JP2010040697A - 半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リーク電流等の特性の良好な半導体デバイスを提供する。
【解決手段】ＳＢＤ１０は、ＧａＮ基板１１の上にエピタキシャル成長されたＧａＮ層１３を備えている。ＧａＮ層１３の上部は，突出したメサ部１３ａとなっており、メサ部１３ａ上にショットキー電極１５が形成されている。メサ部１３ａの側面１３ｃはｍ面であり、ショットキー電極１５の側面１５ｂは、ｍ面に沿うように形成されている。メサ部１３ａの側面１３ｃは、プラズマエッチングによるパターニング後、ウェットエッチングされている。ウェットエッチングによって、側面１３ｃは、基板面にほぼ垂直な平滑面となっている。ショットキー電極１５の端部１５ａと、メサ部１３ａの上面端部１３ｂとの間の距離ｘは、２μｍ以下である。この構造により、電界分形状が改善され、ブレークダウン電圧が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイオード，トランジスタ等の半導体デバイスに係り、特に、耐圧特性の改善対策に関する。

従来より、メサ構造を有する導体デバイスとして、たとえば特許文献１の半導体デバイスが知られている。同文献の技術では、ＧａＮ層の上にメサ型やプレーナ型のショットキーバリアダイオードを設けている（同文献の図６Ａ，図６Ｂ参照）。同文献の図１には、ＧａＮ層のドーピング濃度と逆耐圧特性との関係が開示されている。

同文献の技術では、サファイア基板上に十分な厚さのＧａＮ層をエピタキシャル成長させることを前提としている。そして、ＧａＮ層のドーパント濃度を低くすることにより、高い降伏電圧を実現しようとしている。
特表２００５−５３０３３４号公報

しかしながら、同文献には、現実にいかなる逆耐圧が得られるのかが開示されていない。すなわち、単に、メサ部の厚みを厚くドーパント濃度を低くしただけで、特性改善のための工夫が十分成されていない。

本発明の目的は、メサ構造の改善により、高耐圧の半導体デバイスを提供することにある。

本発明の半導体デバイスは、主面がｃ面（｛ 0 0 0 1｝）の半導体領域から突出するメサ部と、メサ部の上に形成された電極とを備えている。そして、メサ部の側面をｍ面（｛ 1-1 0 0｝）としたものである。半導体デバイスとしては、ショットキーバリアダイオード，ｐｎダイオード，ｐｉｎダイオード，電界効果型トランジスタ、などがある。

この構造により、本発明では、以下の作用効果が得られる。ｍ面は、被エッチング速度が遅いので、ウェットエッチングすると、異方性ウェットエッチングとなり、基板面にほぼ垂直となる。そして、基板面にほぼ垂直な面となることにより、理想的なストライプ状の電界分布が得られる。よって、電界緩和効果が高くなり、高耐圧化が可能となる。

メサ部の側面が、異方性ウェットエッチングされていることにより、平滑性が極めて高くなるり、上述の効果が顕著に得られる。また、パターニング時の加工ダメージも除去されるので、欠陥を介したリークパスの発生が抑制される。そして、リーク電流の低減により、耐圧がさらに向上する。

ｃ面基板が自立基板であることにより、サファイア基板等を用いた場合のような格子不整合が生じず、半導体領域中の転位等の欠陥が減少する。よって、メサ構造の改善による効果が確実に発揮される。

半導体デバイスが、ショットキー電極を備えたショットキーダイオードである場合には、電界分布形状の改善により耐圧が向上する。
その場合、ショットキー電極の側面が、ｍ面に沿うように形成され、ショットキー電極の側端部とメサ部の上面端部との間の距離が所定値以下であることが好ましい。発明者達の実験から、このような構造により、リーク電流が極めて低減されることが実証されている。そして、リーク電流の低減により、耐圧がさらに向上する。

本発明の半導体デバイスの製造方法は、以下の手順によって行われる。まず、ｃ面半導体領域の上に、半導体領域のｍ面に沿った側面を有するマスク膜を形成する。次に、マスク膜を用いて、半導体領域をエッチングして、メサ部を形成する。また、いずれかの時点で、メサ部，または半導体領域のメサ部形成領域の上に、電極を形成する。

この方法により、上述の効果を発揮する半導体デバイスが得られる。
エッチングの際、ドライエッチングを行なった後、異方性ウェットエッチングを行うことにより、加工ダメージが除去される。また、極めて平滑な側面を有するメサ部が形成される。したがって、リーク電流の小さい、極めて高耐圧の半導体デバイスが得られる。

マスク膜としてメサ部上の電極を形成することにより、メサ部の端部と電極の端部との距離がほとんど０になる。本発明者達の実験により、このような構造によって、半導体デバイスのリーク電流が極めて小さくなることが判明している。

本発明の半導体デバイスまたはその製造方法によると、高耐圧の半導体デバイスを得ることができる。

−ショットキーバリアダイオード（以下、「ＳＢＤ」と略称する）の構造−
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態に係るＳＢＤの構造を示す断面図および平面図である。本実施の形態では、本発明の半導体デバイスを、ＳＢＤに適用した例について説明する。しかし、本発明の半導体デバイスは、ＳＢＤに限定されるものではない。本発明は、ｐｎダイオード，ｐｉｎダイオード，電界効果トランジスタなどにおいても、後述する効果を発揮しうるものである。

ＳＢＤ１０は、ＧａＮ基板１１と、ＧａＮ基板１１の上に形成されたＧａＮ層１３とを備えている。ＧａＮ基板１１は自立基板であって、その厚さは約４００μｍである。
ＧａＮ層１３の厚さは約７μｍである。ＧａＮ層１３は、底部から上方に突出したメサ部１３ａを有している。メサ部１３ａの側面１３ｃは垂直な壁である。メサ部１３ａの側面平面形状は、図１（ｂ）に示すように、正六角形である。

メサ部１３ａの上面上には、Ａｕからなるショットキー電極１５が設けられている。図１（ｂ）に示すように、ショットキー電極１５の平面形状は、最長部が約２００μｍの正六角形である。また、ＧａＮ基板１１の裏面には、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなるオーミックの裏面電極１６が形成されている。

図１（ｂ）の左図に示すように、ＧａＮ基板１１およびＧａＮ層１３は、稠密六方の結晶構造を有し、その面方位はｃ面（｛ 0 0 0 1｝面）である。そして、メサ部１３ａの側面１３ｃは、ｍ面（｛ 1-1 0 0｝面）である。また、ショットキー電極１５の側面１５ｂの下端部１５ａは、メサ部１３ａの側面１３ｃと実質的に平行である。「実質的に平行である」とは、製造時のばらつきなどに起因する誤差を許容しうることを意味する。

なお、本実施の形態では、ショットキー電極１５の側面１５ｂも、メサ部１３ａの側面１３ｃとほぼ平行である。ただし、ショットキー電極１５の側面１５ｂが、メサ部１３ａの側面１３ｃと平行である必要はない。ショットキー電極１５の側面１５ｂの下端部１５ａが、メサ部１３ａの側面１３ｃとほぼ平行であれば、後述する効果が得られる。

ＧａＮ基板１１の本体部は、約３×１０^１８ｃｍ^−３の比較的高濃度のｎ型ドーパントを含んでいる。ＧａＮ層１３（ドリフト層）は、５×１０^１５ｃｍ^−３程度の低濃度のｎ型ドーパントを含んでいる。ＧａＮ層１３とＧａＮ基板１１との間の厚さ１μｍ程度の領域はバッファ層１４である。バッファ層１４は、１×１０^１７ｃｍ^−３程度の比較的低濃度のドーパントを含んでいる。

ショットキー電極１５の端部１５ａと、メサ部１３ａの上面端部１３ｂとの間の距離ｘは、２μｍ以下となっている。このような構造は、後述する製法１または製法２によって、実現する。また、本実施形態におけるメサ部１３ａと底部との段差であるメサｄ（＝メサ厚さ）は、０．２μｍ以上、たとえば約１μｍである。

−ＳＢＤの製造工程−
（製法１−１）
図２（ａ）〜（ｅ）は、製法１−１に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。
まず、図２（ａ）に示す工程で、ＧａＮ基板１１の上に、バッファ層１４およびＧａＮ層１３を成長させる。成長に際しては、周知の有機金属成長法を用いる。バッファ層１４にはキャリア濃度が約１×１０^１７ｃｍ^−３のｎ型ドーパントを含ませる。ＧａＮ層１３にはキャリア濃度が約５×１０^１５ｃｍ^−３（１×１０^１６ｃｍ^−３以下）のｎ型ドーパントを含ませる。なお、ＧａＮ層１３は、アンドープ層であってもよい。

次に、図２（ｂ）に示す工程で、有機洗浄を行なう。次に、ＧａＮ層１３の上に、レジストマスク２０を形成する。レジストマスク２０の平面形状は、ほぼ正六角形である。レジストマスク２０の側面２０ａは、ＧａＮ層１３のｍ面に沿うように、形成されている。レジストマスク２０の平面寸法は、形成しようとするショットキー電極１５よりやや大きい（２μｍ以下）。
なお、レジストマスク２０の側面２０ａが、ＧａＮ層１３のｍ面に平行でなくてもよい。レジストマスク２０の側面２０ａの下端部がＧａＮ層１３のｍ面に沿っていれば、エッチング工程で、側面１３ｃがｍ面であるメサ部１３ａが形成される。

レジストマスク２０に代えて、他の材料からなるエッチングマスクを形成することもできる。たとえば、エッチングマスクを構成する材料として、ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＯ_２，Ａｕ，Ｐｔ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔｉ等を用いることができる。

次に、図２（ｃ）に示す工程で、レジストマスク２０を付けた状態で、ＧａＮ層１３をプラズマエッチングする。その際、平行平板型プラズマ装置（ＲＩＥ）を用い、エッチングガスとして、Ｃｌ_２およびＢＣｌ_２を流す。本例のエッチング条件は、電力密度が０．００４Ｗ／ｍｍ^２、チャンバ内圧力が１０mTorr〜２００mTorr、電極温度が２５℃〜４０℃、ガス流量は、Ｃｌ_２が４０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ_２が４ｓｃｃｍである。ただし、以上の条件に限定されるものではない。ＧａＮ層１３を深さ１μｍまでエッチングした地点で、プラズマエッチングを終了する。

これにより、図１（ｂ）に示すごとく、平面形状がほぼ正六角形のメサ部１３ａが形成される。メサ部１３ａの側面１３ｃは、ＧａＮ結晶のｍ面（｛ 1-1 0 0｝面）である。ＧａＮ層１３におけるメサ部１３ａの突出量（メサ高さ）は、約１μｍである。この時点で、メサ部１３ａを含むＧａＮ層１３の表面部には、深さ数ｎｍ（１ｎｍ〜２０ｎｍ程度）に亘ってエッチングダメージ層が発生している。

なお、エッチングガスは、Ｃｌ_２単体でもよく、Ｃｌ_２とＡｒ、Ｃｌ_２とＮ_２、Ｃｌ_２とＢＣｌ_２、Ｎ_２、などを用いてもよい。これらのエッチングガスを用いることにより、ＧａＮ層１３に与えるダメージを極力抑制することができる。プラズマ発生装置は、ＲＩＥタイプに限定されるものではない。プラズマ発生装置として、ＩＣＰ等、他のタイプのプラズマ発生装置を用いることも可能である。

次に、図２（ｃ）に示す工程で、レジストマスク２０を除去する。次に、７００℃，２分間のＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）（急速熱処理）を行う。

次に、図２（ｃ）に示す工程で、ＧａＮのウエットエッチングを行う。その際、基板全体を、温度約８５℃の２５％ＴＭＡＨ水溶液（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）に浸漬する。この処理により、プラズマエッチングによって、ＧａＮ層１３の表面部に生じたダメージ層を除去する。エッチングダメージ層の深さは、用いるプラズマ発生装置やプラズマエッチングの条件によって異なる。そこで、ウエットエッチング工程は、エッチングダメージ層が実質的に除去されるまで行われる。「実質的に除去される」とは、エッチングダメージ層が、後述するリーク電流に影響を及ぼさない程度まで除去されることを意味する。

上記ウェットエッチングを行なうためのエッチング液は、ＴＭＡＨ水溶液に限られない。エッチング液として、基板の材質（本実施の形態では，ＧａＮ）に応じて適切なものを用いることができる。ＴＭＡＨ水溶液を用いる場合でも、その濃度は２５％に限られるものではない。ＴＭＡＨ水溶液の濃度，温度等の条件も、適宜選択することができる。

続いて、ＧａＮ層１３の上に、厚さ約５０ｎｍ／３００ｎｍのＮｉ／Ａｕ膜からなるショットキー電極１５を形成する。ショットキー電極１５の形成は、周知のリフトオフ法により行われる。ショットキー電極１５の平面形状は、最長部が２００μｍの正六角形である。そして、ショットキー電極１５の端部１５ａと、メサ部１３ａの上面端部１３ｂとの距離は、２μｍ以下である。

次に、図２（ｅ）に示す工程で、ＧａＮ基板１１の裏面に、ＧａＮ基板１１にオーミック接触する裏面電極１６を形成する。裏面電極の形成手順は、以下の通りである。
蒸着前洗浄として、１０％塩酸にて３分間洗浄をした後、裏面全体に、多層膜であるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ膜（厚さ２０ｎｍ／１００ｎｍ／２０ｎｍ／２００ｎｍ）を蒸着法によって堆積する。その後、４５０℃，２分間の条件で、ＧａＮ基板１と裏面電極１６との合金化熱処理を行なう。上記合金化処理は、ショットキー電極１５と、ＧａＮ層１３とのショットキー接触が保たれる温度，時間で行われる。

なお、アッシング等により、レジストマスク２０を除去する処理は、必ずしも必要でない。２５％ＴＭＡＨ水溶液によるウエットエッチングの時間によっては、レジストマスク２０を除去することも可能だからである。

（製法１−２）
図３（ａ）〜（ｅ）は、製法１−２に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。
図３（ａ）に示す工程で、製法１−１と同じ条件で、ＧａＮ基板１１の上に、バッファ層１４およびＧａＮ層１３を成長させる。

次に、図３（ｂ）に示す工程で、有機洗浄を行ない、さらに、１０％塩酸にて３分間の洗浄を行なう。その後、ＧａＮ層１３の上に、製法１−１と同様の条件で、Ｎｉ／Ａｕからなるショットキー電極１５を形成する。ショットキー電極１５の平面形状は、最長部が２００μｍの正六角形である。ショットキー電極１５の厚さは、約５０ｎｍ／３００ｎｍである。

次に、図３（ｃ）に示す工程で、ショットキー電極１５の上面および側面を覆うレジストマスク２０を形成する。レジストマスク２０の平面寸法は、ショットキー電極１５よりもやや大きい。マスクのアライメント誤差を考慮しても、レジストマスク２０でショットキー電極１５は確実に覆われている。ただし、ショットキー電極１５の少なくとも上面が覆われていればよい。ショットキー電極１５のいずれの部位においても、レジストマスク２０とショットキー電極１５の端部との距離ｘは２μｍ以下である。

製法１−２においても、レジストマスク２０に代えて、他の材料からなるエッチングマスクを形成することができる。エッチングマスクを構成する材料として、ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＯ_２，Ａｕ，Ｐｔ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔｉ等を用いることができる。

そして、レジストマスク２０を付けた状態で、製法１−１と同じ条件で、ＧａＮ層１３をプラズマエッチングする。上記以外に用いることができるエッチングガスやプラズマ発生装置の種類は、製法１−１と同様である。

次に、図３（ｄ）に示す工程で、ＧａＮ層１３を深さ１μｍまでエッチングした時点で、プラズマエッチングを終了する。これにより、図１（ｂ）に示すごとく、平面形状がほぼ正六角形のメサ部１３ａが形成される。ＧａＮ層１３におけるメサ部１３ａの突出量（メサ高さ）は、約１μｍである。この時点で、メサ部１３ａを含むＧａＮ層１３の表面部には、深さ数ｎｍ（１ｎｍ〜２０ｎｍ程度）に亘ってエッチングダメージ層が発生している。

その後、アッシング等により、レジストマスク２０を除去する。さらに、製法１−１と同じ条件で、ＧａＮのウエットエッチングを行なって、上記ダメージ層を除去する。製法１−１と同様に、ウェットエッチングを行なうためのエッチング液の種類や条件は、適宜選択することができる。

次に、図３（ｅ）に示す工程で、製法１−１等と同じ条件で、ＧａＮ基板１１の裏面に、裏面電極１６を形成する。
アッシング等により、レジストマスク２０を除去する処理は、必ずしも必要でない。製法１−１と同様の理由による。

（製法１−３）
図４（ａ）〜（ｄ）は、製法１−３に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。
図４（ａ）に示す工程で、製法１−１と同じ条件で、ＧａＮ基板１１の上に、バッファ層１４およびＧａＮ層１３を成長させる。

次に、図４（ｂ）に示す工程で、製法１−２と同じ条件で、ＧａＮ層１３の上に、Ｎｉ／Ａｕからなるショットキー電極１５を形成する。ショットキー電極１５の平面形状は、最長部が２００μｍの正六角形である。ショットキー電極１５の側面１５ｂは、ＧａＮ基板１１のｍ面に沿うように形成されている。ショットキー電極１５の厚さは、約５０ｎｍ／３００ｎｍである。
なお、ショットキー電極１５の側面１５ｂが、ＧａＮ層１３のｍ面に平行でなくてもよい。ショットキー電極１５の側面１５ｂの下端部がＧａＮ基板１１のｍ面に沿っていれば、エッチング工程で、側面１３ｃがｍ面であるメサ部１３ａが形成される。

次に、図４（ｃ）に示す工程で、ショットキー電極１５をエッチングマスクとして、ＧａＮ層１３をプラズマエッチングする。すなわち、製法１−３では、レジストマスクを形成する必要がない。プラズマエッチングの条件は、製法１−１と同様である。用いることができるエッチングガスやプラズマ発生装置の種類は、製法１−１と同様である。

次に、図４（ｄ）に示す工程で、ＧａＮ層１３を深さ１μｍまでエッチングした時点で、プラズマエッチングを終了する。これにより、平面形状がショットキー電極１５と同じであるメサ部１３ａが形成される。ＧａＮ層１３におけるメサ部１３ａの突出量（メサ高さ）は、約１μｍである。製法１−１等と同様に、メサ部１３ａを含むＧａＮ層１３の表面部には、エッチングダメージ層が発生している。

その後、製法１−１等と同じ条件で、ＧａＮのウエットエッチングを行なって、上記ダメージ層を除去する。製法１−１等と同様に、ウェットエッチングを行なうためのエッチング液の種類や条件は、適宜選択することができる。

次に、図４（ｅ）に示す工程で、製法１−１等と同じ条件で、ＧａＮ基板１１の裏面に、裏面電極１６を形成する。

製法１−３により、ショットキー電極１５とほぼ同じ形状のメサ部１３ａが形成される。したがって、ショットキー電極１５の端部と、メサ部１３ａの端部との距離は、限りなく０に近い。

（製法２）
図５（ａ）〜（ｃ）は、製法２に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。
まず、図５（ａ）に示す工程で、ＧａＮ層を製法１−１等と同様の条件で成長させる。その後、メサ部１３ａに、製法１−１と同様のレジストマスク２０を形成する。次に、レジストマスク２０を付けた状態で、ＧａＮ層１３をプラズマエッチングする。用いるプラズマ発生装置およびプラズマエッチング条件は、製法１−１等と同じである。この時点で、メサ部１３ａを含むＧａＮ層１３の表面部には、深さ数ｎｍ（１ｎｍ〜２０ｎｍ程度）に亘ってエッチングダメージ層が発生している。

その後、アッシング等により、レジストマスク２０を除去する。さらに、製法１−１等と同じ条件で、ＧａＮのウエットエッチングを行なって、上記ダメージ層を除去する。製法１−１等と同様に、ウェットエッチングを行なうためのエッチング液の種類や条件は、適宜選択することができる。

次に、図５（ｂ）に示す工程で、ＧａＮ基板１１の裏面上に裏面電極１６を形成する。裏面電極１６の材質は、製法１−１等と同じである。ただし、製法２では、裏面電極の合金化処理を、７００℃，２分間のＲＴＡにより行う。
さらに、図５（ｃ）に示す工程で、製法１−１等と同じ形状，寸法を有するショットキー電極１５を形成する。形成方法も、製法１−１等と同じである。メサ部１３ａの上面端部１３ｂとショットキー電極１５の端部１５ａとの距離ｘは、２μｍ以下である。
つまり、製法２では、製法１−１〜１−３とは異なり、ショットキー電極１５を形成する前に、裏面電極１６を形成している。

後述するデータに示されるように、製法２の製造工程を採用した場合には、メサ部１３ａの上面端部１３ｂとショットキー電極１５の端部１５ａとの距離ｘが所定値（この例では、２μｍ）以下でなくても、リーク電流を抑制することが可能である。

なお、裏面電極１６を形成してから、２５％ＴＭＡＨ水溶液によるウエットエッチングを行なってもよい。その場合、ＧａＮ基板１１の裏面に、裏面電極１６を覆うように、エッチング保護膜を形成することが好ましい。エッチング保護膜としては、２５％ＴＭＡＨ水溶液に対する耐性を有する絶縁膜，たとえばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。その後、上記絶縁膜を、その材質に応じた周知のエッチング液によって除去してから、図５（ｃ）に示す工程を実施すればよい。

本実施の形態によると、上記各製法に示すように、メサ部１３ａの側面をｍ面としたことにより、以下の効果を発揮することができる。ｍ面は、被エッチング速度が遅いので、プラズマエッチング時や、ウェットエッチング時に平滑面となる。その結果、リーク電流の抑制効果や耐圧向上効果が得られる。以下、その根拠について、本発明者達が行なった実験に基づき、説明する。

図６（ａ），（ｂ）は、ＧａＮ層のａ面方向とｍ面方向とにおける被エッチング速度の相違を示すグラフである。同図において、横軸はＴＭＡＨ処理時間を表し、縦軸はパターン寸法の変化（エッチング量）を表している。図６（ａ），（ｂ）を比較すると、ａ面に比べ、ＧａＮ層のｍ面方向のエッチング量が極めて小さいことがわかる。

図７（ａ），（ｂ）は、順に、ＧａＮのプラズマエッチング時の側面と、ウェットエッチング後の側面とを示すＳＥＭ写真図である。図７（ａ）に示すように、プラズマエッチングにより、ｃ面ＧａＮを、ｍ面とａ面とが現れるようにパターニングする。

一方、図７（ｂ）に示すように、２時間のウェットエッチング後には、ａ面であった部分にもｍ面が現れる。ｍ面とａ面とが交差するコーナー部には、広いｍ面が現れる。ｍ面は、極めて平坦で、表面が滑らかである。

よって、メサ部１３ａの側面１３ｃがＧａＮ層１３のｍ面となるように、パターニングしておけば、平滑な側面１３ｃが得られる。これにより、本実施の形態では、以下の効果が得られる。

図１（ｂ）の左図に示すように、ｍ面はｃ面基板の基板面（ｃ面）に対して垂直な面である。したがって、メサ部１３ａは、ＧａＮ層１３に対してほぼ垂直となる。この垂直形状により、メサ部１３ａ下端部の空乏層の広がりが理想的に均一に広がっていく。よって、電界集中する箇所が発生しにくなり、耐圧が向上する。

また、図７（ｂ）に示すように、メサ部１３ａの側面１３ｃがａ面の場合は、凹凸が大きい。ａ面だけでなく、ｍ面以外の全ての面においても、同様である。したがって、メサ部１３ａの側面１３ｃが、ｍ面以外の場合、凹凸の先端部に電界が集中しやすい。この電界の集中により、リークパスが発生しやすくなっている。
それに対し、本実施の形態では、メサ部１３ａの側面１３ｃがｍ面であることにより、リークパスの発生が抑制される。リーク電流は、降伏電圧（ブレークダウン電圧）を判断する閾値のパラメータとなっている。よって、リークパスの発生が抑制されることにより、耐圧が向上する。

また、ショットキー電極１５をｍ面に沿った形状として、ショットキー電極１５とメサ部１３ａとの距離ｘを所定値以下にしたことで、以下の効果が得られる。

図８（ａ），（ｂ）は、順に、製法１および製法２によるＳＢＤのリーク電流特性の実測データを示す図である。ただし、ウェットエッチングは行っていない。同図において、横軸は、メサ部１３ａの上面端部１３ｂとショットキー電極１５の端部１５ａとの距離ｘを表している。縦軸は、逆電圧２００Ｖを印加したときのリーク電流（Ａ）を表している。

図８（ａ）に示すように、製法１によって形成されたＳＢＤの場合、距離ｘが小さくなるほどリーク電流が低減されている。リーク電流は、降伏電圧（ブレークダウン電圧）を判断する閾値のパラメータとなっている。よって、リーク電流が小さいことは、耐圧が高いことを意味する。そこで、図１等に示す距離ｘを所定値以下に制限することにより、ＳＢＤの耐圧の向上を図ることができる。特に、距離ｘを２μｍ以下に制限することにより、リーク電流が顕著に低減されている。その結果、耐圧も大幅に向上する。

また、上記距離ｘを所定値以下に制限した場合、プラズマエッチングによるダメージ層が存在すると、リーク電流が発生しやすいことがわかっている。そこで、ウェットエッチングにより、プラズマエッチングによるダメージ層を除去することにより、リーク電流の低減効果が顕著になる。すなわち、ダメージ層を除去することにより、図８（ａ），（ｂ）に示すリーク電流を、さらに低減することが期待できる。よって、ウェットエッチングを行なうことにより、さらに耐圧の高いＳＢＤを得ることができる。

また、プラズマエッチングは、エッチング能率を高くしようとすると、ダメージ層も深くなる。反面、ダメージ深さを抑制しようとすると、プラズマエッチングを緩やかな条件で行なうために、エッチング能率が悪化する。よって、プラズマエッチング後にウェットエッチングを導入することで、メサ部１３ａの形成能率も向上する。

そして、メサ部１３ａの側面１３ｃをｍ面とし、ショットキー電極１５の側面１５ｂをｍ面に沿わせることで、距離ｘを２μｍ以下にすることが容易となる。

さらに、製法２−３のごとく、ショットキー電極１５をエッチングマスクとすれば、距離ｘを０に近づけることができる。すなわち、ウェットエッチングにより、メサ部１３ａの側面１３ｃが平滑面となるので、現実に距離ｘを０に近づけることができる。よって、図８（ａ）に示されるように、リーク電流を極めて小さくすることが可能となる。

なお、特許文献１のように、自立ＧａＮ基板でなく、サファイア基板等上のエピタキシャル成長層を用いた場合は、上記効果を得ることが困難である。転位等の欠陥を多く含んでいるために、メサ構造やショットキー電極の構造を改善しても、十分な特性の向上につながらないからである。それに対し、自立のＧａＮ基板（バルク基板）を用いることで、本発明の効果をより顕著に発揮することができる。

また、図８（ｂ）に示すように、製法２−１によって形成されたＳＢＤの場合にも、距離ｘが小さくなるほどリーク電流が低減される傾向が表れている。したがって、製法２によって製造されたＳＢＤも、製法１の場合と同様に耐圧の向上効果を発揮することができる。

図９は、製法１，２によって形成されたＳＢＤのメサ段差ｄに対する耐圧値の実測データを示す図である。同図に示すように、メサ段差ｄが０のときに比べて、メサ段差ｄが大きいほど、耐圧は向上している。すなわち、プレーナ型のＳＢＤに比べて、メサ型構造を採用することにより、耐圧が向上することがわかる。そして、メサ段差ｄが０．２μｍ以上の場合には、耐圧が８００（Ｖ）程度ないしそれ以上となっており、顕著な耐圧の向上が見られる。

上記実施形態においては、半導体領域としてＧａＮ基板およびＧａＮエピタキシャル成長層を設けた例について説明したが、本発明のＳＢＤは、ＳｉＣ，Ｓｉに対しても適用することができる。

上記実施の形態においては、本発明の半導体デバイスを、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）としたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、ｃ面基板上にメサ構造を有するものであれば、他の半導体デバイスにも適用することができる。他の半導体デバイスの例としては、ｐｎダイオード，ｐｉｎダイオード，電界効果型トランジスタなどが挙げられる。それらの半導体デバイスにおいても、メサ部の側面がｍ面であることにより、電界分布形状が理想的なストライプ状になる。したがって、高耐圧の特性を発揮することができる。

なお、上記実施形態、特に製法２において、ショットキー電極１５がメサ部１３ａの上面からはみ出た構造となっていてもよい。

上記開示された本発明の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明によって製造された半導体バイスは、各種電子機器中の回路要素として利用することができる。

（ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態に係るＳＢＤの断面図および平面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、製法１−１に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、製法１−２に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、製法１−３に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、製法２に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、ＧａＮ層のａ面方向とｍ面方向とにおける被エッチング速度の違いを示すグラフである。 （ａ），（ｂ）は、順に、ＧａＮ基板のプラズマエッチング時の側面と、ウェットエッチング後の側面とを示すＳＥＭ写真図である。 （ａ），（ｂ）は、順に、製法１および製法２によるＳＢＤのリーク電流特性の実測データを示す図である。 製法１，２によって形成されたＳＢＤのメサ段差に対する耐圧値の実測データを示す図である。

符号の説明

１０ ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）
１１ ＧａＮ基板
１３ ＧａＮ層
１３ａ メサ部
１３ｂ 上面端部
１３ｃ 側面
１４ バッファ層
１５ ショットキー電極
１５ａ 端部
１５ｂ 側面
１６ 裏面電極
２０ レジストマスク

Claims (8)

1. ｛ 0 0 0 1｝面基板上に設けられた半導体領域と、
   前記半導体領域から突出して形成されたメサ部と、
   前記メサ部の上に形成された電極とを備え、
   前記メサ部の側面は、｛ 1-1 0 0｝面である、半導体デバイス。
2. 請求項１記載の半導体デバイスにおいて、
   前記メサ部の側面は、異方性ウェットエッチングされている、半導体デバイス。
3. 請求項１または２記載の半導体デバイスにおいて、
   前記｛ 0 0 0 1｝面基板は、自立基板である、半導体デバイス。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の半導体デバイスにおいて、
   前記電極は、前記メサ部にショットキー接触しており、
   ショットキーダイオードとして機能する、半導体デバイス。
5. 請求項４記載の半導体デバイスにおいて、
   前記電極は、その側面がメサ部の｛ 1-1 0 0｝面に沿うように形成されており、
   前記ショットキー電極の側端部と前記メサ部の上面端部との間の距離は、所定値以下である、半導体デバイス。
6. ｃ面基板上の半導体領域の上に、｛ 1-1 0 0｝面に沿った側面を有するマスク膜を形成する工程（ａ）と、
   前記工程（ａ）の後で、前記マスク膜を用いて、前記半導体領域をエッチングして、メサ部を形成する工程（ｂ）と、
   前記メサ部，または前記半導体領域のメサ部形成領域の上に、電極を形成する工程（ｃ）と、
   を含む半導体デバイスの製造方法。
7. 請求項６記載の半導体デバイスの製造方法において、
   前記工程（ｂ）では、ドライエッチングを行なった後、異方性ウェットエッチングを行う、半導体デバイスの製造方法。
8. 請求項６または７記載の半導体デバイスの製造方法において、
   前記工程（ａ）では、前記マスク膜としてメサ部上の電極を形成し、前記工程（ｃ）は前記工程（ａ）と同時に行われる、半導体デバイスの製造方法。

Images