の、すなわち、第１回目の工程サイクルにおいては、ドーピングガスを噴射するステップなしに行われることが好ましい。すなわち、活性層１０の形成のために第１回目に行われる工程サイクルは、「ソースガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）－プラズマの発生」であってもよく、ソースガスの噴射に際してドーピングガスを一緒に噴射するか、あるいは、ドーピングガスを別途に噴射しない。そして、それ以降の回からはソースガスの噴射に際してドーピングガスを一緒に噴射するか、あるいは、ソースガスの噴射後にドーピングガスを噴射する。このため、活性層１０の上に活性層１０が形成されるに際して、第１回目の工程サイクルにより蒸着された薄膜はドープされていない薄膜であり、この後に行われる工程サイクルにより蒸着される薄膜はドープされた薄膜であり得る。
【0059】
活性層１０は、図２に示すように、表面の高さが異なるように段付きの形状に設けられてもよい。換言すれば、活性層１０は、基板Ｓの上部面に形成された第１の層１１及び第１の層１１の一部の領域に形成された第２の層１２を備えるものであると説明できる。このため、活性層１０中の第２の層１２が形成されている領域の厚さが他の領域に比べて厚くなり得る。これを別の言い方で言い換えると、活性層１０は、第２の層１２が形成された領域の高さが第１の層１１のみ形成された部分に比べて高い形状、すなわち、段付きの形状に設けられてもよい。
【0060】
活性層１０の形状は、上述したような段付きの形状に設けることに何ら限定されるものではなく、ソース電極４１と活性層１０との間及びドレイン電極４２と活性層１０との間にウェル層２１、２２が設けられる限り、いかなる形状に設けられても構わない。
【0061】
ウェル層（ｗｅｌｌ ｌａｙｅｒ）２１、２２は、通常、電界効果トランジスターにおいてウェル領域（ｗｅｌｌ ｒｅｇｉｏｎ）と称される層であってもよい。このとき、原子層蒸着法により蒸着されて活性層の上にウェル領域が形成されるため、説明のしやすさのために、ウェル層２１、２２と命名する。このようなウェル層２１、２２は、ソース及びドレイン電極４１、４２と活性層１０との間に位置するように設けられてもよい。このため、ウェル層２１、２２は、図２に示すように、活性層１０の第１の層１１とソース電極４１との間、前記第１の層１１とドレイン電極４２との間に位置するように設けられてもよい。
【0062】
このようなウェル層２１、２２は、活性層１０と同じ材料にｎ型又はｐ型の不純物がドープされるように設けられてもよい。例えば、活性層１０がＡｌＧａＩｎＰから形成される場合、ウェル層２１、２２は、ＡｌＧａＩｎＰに不純物、たとえば、Ｓｉをドープしてｎ型にして設けてもよい。また、ドーピングガスとしてはＩｎ、Ａｌ、Ｚｎのうちのいずれか１種又は１種以上のガスを混合してｎ型のウェル層２１、２２を設けてもよい。このため、ウェル層２１、２２は、Ｓｉがドープされたｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層であると説明できる。
【0063】
ウェル層２１、２２は、原子層蒸着法により形成してもよい。すなわち、「ソースガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）」を工程サイクルとしてウェル層２１、２２を形成してもよい。このとき、ウェル層２１、２２の形成のために噴射されるソースガス、リアクタントガス、パージガスは、活性層１０の形成に際して用いられたガスと同種のものであってもよい。また、ドーピングガスは、ソースガス噴射ステップにおいて一緒に噴射されてもよい。すなわち、ソースガスとドーピングガスとを混合し、混合されたガスを噴射してもよい。
【0064】
いうまでもなく、ソースガスとドーピングガスとを別途の段階に分けて噴射してもよい。すなわち、ソースガスを噴射した後にドーピングガスを噴射してもよい。このため、「ソースガスの噴射－ドーピングガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）」を工程サイクルとしてウェル層２１、２２を形成することができる。
【0065】
そして、上述した工程サイクルを複数回繰り返し行ってウェル層２１、２２を形成する。このとき、ウェル層２１、２２の形成のために最初に、すなわち、第１回目の工程サイクルにおいては、ドーピングガスを噴射するステップなしに行われることが好ましい。すなわち、ウェル層２１、２２の形成のために第１回目に行われる工程サイクルは、「ソースガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）」であってもよく、ソースガスの噴射に際してドーピングガスを一緒に噴射するか、あるいは、ドーピングガスを別途に噴射しない。そして、それ以降の回からはソースガスの噴射に際してドーピングガスを一緒に噴射するか、あるいは、ソースガスの噴射後にドーピングガスを噴射する。このため、活性層１０の上にウェル層２１、２２が形成されるに際して、第１回目の工程サイクルにより蒸着された薄膜はドープされていない薄膜であり、この後に行われる工程サイクルにより蒸着される薄膜はドープされた薄膜であり得る。
【0066】
また、ウェル層２１、２２を形成するに際して、リアクタントガスの噴射に際してプラズマを生じさせたり、２次パージの後にプラズマをさらに生じさせたりしてもよい。そして、２次パージの後に生じるプラズマは、水素プラズマであってもよい。
【0067】
このようにして形成されたウェル層２１、２２は、電界効果トランジスターにおいてソース及びドレイン領域として機能する。すなわち、ソース電極４１の下側に形成されたウェル層２１は電界効果トランジスターのソースとして機能し、ドレイン電極４２の下側に形成されたウェル層２２は電界効果トランジスターのドレインとして機能する。
【0068】
以上においては、ソース電極４１及びドレイン電極４２の下側に設けられたウェル層２１、２２がｎ型のものとして設けられることについて説明した。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、製造しようとする電界効果トランジスターのタイプに応じて、ウェル層２１、２２がｐ型のものとして設けられる場合もある。
【0069】
ゲート絶縁層３０は、活性層１０の上部に形成されてもよい。より具体的に、上下方向を基準として、ゲート絶縁層３０は、ゲート電極５０と活性層１０との間に位置するように形成されてもよい。また、ゲート絶縁層３０は、幅方向又は長手方向を基準として、ソース電極４１とドレイン電極４２との間に位置するように形成されてもよい。このようなゲート絶縁層３０は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３のうちのいずれか１種から形成されてもよい。そして、ゲート絶縁層３０は、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法、有機金属化学気相蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法及び原子層蒸着（ＡＬＤ）法のうちのいずれか１つの方法により形成してもよい。
【0070】
ソース及びドレイン電極４１、４２は、それらの間にゲート絶縁層３０及びゲート電極５０が位置するようにウェル層２１、２２の上に形成されてもよい。すなわち、ゲート絶縁層３０を基準として、一方の側にソース電極４１が形成され、他方の側にドレイン電極４２が形成されてもよい。このとき、ソース及びドレイン電極４１、４２は、金属を含む材料から形成され、たとえば、Ｔｉ及びＡｕのうちの少なくとも一方の材料から形成されてもよい。また、ソース及びドレイン電極４１、４２は、たとえば、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法、有機金属化学気相蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法及び原子層蒸着（ＡＬＤ）法、スパッターリング蒸着法などにより形成されてもよい。
【0071】
ゲート電極５０は、ゲート絶縁層３０の上部に形成されてもよい。別の言い方で言い換えると、ゲート電極５０は、ソース電極４１とドレイン電極４２との間に位置するようにゲート絶縁層３０の上部に形成されてもよい。このとき、ゲート電極５０は、金属を含む材料から形成されてもよく、例えば、Ｔｉ及びＡｕのうちの少なくとも一方を含む材料から形成されてもよい。また、ゲート電極５０は、スパッターリング蒸着法により形成されてもよい。
【0072】
【0073】
図４及び図５を参照すると、基板Ｓと活性層１０との間にバッファー層６０が形成されてもよい。そして、図５に示すように、変形例に係る電界効果トランジスターは、基板Ｓと活性層１０との間に形成されたバッファー層６０を備えていてもよい。すなわち、変形例に係る電界効果トランジスターは、実施形態と比較して、基板Ｓと活性層１０との間に形成されたバッファー層６０を備える点で相違点があり、他の構成は同一である。
【0074】
バッファー層６０は、活性層１０を形成する前に基板Ｓの上に先に形成される層であって、原子層蒸着法により形成される活性層１０がより一層効果的に結晶化できるように補助するシード層（ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）であってもよい。別の言い方で言い換えると、バッファー層６０は、原子層蒸着法により活性層１０を形成するとき、水素プラズマによる結晶化に加えて、活性層１０の結晶化をさらに補助するシード層であってもよい。このようなバッファー層６０は、ＡｌＮから形成されてもよく、原子層蒸着法、化学気相蒸着方法などにより形成されてもよい。
【0075】
結晶質であるバッファー層６０の上に原子層蒸着法により活性層１０を蒸着すると、前記下地層であるバッファー層６０の結晶方向に活性層１０が成長できる。このため、結晶質、より具体的には多結晶質の活性層１０をより一層容易に形成することができる。
【0076】
以上においては、パワー半導体素子として電界効果トランジスターを例にとって説明した。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、実施形態に係る製造方法は、電界効果トランジスターに限らず、活性層を備える多種多様なパワー半導体素子を製造するのに適用可能である。
【0077】
図６は、本発明の実施形態に係るパワー半導体素子の製造方法に用いられる蒸着装置を概略的に示す図である。
【0078】
蒸着装置は、原子層蒸着（ＡＬＤ）法により薄膜を蒸着する装置であってもよい。このとき、蒸着装置は、パワー半導体素子、たとえば、電界効果トランジスターの構成要素のうちの少なくとも活性層１０を形成するための装置であってもよい。また、蒸着装置は、活性層１０及びウェル層２１、２２を形成するための装置であってもよい。
【0079】
このような蒸着装置は、図６に示すように、チャンバー１００と、チャンバー１００内に配設されて基板Ｓを支持するための支持台２００と、支持台２００と向かい合うように配置されてチャンバー１００の内部に工程のためのガス（以下、工程ガスと称する。）を噴射する噴射部３００と、噴射部３００に工程ガスを与えるガス供給部４００と、互いに異なる経路を有するように噴射部３００に連結され、ガス供給部４００からのガスを噴射部３００に供給する第１及び第２のガス供給管５００ａ、５００ｂと、チャンバー１００内にプラズマを生じさせるように電源を供給するＲＦ電源部６００と、を備えていてもよい。
【0080】
また、蒸着装置は、支持台２００に昇降及び回転の動作のうちの少なくとも一方の動作を行わせる駆動部７００と、チャンバー１００に連結されるように配設された排気部（図示せず）と、をさらに備えていてもよい。
【0081】
チャンバー１００は、内部に搬入された基板Ｓの上に薄膜が形成可能な内部空間を備えていてもよい。たとえば、その断面の形状が四角い形状、五角形、六角形などの形状であってもよい。いうまでもなく、チャンバー１００の内部の形状は種々に変更可能であり、基板Ｓの形状と対応するように設けられることが好ましい。
【0082】
支持台２００は、噴射部３００と向かい合うようにチャンバー１００の内部に配設されて、チャンバー１００の内部に装入された基板Ｓを支持する。このような支持台２００の内部にはヒーター２１０が設けられてもよい。このため、ヒーター２１０を動作させると、支持台２００の上に載置された基板Ｓ及びチャンバー１００の内部が加熱されることが可能になる。
【0083】
また、基板Ｓ又はチャンバー１００の内部を加熱するための手段として、支持台２００に設けられたヒーター２１０の他に、チャンバー１００の内部又はチャンバー１００の外部に別途のヒーターが設けられてもよい。
【0084】
噴射部３００は、支持台２００の延在方向に並べられて互いに離れるように配置された複数本の孔（以下、孔と称する。）３１１を有し、チャンバー１００の内部において支持台２００と向かい合うように配置された第１のプレート３１０と、少なくとも一部が複数本の孔３１１のそれぞれに挿し込まれるように設けられた複数のノズル３２０と、チャンバー１００の内部における前記チャンバー１００内の上部壁と第１のプレート３１０との間に位置するように配設された第２のプレート３３０と、を備えていてもよい。
【0085】
また、噴射部３００は、第１のプレート３１０と第２のプレート３３０との間に位置している絶縁部３４０をさらに備えていてもよい。
【0086】
ここで、第１のプレート３１０は、ＲＦ電源部６００と接続され、第２のプレート３３０は接地されてもよい。そして、絶縁部３４０は、第１のプレート３１０と第２のプレート３３０との電気的な接続を防ぐ役割を果たすことができる。
【0087】
第１のプレート３１０は、支持台２００の延在方向に延設された板状であってもよい。そして、第１のプレート３１０には複数本の孔３１１が設けられるが、複数本の孔３１１のそれぞれは、第１のプレート３１０を上下方向に貫通するように設けられてもよい。そして、複数本の孔３１１は、第１のプレート３１０又は支持台２００の延在方向に並べられてもよい。
【0088】
複数のノズル３２０のそれぞれは、上下方向に延びた形状であってもよく、その内部には、ガスが通過可能な通路が設けられており、上端及び下端が開口された形状であってもよい。そして、複数のノズル３２０のそれぞれは、少なくともその下部が第１のプレート３１０に設けられた孔３１１に挿し込まれ、上部は第２のプレート３３０と連結されるように配設されてもよい。このため、ノズル３２０は、第２のプレート３３０から下部へと突出した形状であると説明できる。
【0089】
ノズル３２０の外径は孔３１１の内径に比べて小さいように設けられてもよい。そして、ノズル３２０が孔３１１の内部に挿し込まれるように配設されるに際して、ノズル３２０の外周面が孔３１１の周りの壁（すなわち、第１のプレート３１０の内側壁）と離れるように配設されてもよい。これにより、孔３１１の内部を、ノズル３２０の外側の空間とノズル３２０の内側の空間とに分離することができる。
【0090】
孔３１１の内部空間において、ノズル３２０内の通路は、第１のガス供給管５００ａからのガスが移動、噴射される通路である。そして、孔３１１の内部空間におけるノズル３２０の外側の空間は、第２のガス供給管５００ｂからのガスが移動、噴射される通路である。したがって、以下では、ノズル３２０内の通路を第１の経路３６０ａと命名し、孔３１１の内部におけるノズル３２０の外側の空間を第２の経路３６０ｂと命名する。
【0091】
第２のプレート３３０は、その上部面がチャンバー１００内の上部壁と離れるように、かつ、下部面が第１のプレート３１０と離れるように配設されてもよい。このため、第２のプレート３３０と第１のプレート３１０との間及び第２のプレート３３０とチャンバー１００の上部壁との間のそれぞれに空いた空間（空きスペース）が設けられることが可能になる。
【0092】
ここで、第２のプレート３３０の上側の空間は、第１のガス供給管５００ａからのガスが拡散・移動する空間（以下、拡散空間３５０と称する。）であって、複数のノズル３２０の上側の開口と連通していてもよい。別の言い方で言い換えると、拡散空間３５０は、複数の第１の経路３６０ａと連通している空間である。このため、第１のガス供給管５００ａを通過したガスは、拡散空間３５０において第２のプレート３３０の延在方向に拡散された後、複数の第１の経路３６０ａを通過して下側に噴射されることが可能である。
【0093】
また、第２のプレート３３０の内部には、ガスが移動する通路である深穴（図示せず）が設けられており、前記深穴は第２のガス供給管５００ｂと連結され、第２の経路３６０ｂと連通するように設けられてもよい。したがって、第２のガス供給管５００ｂからのガスは、第２のプレート３３０の深穴、第２の経路３６０ｂを経て基板Ｓに向かって噴射されることが可能になる。
【0094】
ガス供給部４００は、原子層蒸着法により薄膜を蒸着するのに必要となるガスを与える。このようなガス供給部４００は、ソースガスが貯留されたソースガス貯留部４１０と、ソースガスと反応するリアクタントガスが貯留されたリアクタントガス貯留部４２０と、パージガスが貯留されたパージガス貯留部４３０と、ソースガス貯留部４１０と第１のガス供給管５００ａとを繋ぐように配設された第１の搬送管４７０ａと、リアクタントガス貯留部４２０及びパージガス貯留部４３０と第２のガス供給管５００ｂとを繋ぐように配設された第２の搬送管４７０ｂと、を備えていてもよい。
【0095】
ここで、パージガス貯留部４３０に貯留されたパージガスは、たとえば、Ｎ２ガス又はＡｒガスであってもよい。
【0096】
また、ガス供給部４００は、リアクタントガスの噴射後に、又は２次パージ後にチャンバー１００の内部にプラズマを生じさせるステップにおいて供給されるガス（以下、プラズマ発生用ガスと称する。）が貯留されたプラズマ発生用のガス貯留部４４０を備えていてもよい。このとき、プラズマ発生用のガスは、たとえば、水素ガスであってもよい。
【0097】
そして、ガス供給部４００は、ドーピングガスが貯留されたドーピングガス貯留部４５０と、複数種のガスを混合するように第１の搬送管４７０ａに配設された混合部４６０と、を備えていてもよい。
【0098】
ここで、ドーピングガス貯留部４５０に貯留されたガスは、ドープしようとする物質に応じて異なってくる。例えば、ドーピングガス貯留部４５０にｎ型のドーパント物質を含むガスが貯留されてもよく、たとえば、Ｓｉを含有するガスであってもよい。このとき、Ｓｉ含有ガスとして、例えば、ポリシラン（Ｈ３Ｓｉ－（ＳｉＨ２）ｎ－ＳｉＨ３）を含有するガスを用いてもよい。他の例として、ドーピングガス貯留部４５０にｐ型のドーパント物質を含むガスが貯留されてもよく、例えば、Ｍｇを含有するガスであってもよい。このとき、Ｍｇ含有ガスとして、例えば、Ｃｐ２Ｍｇを含有するガスを用いてもよい。また、ドーピングガスは、Ｓｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎのうちのいずれか１種又は１種以上のガスを混合したものであってもよい。
【0099】
また、ガス供給部４００は、ソースガス貯留部４１０及びドーピングガス貯留部４５０のそれぞれと第１の搬送管４７０ａとを繋ぐ複数本の第１の連結管４８０ａと、複数本の第１の連結管４８０ａのそれぞれに配設された弁と、リアクタントガス貯留部４２０と、パージガス貯留部４３０と、プラズマ発生用のガス貯留部４４０のそれぞれと第２の搬送管４７０ｂとを繋ぐ複数本の第２の連結管４８０ｂと、複数本の第２の連結管４８０ｂのそれぞれに配設された弁と、を備えていてもよい。
【0100】
ソースガス貯留部４１０は、複数で設けられてもよく、複数のソースガス貯留部４１０（４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ）には互いに異なる種類のソースガスが貯留されるように設けられてもよい。そして、複数のソースガス貯留部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃのそれぞれに第１の連結管４８０ａが連結されてもよく、前記複数のソースガス貯留部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃのそれぞれに連結された第１の連結管４８０ａが第１の搬送管４７０ａと連結されてもよい。
【0101】
混合部４６０は、複数のソースガス貯留部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃからのガスを混合したり、ソースガス貯留部４１０からのガスとドーピングガス貯留部４５０からのガスとを混合したりする手段であってもよい。このような混合部４６０は、ガスが混合可能な内部空間を有するように設けられてもよい。また、混合部４６０は、複数のソースガス貯留部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ及びドーピングガス貯留部４５０のそれぞれに連結された第１の連結管４８０ａと第１の搬送管４７０ａとを繋ぐように配設されてもよい。このため、混合部４６０の内部に流れ込んだ複数種のガスが前記混合部４６０の内部において混合された後、第１の搬送管４７０ａを介して第１のガス供給管５００ａに搬送されることが可能になる。
【0102】
図７は、本発明の実施形態に係るパワー半導体素子の製造方法に用いられる蒸着装置の他の例を概略的に示す図である。
【0103】
【0104】
図７を参照すると、蒸着装置は、チャンバー１００と、チャンバー１００内に配設されて基板Ｓを支持するための支持台２００と、それぞれが支持台２００と向かい合うようにチャンバー１００の内部に配設された第１及び第２のガス噴射部３００ａ、３００ｂと、第１及び第２のガス噴射部３００ａ、３００ｂに工程ガスを与えるガス供給部４００と、プラズマの発生のためにチャンバー１００内に電場を誘導するためのコイルを備えるアンテナ６１０、及びアンテナ６１０と接続された電源部６２０を備えていてもよい。
【0105】
また、蒸着装置は、支持台２００と対向するように配設された加熱部５００と、支持台２００を昇降させたり回転させたりする駆動部７００と、チャンバー１００の内部のガス及び不純物を排気する排気部８００と、を備えていてもよい。
【0106】
チャンバー１００は、内部に搬入された基板Ｓの上に薄膜が形成可能な内部空間を有する筒状であって、例えば、図７に示すように、ドームの形状であってもよい。より具体的には、チャンバー１００は、チャンバー胴体１１０と、チャンバー胴体１１０の上部に配設された上胴体１２０、及びチャンバー胴体１１０の下部に配設された下胴体１３０を備えていてもよい。チャンバー胴体１１０は、上部及び下部が開かれた筒状であってもよく、チャンバー胴体１１０の上部の開口を覆うように上胴体１２０が配設され、チャンバー胴体１１０の下部の開口を覆うように下胴体１３０が配設されてもよい。そして、上胴体１２０は、その幅方向の中心に向かって進むにつれて高さが次第に増加する斜面を有するドーム（ｄｏｍｅ）状であってもよい。また、下胴体１３０は、その幅方向の中心に向かって進むにつれて高さが次第に減少する斜面を有するドーム（ｄｏｍｅ）状であってもよい。このようなチャンバー１００、すなわち、チャンバー胴体１１０と、上胴体１２０及び下胴体１３０のそれぞれは、透光可能な透明材質から作製されてもよく、たとえば、石英（ｑｕａｒｔｚ）製のものであってもよい。
【0107】
ガス供給部４００は、図６において説明した構成と同様に設けられてもよい。すなわち、ガス供給部４００は、ソースガスが貯留されたソースガス貯留部４１０と、ソースガスと反応するリアクタントガスが貯留されたリアクタントガス貯留部４２０と、パージガスが貯留されたパージガス貯留部４３０と、ソースガス貯留部４１０と第１のガス噴射部３００ａとを繋ぐように配設された第１の搬送管４７０ａと、リアクタントガス貯留部４２０とパージガス貯留部４３０と第２のガス噴射部３００ｂとを繋ぐように配設された第２の搬送管４７０ｂと、を備えていてもよい。
【0108】
また、ガス供給部４００は、リアクタントガスの噴射後に、又は２次パージ後にチャンバー１００の内部にプラズマを生じさせるステップにおいて供給されるガス（以下、プラズマ発生用のガスと称する。）が貯留されたプラズマ発生用のガス貯留部４４０を備えていてもよい。このとき、プラズマ発生用のガスは、たとえば、水素ガスであってもよい。
【0109】
そして、ガス供給部４００は、ドーピングガスが貯留されたドーピングガス貯留部４５０と、複数種のガスを混合するように第１の搬送管４７０ａに配設された混合部４６０と、を備えていてもよい。
【0110】
さらに、ガス供給部４００は、ソースガス貯留部４１０及びドーピングガス貯留部４５０のそれぞれと第１の搬送管４７０ａとを繋ぐ複数本の第１の連結管４８０ａと、複数本の第１の連結管４８０ａのそれぞれに配設された弁と、リアクタントガス貯留部４２０と、パージガス貯留部４３０と、プラズマ発生用のガス貯留部４４０のそれぞれと第２の搬送管４７０ｂとを繋ぐ複数本の第２の連結管４８０ｂと、複数本の第２の連結管４８０ｂのそれぞれに配設された弁と、を備えていてもよい。
【0111】
アンテナ６１０は、チャンバー１００の上胴体１２０の上部に配設されてもよい。このとき、アンテナ６１０は、複数のターン（ｔｕｒｎ）数にて巻き付けられた螺旋状に設けられてもよいし、同心円の形状に配置されて互いに繋がっている多数の円形コイルを備える構成であってもよい。いうまでもなく、アンテナ６１０は、螺旋状のコイル又は同心円の形状の円形コイルに何ら限定されるものではなく、他の形状を有する多種多様な形状のアンテナが適用可能である。
【0112】
アンテナ６１０の両終端のうちの一方の端には電源部６２０が接続され、他方の端は接地端子と接続されてもよい。したがって、電源部６２０を介してアンテナ６１０に電源、例えば、ＲＦ電源が供給されれば、チャンバー１００の内部に噴射されたガスがイオン化又は放電されてチャンバー１００の内部にプラズマを生じさせることになる。
【0113】
加熱部５００は、チャンバー１００の内部及び支持台２００を加熱する手段であって、チャンバー１００の外部に配設されてもよい。より具体的には、加熱部５００は、チャンバー１００の外部の下側において少なくとも一部が支持台２００と向かい合うように配設されてもよい。このような加熱部５００は、複数のランプを備える手段であってもよく、複数のランプは、支持台２００の幅方向に並ぶように配設されてもよい。そして、複数のランプは、輻射熱を放出するハロゲンなどのランプを備えていてもよい。
【0114】
【0115】
まず、支持台２００に設けられたヒーター２１０を動作させて支持台２００を加熱する。このとき、支持台２００又は前記支持台２００に載置されるべき基板Ｓの温度が工程温度、例えば、５００℃～５２０℃になるようにヒーターを動作させる。
【0116】
次いで、基板Ｓ、たとえば、ＳｉＣからなる基板Ｓをチャンバー１００の内部に装入して支持台２００の上に載置する。このとき、基板Ｓは、１枚以上の複数枚の基板を支持台２００に設けてもよい。この後、支持台２００の上に載置された基板Ｓが狙いの工程温度、たとえば、５００℃～５２０℃になると、基板Ｓの上に活性層１０を形成する。
【0117】
このとき、原子層蒸着法を用いて活性層１０を形成する。そして、原子層の蒸着は、ソースガスの噴射、パージガスの噴射（１次パージ）、リアクタントガスの噴射、パージガスの噴射（２次パージ）の順に行われるが、このとき、２次パージ後にチャンバー１００の内部にプラズマを生じさせる。すなわち、原子層蒸着法により活性層１０を形成する工程サイクルは、「ソースガスの噴射－パージガスの噴射（１次パージ）－リアクタントガスの噴射－パージガスの噴射（２次パージ）－プラズマの発生」であってもよい。そして、上述した工程サイクルを複数回繰り返し行って狙いの層厚の活性層１０を形成する。
【0118】
以下、噴射部３００及びガス供給部４００を用いてチャンバー１００の内部に工程ガスを噴射して活性層１０を形成する方法についてさらに詳しく説明する。このとき、ＡｌＧａＩｎＰからなる活性層１０を形成する場合を例にとって説明する。
【0119】
まず、チャンバー１００の内部にソースガスを噴射する。このために、第１のソースガス貯留部４１０に貯留されているＡｌ含有ガス、第２のソースガス貯留部４１０に貯留されているＧａ含有ガス、第３のソースガス貯留部４１０に貯留されているＩｎ含有ガスのそれぞれを混合部４６０に供給する。このため、混合部４６０の内部において３種類のソースガス、すなわち、Ａｌ含有ガス、Ｇａ含有ガス、Ｉｎ含有ガスが混合される。
【0120】
混合されたソースガスは、第１の搬送管４７０ａ及び第１のガス供給管５００ａを経て噴射部３００内の拡散空間３５０に流れ込む。そして、混合されたソースガスは、拡散空間３５０内において拡散された後、複数のノズル３２０、すなわち、複数の第１の経路３６０ａを通過して基板Ｓに向かって噴射される。
【0121】
ソースガスの噴射が中断又は終了されれば、パージガス貯留部４３０を介してパージガスを与えてチャンバー１００の内部にパージガスを噴射する（１次パージ）。このとき、パージガス貯留部４３０から排出されたパージガスは、第２の連結管４８０ｂと、第２の搬送管４７０ｂ及び第２のガス供給管５００ｂを経た後、第２の経路３６０ｂを介して下側に噴射されてもよい。
【0122】
次いで、リアクタントガス貯留部４２０からリアクタントガス、たとえば、Ｐ含有ガスが与えられてチャンバー１００の内部に噴射される。このとき、リアクタントガスは、パージガスと同一の経路を介してチャンバー１００の内部に噴射されてもよい。すなわち、リアクタントガスは、第２の連結管４８０ｂと、第２の搬送管４７０ｂ及び第２のガス供給管５００ｂを経た後、第２の経路３６０ｂを介して下側に噴射されてもよい。リアクタントガスが噴射されれば、基板Ｓの上に吸着されているソースガスと前記リアクタントガスとの反応が起きて反応物、すなわち、ＡｌＧａＩｎＰが生成できる。そして、この反応物が基板Ｓの上に堆積又は蒸着され、このため、基板Ｓの上にＡｌＧａＩｎＰからなる薄膜が形成される。
【0123】
このように、チャンバー１００の内部にリアクタントガスが噴射されるとき、ＲＦ電源部６００を動作させて第１のプレート３１０にＲＦ電源を供給してもよい。第１のプレート３１０にＲＦ電源が供給されれば、噴射部３００内の第２の経路３６０ｂ及び第１のプレート３１０と支持台２００との間の空間にプラズマが生成できる。
【0124】
リアクタントガスの噴射が中断されれば、パージガス貯留部４３０を介してパージガスを与えてチャンバー１００の内部にパージガスを噴射する（２次パージ）。このとき、２次パージによりソースガスとリアクタントガスとの反応による副産物などがチャンバー１００の外部に排出できる。
【0125】
２次パージが終了されれば、プラズマ発生用のガス貯留部４４０からガス、たとえば、水素ガスを与え、ＲＦ電源を動作させて第１のプレート３１０にＲＦ電源を供給する。このため、チャンバー１００の内部に水素ガスを用いたプラズマ、すなわち、水素プラズマが生成される。
【0126】
このように、リアクタントガスの噴射後に、又は２次パージ後にチャンバー１００の内部にプラズマを生じさせることにより、６００℃以下の低温下でも基板Ｓの上に活性層１０を形成することができる。また、結晶質、より具体的には多結晶質の活性層１０を形成することができる。
【0127】
上述したような「ソースガスの噴射、パージガスの噴射（１次パージ）、リアクタントガスの噴射、パージガスの噴射（２次パージ）、プラズマの発生」の順に行われる工程サイクルは、複数回繰り返して行われてもよい。そして、狙いの層厚に応じて、工程サイクルの実施回数を決定してもよい。
【0128】
狙いの層厚の活性層１０が形成されれば、活性層１０の一部をエッチングする。たとえば、活性層１０の幅方向又は長手方向の中心領域の外側の領域において、所定の厚さの活性層１０をエッチングする。このために、例えば、活性層１０の中心領域を閉じ、残りの領域を開くマスクを設け、前記マスクを活性層１０の上側に配置する。そして、活性層１０の上側からエッチング用のガスを噴射して開放領域に露出された活性層１０の一部をエッチングする。このとき、マスクの開放領域と向かい合う活性層１０が狙いの層厚で残留できるようにエッチングを行う。このとき、エッチングガスは、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＣＦ４又はＯ２少なくともいずれか１種又は２種のガスの組み合わせ及びプラズマを印加してエッチングに用いてもよい。
【0129】
このようなエッチングにより、活性層１０は、基板Ｓの上部面に形成された第１の層１１及び第１の層１１の中心領域に形成された第２の層１２を備える形態に設けられてもよい。このため、活性層１０は、第２の層１２が形成された領域の高さが第１の層１１のみ形成された部分に比べて高い形状、すなわち、段付きの形状になり得る。
【0130】
上述したように、活性層の一部をエッチングする工程は、図６に示される蒸着装置とは別途の装置において行われてもよい。そして、エッチングが行われる装置は、蒸着装置とイン・サイチュにて連結された装置であってもよい。
【0131】
エッチングが終了されれば、活性層１０の第１の層１１の上部にウェル層２１、２２を形成する。このとき、ウェル層２１、２２は、例えば、原子層蒸着法により形成してもよく、活性層１０の形成時と同一の蒸着装置を用いて形成してもよい。
【0132】
以下、ウェル層２１、２２を形成する方法について説明し、図６に示される蒸着装置を用いて形成する方法について説明する。このとき、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層としてウェル層２１、２２を形成する場合を例にとって説明する。
【0133】
まず、活性層１０が形成された基板Ｓをチャンバー１００内に装入して支持台２００の上に載置する。そして、活性層１０の第２の層１２と向かい合う領域が閉じられ、残りが開かれたマスクを前記活性層１０の上側に配置する。
【0134】
次いで、チャンバー１００の内部にソースガスを噴射する。このために、まず、第１のソースガス貯留部４１０に貯留されているＡｌ含有ガス、第２のソースガス貯留部４１０に貯留されているＧａ含有ガス、第３のソースガス貯留部４１０に貯留されているＩｎ含有ガス、ドーピングガス貯留部４５０に貯留されているＳｉ含有ガスのそれぞれを混合部４６０に供給する。このため、混合部４６０の内部においてＡｌ含有ガス、Ｇａ含有ガス、Ｉｎ含有ガス、Ｓｉ含有ガスが混合される。混合されたガスは、第１の搬送管４７０ａと、第１のガス供給管５００ａ、及び噴射部３００の第１の経路３６０ａを通過して基板Ｓに向かって噴射される。
【0135】
この後、パージガス貯留部４３０からパージガスを与えて、噴射部３００の第２の経路３６０ｂを介してチャンバー１００の内部にパージガスを噴射する（１次パージ）。
【0136】
次いで、リアクタントガス貯留部４２０からリアクタントガス、たとえば、Ｐ含有ガスを与えて、噴射部３００の第２の経路３６０ｂを介してチャンバー１００の内部に噴射する。そして、このとき、第１のプレート３１０にＲＦ電源を供給してプラズマを生じさせてもよい。
【0137】
リアクタントガスが噴射されれば、基板Ｓの上に吸着されているソースガスとリアクタントガスとの反応が起きて、反応物、すなわち、ＡｌＧａＩｎＰが生成できる。このとき、ソースガスとドーピングガスとが混合されて噴射されたため、反応物は、ＳｉがドープされたＡｌＧａＩｎＰとなる。したがって、活性層１０の第１の層１１の上にｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層からなるウェル層２１、１２２が形成されることが可能になる。
【0138】
リアクタントガスの噴射が終了されれば、パージガス貯留部４３０からパージガスを与えてチャンバー１００の内部にパージガスを噴射する（２次パージ）。
【0139】
２次パージが終了されれば、チャンバー１００の内部にプラズマを生じさせるステップが追加されてもよい。すなわち、プラズマ発生用のガス貯留部４４０からガス、たとえば、水素ガスを与えてチャンバー１００の内部に水素ガスを噴射し、第１のプレート３１０にＲＦ電源を供給する。このため、チャンバー１００の内部に水素ガスを用いたプラズマ、すなわち、水素プラズマが生成される。
【0140】
この後、「ソースガスの噴射（ソースガス＋ドーピングガスの混合）、パージガスの噴射（１次パージ）、リアクタントガスの噴射、パージガスの噴射（２次パージ）、プラズマの発生」の順に行われる工程サイクルを複数回行って、狙いの層厚のウェル層２１、２２を形成する。このとき、ウェル層２１、２２は、図２に示されるように、活性層１０の第１の層１１の上部において第２の層１２を取り囲む形状に設けられてもよい。
【0141】
以上においては、ウェル層２１、２２を形成するに際して、２次パージ後にプラズマを生じさせることについて説明した。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、２次パージ後にプラズマを生じさせるステップが省略されてもよい。
【0142】
ウェル層２１、２２が形成されれば、活性層１０及びウェル層２１、２２の上部にゲート絶縁層３０を形成する。このとき、ゲート絶縁層３０は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３から形成されてもよく、化学気相蒸着法、有機金属化学気相蒸着法及び原子層蒸着法のうちのいずれか１つの方法により形成してもよい。
【0143】
この後、ゲート絶縁層３０の一部をエッチングする。たとえば、ウェル層２１、２２の上部における周縁部に形成されたゲート絶縁層３０をエッチングする。このため、図１に
示されるように、活性層１０の第２の層１２の上部にゲート絶縁層３０が設けられ、このとき、ゲート絶縁層３０は、第２の層１２に比べてさらに短い長さに設けられ得る。
示されるように、活性層１０の第２の層１２の上部にゲート絶縁層３０が設けられ、このとき、ゲート絶縁層３０は、第２の層１２に比べてさらに短い長さに設けられ得る。
【0144】
次いで、ウェル層２１、２２の上側におけるゲート絶縁層３０の一方の側にソース電極４１を、他方の側にドレイン電極４２を形成する。このとき、Ｔｉ及びＡｕのうちの少なくとも一方の材料を用いてソース及びドレイン電極４１、４２を形成してもよく、例えば、スパッターリング蒸着法により形成されてもよい。
【0145】
そして、ゲート絶縁層３０の上にゲート電極５０を形成する。このとき、ゲート電極５０は、ソース及びドレイン電極４１、４２と同一の材料及び同一の方法により設けられてもよい。例えば、ゲート電極５０は、Ｔｉ及びＡｕのうちの少なくとも一方の材料から形成されてもよく、スパッターリング蒸着法により形成されてもよい。
【0146】
このように、実施形態に係るパワー半導体素子の製造方法によれば、低温下で活性層１０を形成することができる。したがって、基板Ｓ又はその上部に形成された薄膜が高温の熱により損傷されることを防ぐことができる。また、活性層１０の形成のために基板Ｓを昇温させる電力又は時間を節減することができ、全体の工程時間を短縮させることができる。
【0147】
また、活性層１０を結晶化させて形成することができる。すなわち、低温下で活性層１０を形成しながらも、結晶化された活性層を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【0148】
本発明の実施形態によれば、低温下で活性層を形成することができる。このため、基板又はその上部に形成された薄膜が高温の熱によって損傷されることを防ぐことができる。また、活性層の形成のために基板を昇温させる電力又は時間を節減することができ、全体の工程時間を短縮させることができる。
【0149】
また、活性層を結晶化させて形成することができる。すなわち、低温下で活性層を形成しながらも、結晶化された活性層を形成することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】