JP7501196B2 - 窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法に関する。

従来から、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ｎ型ＧａＮベースの半導体エピタキシャル層（以下、ｎ型ＧａＮ層）に第１導電型不純物がドーピングされた領域を形成する際に、ｎ型ＧａＮ層上に絶縁体層を形成し、絶縁体層上にフォトレジストで構成されるイオン注入マスクを形成し、イオン注入マスクに形成された開口部及び絶縁体層を通してｎ型ＧａＮ層にマグネシウム（Ｍｇ）等の第１導電型不純物をイオン注入する手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、酸化膜をマスクとして、半導体基板にイオン注入する手法が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１７－１８８６８７号公報 特開２０１２－１０４８０１号公報 特開２０１７－９２３６１号公報

フォトレジストを用いてＧａＮ層に第１導電型不純物（アクセプタ）をイオン注入する工程では、フォトレジストからの脱ガスによってチャンバ内の雰囲気中に炭素元素（Ｃ）、酸素元素（Ｏ）が放出され、放出されたＣ、Ｏが第１導電型不純物と共にＧａＮ層に注入される可能性がある。ＧａＮ層において、Ｃはアクセプタ、Ｏはドナーとして働く。このため、第１導電型不純物（アクセプタ）と共に、Ｃ、ＯがＧａＮ層に注入されると、ＧａＮ層における実効アクセプタ濃度が変動し、ＧａＮ層を有する素子の特性が低下する可能性がある。

また、イオン注入マスクにフォトレジストではなく、酸化膜を用いる手法では、脱ガスによるＣ、Ｏの放出が防止される。しかし、この手法では、イオン注入後にＧａＮ層上から酸化膜をエッチングして除去する際に、イオン注入マスクの開口部下に位置する領域（すなわち、イオン注入領域）の表面がオーバーエッチングされてダメージを受ける可能性がある。ＧａＮ層がダメージを受けると、ＧａＮ層を有する素子の特性が低下する可能性がある。

本発明は上記課題に着目してなされたものであって、特性の低下を抑制可能な窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る窒化物半導体装置は、第１導電型の不純物元素が注入されている注入領域と、前記注入領域に隣接し、前記不純物元素が注入されていない非注入領域と、を有する窒化ガリウム層、を備える。前記注入領域において、前記注入領域の表面から前記不純物元素の注入量が深さ方向で最大となるピーク位置までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下である。前記注入領域と前記非注入領域との境界の段差は１ｎｍ以下である。

これによれば、注入領域において、アクセプタとして働く炭素元素（Ｃ）の濃度が低く抑えられているため、注入領域における実効アクセプタ濃度（または、実効ドナー濃度）の変動を抑制することができる。これにより、注入領域を含む素子の特性の低下を抑制することができる。また、注入領域と非注入領域との境界の段差が１ｎｍ以下である。これにより、この境界を含む素子に逆方向に電圧が印加された際に、境界の段差への電界集中を抑制することができ、耐圧の劣化を抑制することができる。

なお、上記の「表面」は、厳密に表面でなく、表面近傍であってもよい。表面近傍とは、「濃度の測定値に信頼性がある、表面に最も近い位置」としてもよい。また、表面近傍とは、「表面から深さ方向へ０．２μｍ離れた位置」としてもよい。あるいは、表面近傍とは、「表面に最も近く、不純物元素の濃度が１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以上、１Ｅ＋１８／ｃｍ^３以下の位置」としてもよい。また、実効アクセプタ濃度とは、アクセプタ濃度からドナー濃度を相殺した濃度のことである。実効ドナー濃度とは、ドナー濃度からアクセプタ濃度を相殺した濃度のことである。また、なお、Ｅ＋は、指数表記である。例えば、１Ｅ＋１６は、１×１０^１６を意味する。

本発明の別の態様に係る窒化物半導体装置は、第１導電型の不純物元素が注入されている注入領域と、前記注入領域に隣接し、前記不純物元素が注入されていない非注入領域と、を有する窒化ガリウム層、を備える。前記注入領域において、前記注入領域の表面から前記不純物元素の注入量が深さ方向で最大となるピーク位置までの範囲における酸素元素（Ｏ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下である。前記注入領域と前記非注入領域との境界の段差は１ｎｍ以下である。

これによれば、注入領域において、ドナーとして働く酸素元素（Ｏ）の濃度が低く抑えられているため、注入領域における実効アクセプタ濃度（または、実効ドナー濃度）の変動を抑制することができる。これにより、注入領域を含む素子の特性の低下を抑制することができる。また、注入領域と非注入領域との境界の段差が１ｎｍ以下であるため、この境界の段差への電界集中を抑制することができ、耐圧の劣化を抑制することができる。

本発明の一態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化ガリウム層上に第１無機材料膜を成膜する工程と、前記第１無機材料膜上に、フッ素含有ガスによるドライエッチング処理のエッチングレートが前記第１無機材料膜よりも大きい第２無機材料膜を成膜する工程と、前記ドライエッチング処理により前記第２無機材料膜をパターニングして、前記第２無機材料膜を厚さ方向に貫通する第１開口部を前記第２無機材料膜に形成する工程と、前記第１開口部が形成された前記第２無機材料膜をマスクに用いて、前記第１無機材料膜に第１ウェットエッチング処理を施して、前記第１開口部に連通する第２開口部を前記第１無機材料膜に形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部を通して前記窒化ガリウム層に第１導電型の不純物元素をイオン注入する工程と、前記第２無機材料膜に第２ウェットエッチング処理を施して、前記第１無機材料膜上から前記第２無機材料膜を除去する工程と、前記第１無機材料膜に第３ウェットエッチング処理を施して、前記窒化ガリウム層上から前記第１無機材料膜を除去する工程と、を備える。

これによれば、製造装置は、第１導電型の不純物元素がイオン注入される注入領域の表面へのオーバードライエッチングを抑制することができ、注入領域の表面に欠陥や界面準位の発生等のダメージを与えることを抑制することができる。また、第１導電型の不純物元素をイオン注入する際に、レジストパターンではなく、第１無機材料膜及び第２無機材料膜で構成される積層膜がマスクに用いられる。これにより、上記のイオン注入の際にレジストパターンからの脱ガスはなく、脱ガスに含まれる炭素元素（Ｃ）及び酸素元素（Ｏ）が注入領域に注入されることもない。窒化ガリウム層においてＣはアクセプタ、Ｏはドナーとして働くが、上記のイオン注入の際に脱ガスからのＣ、Ｏは注入されないため、注入領域における実効アクセプタ濃度（または、実効ドナー濃度）の変動を抑制することができる。これにより、注入領域を含む素子の特性の低下を抑制することができる。

本発明によれば、特性の低下を抑制可能な窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体装置の構成例を示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体装置の構成例を示す平面図である。 図３Ａは、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードの製造方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｂは、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードの製造方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｃは、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードの製造方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｄは、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードの製造方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｅは、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードの製造方法を工程順に示す断面図である。 図３Ｆは、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードの製造方法を工程順に示す断面図である。 図４は、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、表面からの深さと炭素元素（Ｃ）濃度との関係を実際に測定した結果（実験結果）を示すグラフである。 図５は、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、表面からの深さと酸素元素（Ｏ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図６は、本発明の比較例１に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、表面からの深さと炭素元素（Ｃ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図７は、本発明の比較例１に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、表面からの深さと酸素元素（Ｏ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図８は、本発明の比較例２に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、ｐ型領域の表面からの深さと炭素元素（Ｃ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図９は、本発明の比較例２に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、表面からの深さと酸素元素（Ｏ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図１０は、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオードについて、逆方向電圧とリーク電流密度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 図１１は、本発明の比較例１に係るｐｎダイオードについて、逆方向電圧とリーク電流密度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 図１２は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体装置の構成例を示す断面図である。 図１３Ａは、本発明の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 図１３Ｂは、本発明の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 図１３Ｃは、本発明の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 図１３Ｄは、本発明の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 図１３Ｅは、本発明の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 図１３Ｆは、本発明の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。 図１４は、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体装置の構成例を示す断面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

以下の説明では、Ｚ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、領域、層、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。

以下の説明では、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型である場合について例示的に説明する。またｐやｎに付す＋又は－は、＋又は－が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。但し、同じｐとｐ（または、ｎとｎ）とが付された半導体領域であっても、それぞれの半導体領域の不純物濃度が厳密に同じであることを意味するものではない。

＜実施形態１＞
（構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体装置の構成例を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体装置の構成例を示す平面図である。図１は、図２に示す平面図をＸ２－Ｘ´２線で切断した断面を示している。また、図２では、後述するＧａＮ層１２の表面１２ａと、ｐ型領域１４の表面１４ａと、表面１２ａ、１４ａ間の境界１３とを示すために、絶縁膜１６及びアノード電極１８の図示を省略している。また、図１、図２と、後述の図１２、図１４において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、ＧａＮ層１２の表面１２ａに平行な方向であり、Ｚ軸方向はＧａＮ層１２の深さ方向である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する。

図１及び図２に示すように、実施形態１に係る窒化物半導体装置はｐｎダイオード１（本発明の「ダイオード」の一例）を備える。ｐｎダイオード１は、ｎ^＋型の窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）１０と、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に設けられたｎ型の窒化ガリウム層（ＧａＮ層）１２と、ＧａＮ層１２内に設けられたｐ型領域１４と、ＧａＮ層１２の表面１２ａ上に設けられた絶縁膜１６と、ｐ型領域１４に接続するアノード電極１８と、ｎ^＋型のＧａＮ基板１０に接続するカソード電極２０と、を有する。ｐ型領域１４は本発明の「注入領域」の一例である。ｎ型のＧａＮ層１２において、ｐ型領域１４に隣接する領域が本発明の「非注入領域」の一例である。

ＧａＮ基板１０は、例えばｎ^＋型のｃ面ＧａＮ単結晶基板である。ＧａＮ基板１０に含まれるｎ型不純物は、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）及びＧｅ（ゲルマニウム）のうちの一種類以上の元素である。一例を挙げると、ＧａＮ基板１０に含まれるｎ型不純物はＳｉ又はＯであり、ＧａＮ基板１０におけるＳｉの不純物濃度は５Ｅ＋１７／ｃｍ^３以上である。

なお、ＧａＮ基板１０は、ｎ型又はｎ^－型であってもよい。ＧａＮ基板１０は、転位密度が１Ｅ＋７ｃｍ^－２未満の低転位自立基板であってもよい。ＧａＮ基板１０が低転位自立基板であることにより、ＧａＮ基板１０上に形成されるＧａＮ層１２の転位密度も低くなる。また、低転位基板をＧａＮ基板１０に用いることで、ＧａＮ基板１０に大面積のパワーデバイスが形成される場合でも、パワーデバイスにおけるリーク電流を少なくすることができる。これにより、製造装置は、パワーデバイスを高い良品率で製造することができる。また、熱処理において、イオン注入された不純物が転位に沿って深く拡散することを防ぐことができる。

ＧａＮ層１２は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上に設けられている。ＧａＮ層１２は、例えばｎ型のＧａＮ単結晶層であり、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上にエピタキシャル成長された層である。ＧａＮ層１２は、エピタキシャル成長の過程でｎ型不純物がドープされることにより形成される。ｎ型不純物は、例えばＳｉである。例えば、ＧａＮ層１２におけるＳｉの濃度は、２Ｅ＋１６／ｃｍ^３である。ＧａＮ層１２の厚さは４μｍである。

ｐ型領域１４は、ｎ型のＧａＮ層１２にｐ型の不純物元素（ｐ型不純物）がイオン注入され、熱処理されることにより形成される。ｐ型不純物は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）である。後述の図４及び図５に例示されるように、ｐ型領域１４において、その表面（または、表面近傍）からＭｇの注入量が深さ方向で最大となるＭｇピーク位置までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度及び酸素元素（Ｏ）の平均濃度は、それぞれ１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下となっている。また、ＧａＮ層１２の表面１２ａとｐ型領域１４の表面１４ａとの境界１３の段差は、例えば１ｎｍ以下となっている。

絶縁膜１６は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜である。絶縁膜１６には、開口部Ｈ１が設けられている。アノード電極１８は、絶縁膜１６上に設けられており、開口部Ｈ１を通してｐ型領域１４に接続している。カソード電極２０は、ｎ^＋型のＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側に設けられており、ＧａＮ基板１０に接続している。アノード電極１８及びカソード電極２０は、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金（一例として、Ｔｉ－Ａｌ合金）、Ｎｉ、又は、Ｎｉ合金（一例として、Ｎｉ－Ａｕ合金）で構成されている。

（製造方法）
次に、図１及び図２に示したｐｎダイオード１の製造方法を説明する。図３Ａから図３Ｆは、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオード１の製造方法を工程順に示す断面図である。ｐｎダイオード１は、成膜装置（エピタキシャル成長装置、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、レジスト塗布装置を含む）、露光装置、イオン注入装置、アニール装置、エッチング装置など、各種の装置を用いて製造される。以下、これらの装置を、製造装置と総称する。

図３Ａに示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上にＧａＮ層１２を形成する。例えば、製造装置は、有機金属成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ＧａＮ基板１０上にＧａＮ層１２をエピタキシャル成長させる。製造装置は、ＧａＮ層１２をエピタキシャル成長させる過程で、ＧａＮ層１２にｎ型不純物としてＳｉをドープする。

次に、製造装置は、ＣＶＤ法により、ＧａＮ層１２上に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜２２（本発明の「第１無機材料膜」の一例）を成膜する。製造装置は、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２を例えば１５０ｎｍの厚さに成膜する。次に、図３Ｂに示すように、製造装置は、ＣＶＤ法により、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２上にＳｉＯ_２膜２４（本発明の「第２無機材料膜」の一例）を成膜する。製造装置は、ＳｉＯ_２膜２４を例えば２μｍの厚さに成膜する。

次に、図３Ｃに示すように、製造装置は、ＳｉＯ_２膜２４上にフォトレジストで構成されるパターン（レジストパターン）ＲＰ１を形成する。そして、製造装置は、レジストパターンＲＰ１をマスクに用いて、ＳｉＯ_２膜２２にフッ素含有ガス（例えば、三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）によるドライエッチング処理を施す。これにより、製造装置は、ＳｉＯ_２膜２４を厚さ方向に貫通する第１開口部Ｈ１１をＳｉＯ_２膜２４に形成する。

Ａｌ_２Ｏ_３膜２２は、フッ素含有ガス（例えば、ＣＨＦ_３）によるドライエッチング処理のエッチングレートがＳｉＯ_２膜よりも小さい。換言すると、ＳｉＯ_２膜２４は、フッ素含有ガス（例えば、ＣＨＦ_３）によるドライエッチング処理のエッチングレートが、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２よりも大きい。エッチングレートとは、単位時間当たりのエッチング量である。ＳｉＯ_２膜２４よりＡｌ_２Ｏ_３膜２２の方がドライエッチング処理のエッチングレートが小さいため、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２はエッチングストッパとして機能する。これにより、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａがオーバードライエッチングされないように、ドライエッチングの進行を制御することができる。

次に、製造装置は、アセトン（Ｃ_３Ｈ_６Ｏ）を用いてレジストパターンＲＰ１を除去する。ＳｉＯ_２膜２４及びＡｌ_２Ｏ_３膜２２はアセトンではエッチングされず、ＧａＮ層１２上にそのまま残る。次に、製造装置は、第１開口部Ｈ１１が形成されたＳｉＯ_２膜２４をマスクに用いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２に第１ウェットエッチング処理を施す。これにより、図３Ｄに示すように、製造装置は、第１開口部Ｈ１１に連通する第２開口部Ｈ１２をＡｌ_２Ｏ_３膜２２に形成する。第２開口部Ｈ１２は、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２を厚さ方向に貫通している。

第１ウェットエッチング処理では、ＳｉＯ_２膜２４及びＧａＮ層１２の各々よりもＡｌ_２Ｏ_３膜２２の方がエッチングレートが大きい薬液（例えば、ＴＭＡＨ）を用いる。ＴＭＡＨによるＧａＮ層１２のエッチングレートは、ゼロ又はゼロに近い値である。これにより、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａがオーバーエッチングされることを抑制しつつ、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２及びＳｉＯ_２膜２４で構成される積層構造のイオン注入マスク２５を形成することができる。

オーバーエッチングが抑制されるため、ＧａＮ層１２の表面１２ａにおいて、イオン注入マスク２５で覆われている領域と、イオン注入マスク２５から露出している領域（すなわち、第１開口部Ｈ１１の底面で露出している領域）との境界１３´に段差が生じることを抑制することができる。また、オーバーエッチングが抑制されるため、ＧａＮ層１２の表面１２ａに欠陥や界面準位等のダメージが生じることを抑制することができる。

次に、図３Ｅに示すように、製造装置は、イオン注入マスク２５の第１開口部Ｈ１１及び第２開口部Ｈ１２を通して、ＧａＮ層１２にＭｇをイオン注入する。これにより、ＧａＮ層１２にＭｇ注入領域１４´が形成される。Ｍｇのイオン注入は、レジストパターンではなく、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２及びＳｉＯ_２膜２４で構成されるイオン注入マスク２５を用いて行われる。このため、図３Ｅのイオン注入工程でレジストパターンからの脱ガスはなく、レジストパターンからの脱ガスに含まれる炭素元素（Ｃ）、酸素元素（Ｏ）がＭｇと共にＧａＮ層１２に注入されることもない。これにより、Ｍｇ注入領域１４´における炭素元素（Ｃ）濃度、酸素元素（Ｏ）濃度をそれぞれ低く抑えることができる。例えば、Ｍｇ注入領域１４´の表面（または、表面近傍）からＭｇの注入量が深さ方向で最大となるＭｇピーク位置までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度及び酸素元素（Ｏ）の平均濃度を、それぞれ１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下にすることができる。

次に、製造装置は、ＳｉＯ_２膜２４に第２ウェットエッチング処理を施して、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２上からＳｉＯ_２膜２４を除去する。第２ウェットエッチング処理では、ＧａＮ層１２よりもＳｉＯ_２膜２４の方がエッチングレートが大きい薬液（例えば、フッ酸（ＨＦ）水溶液）を用いる。ＨＦ水溶液によるＧａＮ層１２のエッチングレートは、ＨＦ水溶液によるＳｉＯ_２膜２４のエッチングレートよりも十分に小さく、例えばゼロ又はゼロに近い値である。これにより、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａがオーバーエッチングされることを抑制しつつ、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２上からＳｉＯ_２膜２４を除去することができる。

次に、製造装置は、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２に第３ウェットエッチング処理を施して、ＧａＮ層１２上からＡｌ_２Ｏ_３膜２２を除去する。第３ウェットエッチング処理では、ＧａＮ層１２よりもＡｌ_２Ｏ_３膜２２の方がエッチングレートが大きい薬液（例えば、ＴＭＡＨ）を用いる。ＴＭＡＨによるＧａＮ層１２のエッチングレートは、結晶方向に依る。この例では、素子構造が形成される面（デバイス面）はＣ面（（０００１）面）である。ＴＭＡＨによるＧａＮ層１２のＣ面のエッチングレートは、ＴＭＡＨによるＡｌ_２Ｏ_３膜２２のエッチングレートよりも十分に小さく、例えばゼロ又はゼロに近い値である。これにより、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａがオーバーエッチングされることを抑制しつつ、ＧａＮ層１２上からＡｌ_２Ｏ_３膜２２を除去することができる。

次に、製造装置は、Ｍｇ注入領域１４´を含む基板全体にアニール処理を施して、Ｍｇ注入領域１４´に含まれるＭｇを活性化させる。これにより、図３Ｆに示すように、ＧａＮ層１２にｐ型領域１４が形成される。
その後、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａ上に絶縁膜１６（図１参照）を形成し、絶縁膜１６に開口部Ｈ１（図１参照）を形成する。次に、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａ側にアノード電極１８（図１参照）を形成する。また、アノード電極１８の形成工程と前後して、製造装置は、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側にカソード電極２０（図１参照）を形成する。以上の工程を経て、図１に示したｐｎダイオード１が完成する。

（シミュレーション結果）
図４は、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオード１のｐ型領域１４について、表面１４ａからの深さと炭素元素（Ｃ）濃度との関係を実際に測定した結果（実験結果）を示すグラフである。図４の横軸は表面１４ａからの深さ［μｍ］を示し、縦軸は炭素元素（Ｃ）濃度［／ｃｍ^３］を示す。図５は、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオード１のｐ型領域１４について、表面１４ａからの深さと酸素元素（Ｏ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。図５の横軸は表面１４ａからの深さ［μｍ］を示し、縦軸は酸素元素（Ｏ）濃度［／ｃｍ^３］を示す。

図４及び図５は、ｐ型領域１４の表面近傍からＭｇの注入量が深さ方向で最大となるＭｇピーク位置までの範囲におけるＭｇの平均濃度が１Ｅ＋１８／ｃｍ^３となるようにＭｇを多段イオン注入した場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいて、ｐ型領域１４の表面近傍とは、表面１４ａから深さ方向へ０．２μｍ離れた位置である。図４及び図５に示すように、ｐ型領域１４の表面１４ａ（すなわち、図４及び図５において、深さ０μｍの位置）から深さ方向へ０．２μｍまでの範囲は、表面１４ａの状態によりＭｇ濃度が大きく変化する領域であり、Ｍｇ濃度の値に信頼性がない領域であるため、この範囲の領域は平均濃度の算出の対象から除外した。

図４に示すように、ｐ型領域１４において、ｐ型領域１４の表面近傍（例えば、深さ０２．μｍの位置）からＭｇピーク位置（例えば、６２０ｎｍ）までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下であった。また、図５に示すように、ｐ型領域１４において、ｐ型領域１４の表面近傍（例えば、深さ０．２μｍの位置）からＭｇピーク位置（例えば、６２０ｎｍ）までの範囲における酸素元素（Ｏ）の平均濃度も、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下であった。
なお、ｐ型領域１４は、Ｍｇのイオン注入で形成されるため、図４及び図５に示すように、表面１４ａからの深さに対してＭｇ濃度が変化するような濃度プロファイル（Ｍｇプロファイル）を有する。

図６は、本発明の比較例１に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、表面からの深さと炭素元素（Ｃ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。図６の縦軸は表面からの深さ［μｍ］を示し、縦軸は炭素元素（Ｃ）濃度［／ｃｍ^３］を示す。図７は、本発明の比較例１に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、表面からの深さと酸素元素（Ｏ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。図７の縦軸は表面からの深さ［μｍ］を示し、縦軸は酸素元素（Ｏ）濃度［／ｃｍ^３］を示す。比較例１のｐ型領域は、積層構造のイオン注入マスクではなく、レジストパターンをマスクに用いてＭｇをイオン注入することにより形成したものである。

図６及び図７は、ｐ型領域の表面近傍からＭｇピーク位置までの範囲におけるＭｇの平均濃度が１Ｅ＋１９／ｃｍ^３となるようにＭｇを一段イオン注入した場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいても、ｐ型領域の表面近傍とは、表面から深さ方向へ０．２μｍ離れた位置である。図６及び図７に示すように、ｐ型領域の表面近傍からＭｇピーク位置までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度及び酸素元素（Ｏ）の平均濃度は、実施形態１のシミュレーション値よりもそれぞれ大きかった。これは、Ｍｇをイオン注入する際に、レジストパターンからの脱ガスに含まれる炭素元素（Ｃ）、酸素元素（Ｏ）が、Ｍｇイオンと共にＧａＮ層に注入されることが原因と考えられる。

図８は、本発明の比較例２に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、ｐ型領域の表面からの深さと炭素元素（Ｃ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。図８の横軸は表面からの深さ［μｍ］を示し、縦軸は炭素元素（Ｃ）濃度［／ｃｍ^３］を示す。図９は、本発明の比較例２に係るｐｎダイオードのｐ型領域について、表面からの深さと酸素元素（Ｏ）濃度との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。図９の横軸は表面からの深さ［μｍ］を示し、縦軸は酸素元素（Ｏ）濃度［／ｃｍ^３］を示す。比較例１と同様に、比較例２のｐ型領域も、レジストパターンをマスクに用いてＭｇをイオン注入することにより形成したものである。

図８及び図９は、ｐ型領域の表面近傍からＭｇピーク位置までの範囲におけるＭｇの平均濃度が３Ｅ＋１８／ｃｍ^３となるようにＭｇを一段イオン注入した場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいても、ｐ型領域の表面近傍とは、表面から深さ方向へ０．２μｍ離れた位置である。図８及び図９に示すように、ｐ型領域の表面近傍からＭｇピーク位置までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度及び酸素元素（Ｏ）の平均濃度は、実施形態１のシミュレーション値よりもそれぞれ大きかった。これは、比較例１と同様に、レジストパターンからの脱ガスに含まれる炭素元素（Ｃ）、酸素元素（Ｏ）が原因であると考えられる。

図４から図９のシミュレーション結果の数値を、表１に示す。

図１０は、本発明の実施形態１に係るｐｎダイオード１について、逆方向電圧とリーク電流密度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図１１は、本発明の比較例１に係るｐｎダイオードについて、逆方向電圧とリーク電流密度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図１０及び図１１の各々において、横軸は逆方向電圧［Ｖ］を示し、縦軸はリーク電流密度［Ａ／ｃｍ２］を示す。図１０と図１１とを比較して分かるように、実施形態１に係るｐｎダイオード１は、比較例１に係るｐｎダイオードと比べて、逆方向電圧に対するリーク電流が小さい。

これは、表１に示したように、ｐ型領域１４における酸素元素（Ｏ）の平均濃度が低いことが理由と考えられる。酸素元素（Ｏ）はドナーとして働くため、ｐ型領域１４では、酸素元素（Ｏ）の平均濃度が低いほど、実効アクセプタ濃度が高くなる。これにより、ｐ型領域１４とｎ型のＧａＮ層１２との間の空乏層をｎ型のＧａＮ層１２側に広げることができる。これにより、ｐｎダイオード１は、逆方向電圧に対するリーク電流を抑制することができ、ｐｎ接合耐圧の低下を抑制することができる。

また、図３Ｃに示した工程で、Ｍｇがイオン注入される領域へのオーバードライエッチングが抑制されていることも理由と考えられる。Ｍｇのイオン注入によってｐ型領域１４が形成されるが、オーバードライエッチングの抑制により、ｐ型領域１４の表面１４ａに欠陥や界面準位等のダメージが生じることが抑制され、欠陥や界面準位等に起因した電荷の蓄積が抑制される。これにより、ｐｎダイオード１は、逆方向電圧に対するリーク電流を抑制することができ、ｐｎ接合耐圧の低下を抑制することができる。

また、Ｍｇの注入領域であるｐ型領域１４の表面１４ａと、Ｍｇの非注入領域であるＧａＮ層１２の表面１２ａとの境界１３の段差が、例えば１ｎｍ以下に抑制されていることも理由と考えられる。段差が１ｎｍ以下に抑制されているため、逆方向電圧が印加される際に、この段差に電界が集中することが抑制される。これにより、ｐｎダイオード１は、逆方向電圧に対するリーク電流を抑制することができ、ｐｎ接合耐圧の低下を抑制することができる。

（実施形態１の効果）
以上説明したように、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体装置は、ｐｎダイオード１を備える。ｐｎダイオード１は、ｐ型の不純物元素（例えば、Ｍｇ）が注入されたｐ型領域１４と、ｐ型領域１４に隣接し、Ｍｇが注入されていない非注入領域と、を有するＧａＮ層１２、を備える。ｐ型領域１４において、ｐ型領域１４の表面１４ａからＭｇの注入量が深さ方向で最大となるＭｇピーク位置までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下である。Ｍｇが注入されたｐ型領域１４と非注入領域との境界１３の段差は１ｎｍ以下である。

これによれば、ｐ型領域１４において、アクセプタとして働く炭素元素（Ｃ）の濃度は低く抑えられているため、ｐ型領域１４における実効アクセプタ濃度の変動が抑制される。これにより、ｐ型領域１４を含むｐｎダイオード１は、ｐｎ接合耐圧の変動を抑制することができる。また、上記の境界１３の段差が１ｎｍ以下である。このため、境界１３を含むｐｎダイオード１は、逆方向に電圧が印加された際に、境界１３の段差への電界集中を抑制することができ、耐圧の劣化を抑制することができる。

また、ｐ型領域１４において、その表面１４ａからＭｇピーク位置までの範囲における酸素元素（Ｏ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下であってもよい。これによれば、ｐ型領域１４において、ドナーとして働く酸素元素（Ｏ）の濃度は低く抑えられているため、ｐ型領域１４における実効アクセプタ濃度の変動がさらに抑制される。これにより、ｐ型領域１４を含むｐｎダイオード１において、ｐｎ接合耐圧の変動をさらに抑制することができる。

なお、Ｍｇピーク位置におけるＭｇの濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以上、１Ｅ＋２１／ｃｍ^３以下であってもよく、１Ｅ＋１７／ｃｍ^３以上、１Ｅ＋１９／ｃｍ^３以下であってもよい。また、Ｍｇピーク位置における上記のＭｇ濃度範囲の規定に加えて、ＧａＮ層１２の表面１２ａからＭｇピーク位置までの深さは５００ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、耐圧を確保することが容易となる。

また、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法は、ＧａＮ層１２上にＡｌ_２Ｏ_３膜２２を成膜する工程と、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２上に、フッ素含有ガスによるドライエッチング処理のエッチングレートがＡｌ_２Ｏ_３膜２２よりも大きいＳｉＯ_２膜２４を成膜する工程と、ドライエッチング処理によりＳｉＯ_２膜２４をパターニングして、ＳｉＯ_２膜２４を厚さ方向に貫通する第１開口部Ｈ１１をＳｉＯ_２膜２４に形成する工程と、第１開口部Ｈ１１が形成されたＳｉＯ_２膜２４をマスクに用いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２に第１ウェットエッチング処理を施して、第１開口部Ｈ１１に連通する第２開口部Ｈ１２をＡｌ_２Ｏ_３膜２２に形成する工程と、第１開口部Ｈ１１及び第２開口部Ｈ１２を通してＧａＮ層１２にＭｇをイオン注入する工程と、ＳｉＯ_２膜２４に第２ウェットエッチング処理を施して、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２上からＳｉＯ_２膜２４を除去する工程と、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２に第３ウェットエッチング処理を施して、窒化ガリウム層上からＡｌ_２Ｏ_３膜２２を除去する工程と、を備える。

これによれば、製造装置は、Ｍｇがイオン注入されるＭｇ注入領域１４´の表面へのオーバードライエッチングを抑制することができ、Ｍｇ注入領域１４´の表面に欠陥や界面準位の発生等のダメージを与えることを抑制することができる。これにより、ｐｎダイオード１は、素子間分離用の絶縁膜１６とｐ型領域１４との接触界面において、界面準位密度の増加を抑制することができ、界面準位に起因する電荷の蓄積を抑制することができる。これにより、ｐｎダイオード１は、耐圧の劣化を抑制することができる。

また、Ｍｇをイオン注入する際に、レジストパターンではなく、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２及びＳｉＯ_２膜２４で構成される積層構造のイオン注入マスク２５が用いられる。これにより、Ｍｇのイオン注入の際にレジストパターンからの脱ガスはなく、脱ガスに含まれる炭素元素（Ｃ）及び酸素元素（Ｏ）がＭｇ注入領域１４´に注入されることもない。ＧａＮ層においてＣはアクセプタ、Ｏはドナーとして働くが、Ｍｇのイオン注入の際に脱ガスからのＣ、Ｏは注入されないため、ｐ型領域１４における実効アクセプタ濃度の変動を抑制することができる。

また、第１ウェットエッチング処理によるエッチングレートは、ＳｉＯ_２膜２４及び窒化ガリウム層の各々よりもＡｌ_２Ｏ_３膜２２のほうが大きくてもよい。第２ウェットエッチング処理によるエッチングレートは、ＧａＮ層１２よりもＳｉＯ_２膜２４のほうが大きくてもよい。第３ウェットエッチング処理によるエッチングレートは、ＧａＮ層１２よりもＡｌ_２Ｏ_３膜２２のほうが大きくてもよい。
これによれば、ｐ型領域１４の表面１４ａがオーバーエッチングされることを抑制することができる。Ｍｇの注入領域であるｐ型領域１４と、ｐ型領域１４に隣接するＭｇの非注入領域との境界１３の段差を小さくすることができ、例えば、境界１３の段差を１ｎｍ以下にすることができる。

＜実施形態２＞
上記の実施形態１では、本発明がｐｎダイオードに適用される場合を説明した。しかしながら、本発明の適用はｐｎダイオードに限定されない。本発明は、縦型ＭＯＳＦＥＴに適用されてもよい。

（構成）
図１２は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体装置の構成例を示す断面図である。図１２に示すように、実施形態２に係る窒化物半導体装置は、プレーナゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ２（本発明の「縦型ＭＯＳＦＥＴ」の一例）を備える。縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、ＧａＮ基板１０と、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に設けられたｎ型のＧａＮ層１２と、ＧａＮ層１２内に設けられたｐ型領域１４と、ｐ型領域１４内に設けられたｎ＋型のソース領域３０と、ＧａＮ層１２の表面１２ａ上に設けられた素子間分離用の絶縁膜３２と、ＧａＮ層１２の表面１２ａ上に設けられたゲート絶縁膜３４と、ゲート絶縁膜３４上に設けられたゲート電極３６と、ＧａＮ層１２の表面１２ａ側に設けられてｎ＋型のソース領域３０とｐ型領域１４とに接続するソース電極３８と、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側に設けられたドレイン電極４０と、を有する。この例では、ｎ型のＧａＮ層１２はドリフト領域として機能し、ｐ型領域１４はウェル領域として機能する。

ソース領域３０は、ｐ型領域１４の表面１４ａ側に設けられている。ソース領域３０は、ｐ型領域１４の表面１４ａから所定の深さにＳｉ（シリコン）等のｎ型不純物がイオン注入され、熱処理されることにより形成される。
絶縁膜３２は、例えばＳｉＯ_２膜で構成されている。絶縁膜３２には開口部Ｈ２が設けられている。開口部Ｈ２の底面にｐ型領域１４とソース領域３０とが露出している。ソース電極３８は、開口部Ｈ２を通してｐ型領域１４とソース領域３０とに接続している。これにより、ｐ型領域１４の電位は、ソース電極３８の電位に固定される。

ゲート絶縁膜３４は、例えばＳｉＯ_２膜又は酸化アルミニウム膜（Ａｌ_２Ｏ_３膜）で構成されている。ゲート電極３６、ソース電極３８及びドレイン電極４０は、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金（一例として、Ｔｉ－Ａｌ合金）、Ｎｉ、又は、Ｎｉ合金（一例として、Ｎｉ－Ａｕ合金）で構成されている。また、ゲート電極３６は、不純物をドープしたポリシリコン（ｐＯｌｙ－Ｓｉ）等で構成されていてもよい。

プレーナゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ２のチャネル領域は、Ｍｇの非注入領域であるｎ型のＧａＮ層１２とｎ^＋型のソース領域３０との間に位置し、かつゲート絶縁膜３４を介してゲート電極３６と向かい合う領域に形成される。縦型ＭＯＳＦＥＴ２のオン電流は、ドレイン電極４０から、ＧａＮ基板１０、ＧａＮ層１２、チャネル領域及びソース領域３０を通って、ソース電極３８に流れる。

（製造方法）
次に、図１２に示した縦型ＭＯＳＦＥＴ２の製造方法を説明する。図１３Ａから図１３Ｆは、本発明の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ２の製造方法を工程順に示す断面図である。縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、成膜装置（エピタキシャル成長装置、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、レジスト塗布装置を含む）、露光装置、イオン注入装置、アニール装置、エッチング装置など、各種の製造装置を用いて製造される。

図１３Ａにおいて、ＳｉＯ_２膜を形成する工程までは、実施形態１で説明したｐｎダイオード１の製造方法と同じである（図３Ａ、図３Ｂ参照）。ＳｉＯ_２膜２４が形成された後、製造装置は、ＳｉＯ_２膜２４上にレジストパターンＲＰ２を形成する。そして、製造装置は、レジストパターンＲＰ２をマスクに用いて、ＳｉＯ_２膜２２にフッ素含有ガス（例えば、三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）によるドライエッチング処理を施す。これにより、製造装置は、ＳｉＯ_２膜２４を厚さ方向に貫通する第１開口部Ｈ１１をＳｉＯ_２膜２４に形成する。

実施形態１で説明したように、ＳｉＯ_２膜２４よりＡｌ_２Ｏ_３膜２２の方がドライエッチング処理のエッチングレートが小さく、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２はエッチングストッパとして機能する。このため、第１開口部Ｈ１１の形成工程では、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａがオーバードライエッチングされないように、ドライエッチングの進行を制御することができる。

次に、製造装置は、アセトン（Ｃ_３Ｈ_６Ｏ）を用いてレジストパターンＲＰ２を除去する。次に、製造装置は、第１開口部Ｈ１１が形成されたＳｉＯ_２膜２４をマスクに用いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２に第１ウェットエッチング処理を施す。これにより、図１３Ｂに示すように、製造装置は、第１開口部Ｈ１１に連通する第２開口部Ｈ１２をＡｌ_２Ｏ_３膜２２に形成する。実施形態１と同様に、第１ウェットエッチング処理では、ＳｉＯ_２膜２４及びＧａＮ層１２の各々よりもＡｌ_２Ｏ_３膜２２の方がエッチングレートが大きい薬液（例えば、ＴＭＡＨ）を用いる。これにより、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａがオーバーエッチングされることを抑制しつつ、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２及びＳｉＯ_２膜２４で構成される積層構造のイオン注入マスク２５を形成することができる。

次に、図１３Ｃに示すように、製造装置は、イオン注入マスク２５の第１開口部Ｈ１１及び第２開口部Ｈ１２を通して、ＧａＮ層１２にＭｇをイオン注入する。これにより、ＧａＮ層１２にＭｇ注入領域１４´が形成される。Ｍｇのイオン注入は、レジストパターンではなく、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２及びＳｉＯ_２膜２４で構成されるイオン注入マスク２５を用いて行われるため、レジストパターンからの脱ガスはない。レジストパターンからの脱ガスに含まれる炭素元素（Ｃ）、酸素元素（Ｏ）がＭｇと共にＧａＮ層１２に注入されることを防ぐことができるため、Ｍｇ注入領域１４´における炭素元素（Ｃ）濃度、酸素元素（Ｏ）濃度をそれぞれ低く抑えることができる。

次に、製造装置は、ＳｉＯ_２膜２４に第２ウェットエッチング処理を施して、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２上からＳｉＯ_２膜２４を除去する。実施形態１と同様に、第２ウェットエッチング処理では、ＧａＮ層１２よりもＳｉＯ_２膜２４の方がエッチングレートが大きい薬液（例えば、フッ酸（ＨＦ）水溶液）を用いる。これにより、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａがオーバーエッチングされることを抑制しつつ、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２上からＳｉＯ_２膜２４を除去することができる。

次に、製造装置は、Ａｌ_２Ｏ_３膜２２に第３ウェットエッチング処理を施して、ＧａＮ層１２上からＡｌ_２Ｏ_３膜２２を除去する。実施形態１と同様に、第３ウェットエッチング処理では、ＧａＮ層１２よりもＡｌ_２Ｏ_３膜２２の方がエッチングレートが大きい薬液（例えば、ＴＭＡＨ）を用いる。これにより、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａがオーバーエッチングされることを抑制しつつ、ＧａＮ層１２上からＡｌ_２Ｏ_３膜２２を除去することができる。
次に、製造装置は、Ｍｇ注入領域１４´を含む基板全体にアニール処理を施して、Ｍｇ注入領域１４´に含まれるＭｇを活性化させる。これにより、図１３Ｄに示すように、ＧａＮ層１２にｐ型領域１４が形成される。

次に、図１３Ｅに示すように、製造装置は、ＧａＮ層１２上にレジストパターンＲＰ３を形成する。そして、製造装置は、レジストパターンＲＰ３をマスクに用いて、ｐ型領域１４にＳｉ等のｎ型不純物をイオン注入する。これにより、ｐ型領域１４にＳｉ注入領域３０´を形成する。次に、製造装置は、アセトン（Ｃ_３Ｈ_６Ｏ）を用いてレジストパターンＲＰ３を除去する。次に、製造装置は、Ｓｉ注入領域３０´を含む基板全体にアニール処理を施して、Ｓｉ注入領域３０´に含まれるＳｉを活性化させる。これにより、図１３Ｆに示すように、ソース領域３０が形成される。

その後、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａ上に素子間分離用の絶縁膜３２と、ゲート絶縁膜３４とを形成する。次に、製造装置は、ゲート絶縁膜３４上にゲート電極３６（図１２参照）を形成する。次に、製造装置は、ＧａＮ層１２の表面１２ａ側にソース電極３８（図１２参照）を形成する。また、ソース電極３８の形成工程と前後して、製造装置は、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側にドレイン電極４０（図１２参照）を形成する。以上の工程を経て、図１２に示したプレーナゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ２が完成する。

（実施形態２の効果）
以上説明したように、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体装置は、プレーナゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ２を備える。縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、ｐ型の不純物元素（例えば、Ｍｇ）が注入されたｐ型領域１４と、ｐ型領域１４に隣接し、Ｍｇが注入されていない非注入領域と、を有するＧａＮ層１２、を備える。ｐ型領域１４において、その表面１４ａからＭｇピーク位置までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下である。Ｍｇが注入されたｐ型領域１４とＭｇの非注入領域であるｎ型のＧａＮ層１２との境界１３の段差は１ｎｍ以下である。

これによれば、ｐ型領域１４において、アクセプタとして働く炭素元素（Ｃ）の濃度は低く抑えられているため、ｐ型領域１４における実効アクセプタ濃度の変動が抑制される。ｐ型領域１４にはチャネルが形成される。このため、縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、チャネル領域の実効アクセプタ濃度の変動を抑制することができ、しきい値電圧Ｖｔｈの変動を抑制することができる。また、縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、ｐ型領域１４における実効アクセプタ濃度の変動が抑制されるため、ｐ型領域１４と、Ｍｇの非注入領域であるｎ型のＧａＮ層１２とのｐｎ接合耐圧の変動を抑制することができる。
また、上記の境界１３の段差が１ｎｍ以下である。このため、境界１３を含む縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、逆方向に電圧が印加された際に、境界１３の段差への電界集中を抑制することができ、耐圧の劣化を抑制することができる。

また、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体装置の製造方法においても、実施形態１と同様に、製造装置は、Ｍｇがイオン注入されるＭｇ注入領域１４´の表面へのオーバードライエッチングを抑制することができ、Ｍｇ注入領域１４´の表面に欠陥（例えば、ドナー型欠陥）や界面準位の発生等のダメージを与えることを抑制することができる。これにより、縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、チャネルが形成されるｐ型領域１４の界面準位密度の増加を抑制することができる。例えば、上記のオーバードライエッチングを抑制することによって、ｐ型領域１４とゲート絶縁膜３４との接触界面の界面準位密度を、１Ｅ＋１０ｃｍ^－２／ｅＶ台に抑制することができる。これにより、縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、移動度の低下を抑制することができる。

また、上記のようにオーバードライエッチングを抑制し、ドナー型欠陥の発生を抑制することによって、ｐ型領域１４における実効アクセプタ濃度の低下を抑制することができる。これにより、縦型ＭＯＳＦＥＴ２は、しきい値電圧Ｖｔｈの低下を抑制することができる。

＜実施形態３＞
上記の実施形態２では、本発明の実施形態に係る窒化物半導体装置がプレーナゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ２を備える場合を説明した。しかしながら、本発明の実施形態において、窒化物半導体装置が備える縦型ＭＯＳＦＥＴは、プレーナゲート構造に限定されない。縦型ＭＯＳＦＥＴはトレンチゲート構造であってもよい。

図１４は、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体装置の構成例を示す断面図である。図１４に示すように、実施形態３に係る窒化物半導体装置は、トレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ３（本発明の「縦型ＭＯＳＦＥＴ」の一例）を備える。トレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ３は、ＧａＮ層１２に設けられたトレンチＨ３を有する。トレンチＨ３は、ＧａＮ層１２の表面１２ａ側に開口している。トレンチＨ３の深さはＧａＮ層１２の厚さよりも大きい。トレンチＨ３の側面はソース領域３０とｐ型領域１４とに面し、トレンチＨ３の底面はｎ型のＧａＮ層１２に面している。

トレンチＨ３の内側には、ゲート絶縁膜３４とゲート電極６０とが配置されている。トレンチＨ３の側面と底面とをゲート絶縁膜３４が覆っており、ゲート絶縁膜３４を介してゲート電極３６がトレンチＨ３に埋め込まれている。
トレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ３では、ｐ型領域１４であって、非注入領域であるｎ型のＧａＮ層１２とｎ^＋型のソース領域３０との間に位置し、かつゲート絶縁膜３４を介してゲート電極３６と向かい合う領域にチャネルが形成される。縦型ＭＯＳＦＥＴ３のオン電流は、ドレイン電極４０から、ＧａＮ基板１０、ＧａＮ層１２、チャネル領域及びソース領域３０を通って、ソース電極３８に流れる。また、ソース電極３８は、ソース領域３０だけでなくｐ型領域１４とも接続している。これにより、ｐ型領域１４の電位は、ソース電極３８の電位に固定される。

本発明の実施形態３に係る窒化物半導体装置は、実施形態２に係る窒化物半導体装置と同様の効果を奏する。

＜その他の実施形態＞
上記のように、本発明は実施形態及び変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、変形例が明らかとなろう。
例えば、ゲート絶縁膜３４には、シリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）膜、ストロンチウム酸化（ＳｒＯ）膜、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜も使用可能である。また、ゲート絶縁膜３４には、単層の絶縁膜をいくつか積層した複合膜等も使用可能である。ゲート絶縁膜３４としてＳｉＯ_２膜以外の絶縁膜を用いたＭＯＳＦＥＴは、ＭＩＳＦＥＴと呼んでもよい。ＭＩＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴを含む、より包括的な絶縁ゲート型トランジスタを意味する。

また、上記の実施形態では、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型である場合について説明した。しかしながら、導電型を逆の関係に選択して、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としてもよい。
また、上記の実施形態では、本発明の「第１導電型の不純物元素」としてマグネシウム（Ｍｇ）を用いることを説明したが、Ｍｇに代えて、ベリリウム（Ｂｅ）、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）を用いてもよいし、酸素元素（Ｏ）を用いてもよい。
また、上記の実施形態では、本発明の「第１無機材料膜」として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いることを説明したが、Ａｌ_２Ｏ_３に代えて、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いてもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ ｐｎダイオード
２、３ 縦型ＭＯＳＦＥＴ
１０ ＧａＮ基板
１０ａ、１２ａ、１４ａ 表面
１０ｂ 裏面
１２ ＧａＮ層
１３ 境界
１４ ｐ型領域
１４´ Ｍｇ注入領域
１６、３２ 絶縁膜
１８ アノード電極
２０ カソード電極
２２ Ａｌ_２Ｏ_３膜
２４ ＳｉＯ_２膜
２５ イオン注入マスク
３０ ソース領域
３０´ Ｓｉ注入領域
３４ ゲート絶縁膜
３６ ゲート電極
３８ ソース電極
４０ ドレイン電極
６０ ゲート電極
Ｈ１、Ｈ２ 開口部
Ｈ２ 開口部
Ｈ３ トレンチ
Ｈ１１ 第１開口部
Ｈ１２ 第２開口部
ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３ レジストパターン

Claims (15)

1. 第１導電型の不純物元素が注入されている注入領域と、
   前記注入領域に隣接し、前記不純物元素が注入されていない非注入領域と、
   を有する窒化ガリウム層、を備え、
   前記注入領域において、前記注入領域の表面から前記不純物元素の注入量が深さ方向で最大となるピーク位置までの範囲における炭素元素（Ｃ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下であり、
   前記注入領域と前記非注入領域との境界の段差は１ｎｍ以下である、窒化物半導体装置。
2. 前記注入領域において、前記表面から前記ピーク位置までの範囲における酸素元素（Ｏ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
3. 第１導電型の不純物元素が注入されている注入領域と、
   前記注入領域に隣接し、前記不純物元素が注入されていない非注入領域と、
   を有する窒化ガリウム層、を備え、
   前記注入領域において、前記注入領域の表面から前記不純物元素の注入量が深さ方向で最大となるピーク位置までの範囲における酸素元素（Ｏ）の平均濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以下であり、
   前記注入領域と前記非注入領域との境界の段差は１ｎｍ以下である、窒化物半導体装置。
4. 前記窒化ガリウム層の表面から前記ピーク位置までの深さは５００ｎｍ以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
5. 前記不純物元素の前記ピーク位置における濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以上、１Ｅ＋２１／ｃｍ^３以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
6. 前記不純物元素の前記ピーク位置における濃度は、１Ｅ＋１７／ｃｍ^３以上、１Ｅ＋１９／ｃｍ^３以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
7. 前記表面における前記不純物元素の濃度は、１Ｅ＋１６／ｃｍ^３以上、１Ｅ＋１８／ｃｍ^３以下である、請求項１から６のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
8. 前記不純物元素は、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）である、請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
9. 前記不純物元素は、酸素元素（Ｏ）である、請求項１、４から８のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
10. 前記注入領域の導電型は第１導電型であり、
    前記非注入領域の導電型は第２導電型であり、
    前記注入領域と前記非注入領域とで構成されるダイオード、を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
11. 前記注入領域の導電型は第１導電型であり、
    前記非注入領域の導電型は第２導電型であり、
    前記注入領域にチャネルが形成される、プレーナゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ、を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
12. 前記注入領域の導電型は第１導電型であり、
    前記非注入領域の導電型は第２導電型であり、
    前記注入領域にチャネルが形成される、トレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ、を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
13. 窒化ガリウム層上に第１無機材料膜を成膜する工程と、
    前記第１無機材料膜上に、フッ素含有ガスによるドライエッチング処理のエッチングレートが前記第１無機材料膜よりも大きい第２無機材料膜を成膜する工程と、
    前記ドライエッチング処理により前記第２無機材料膜をパターニングして、前記第２無機材料膜を厚さ方向に貫通する第１開口部を前記第２無機材料膜に形成する工程と、
    前記第１開口部が形成された前記第２無機材料膜をマスクに用いて、前記第１無機材料膜に第１ウェットエッチング処理を施して、前記第１開口部に連通する第２開口部を前記第１無機材料膜に形成する工程と、
    前記第１開口部及び前記第２開口部を通して前記窒化ガリウム層に第１導電型の不純物元素をイオン注入する工程と、
    前記第２無機材料膜に第２ウェットエッチング処理を施して、前記第１無機材料膜上から前記第２無機材料膜を除去する工程と、
    前記第１無機材料膜に第３ウェットエッチング処理を施して、前記窒化ガリウム層上から前記第１無機材料膜を除去する工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
14. 前記第１ウェットエッチング処理によるエッチングレートは、前記第２無機材料膜及び前記窒化ガリウム層の各々よりも前記第１無機材料膜のほうが大きく、
    前記第２ウェットエッチング処理によるエッチングレートは、前記窒化ガリウム層よりも前記第２無機材料膜のほうが大きく、
    前記第３ウェットエッチング処理によるエッチングレートは、前記窒化ガリウム層よりも前記第１無機材料膜のほうが大きい、請求項１３に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
15. 前記第１無機材料膜は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）であり、
    前記第２無機材料膜は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）である、請求項１３又は１４に記載の窒化物半導体装置の製造方法。

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