制作III族氮化物半导体和半导体元件的方法、III族氮化物半导体装置、进行热处理的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供制作III族氮化物半导体和半导体元件的方法、III族氮化物半导体装置、进行热处理的方法。在工序S107中，进行III族氮化物半导体23的热处理，形成导电性III族氮化物半导体25。热处理包含第一热处理27a和第二热处理27b。在工序S108中，供给包含第一流量L1的还原性气体和第二流量L2的氮源气体的处理气体G1，且在第一热处理中第一流量L1大于零。第二流量L2为零以上。在工序S109中，进行第一热处理27a后，进行第二热处理27b。在第二热处理27b中，供给包含第三流量L3的还原性气体和第四流量L4的氮源气体的处理气体G2，进行III族氮化物半导体23的热处理。

【技术实现步骤摘要】
制作111族氮化物半导体和半导体元件的方法、111族氮化物半导体装置、进行热处理的方法
本专利技术涉及制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、进行III族氮化物半导体的热处理的方法和III族氮化物半导体装置。
技术介绍
专利文献I公开了通过离子注入法形成p型氮化镓系半导体区域的方法。非专利文献I公开了利用离子注入法的P型半导体的制作。非专利文献2公开了利用热扩散法的制作P型半导体的方法。专利文献专利文献1:日本特开2009-170604号公报非专利文献非专利文献I: Journal of Applied Physics,第 90 卷(2001) 3750非专利文献2 --第68届应用物理学会学术演讲会演讲预备稿集4p-N-5
技术实现思路
在非专利文献I中，通过离子注入法制作p型半导体。使蓝宝石基板上的无掺杂GaN生长后，在该外延膜中进行铍(Be)和氧(0)的共注入，然后，在氮气(N2)气氛中进行退火，使由离子注入产生的损坏恢复。然后，进行退火后的GaN的霍尔测定。退火后的GaN显示P型的特性。另一方面，在该外延膜中进行镁(Mg)和氧(0)的共注入，然后，在氮气(N2)气氛中进行退火，恢复由离子注入产生的损坏。该退火后的GaN完全没有显示p型的特性。在非专利文献2中，通过热扩散法制作p型半导体。对于蓝宝石基板上的无掺杂的GaN，通过电子束蒸镀法制作Mg/Ni/Pt电极后，在氨气气氛中进行用于Mg的热扩散的处理。然后，进行热扩散处理后的GaN的活化退火。在退火后的GaN上制作用于霍尔测定的电极。根据霍尔测定，样品显示P型的特性。在上述非专利文献的公开中，掺杂剂的导入方法受限，或者需要进行与想要导入的掺杂剂不同的掺杂剂的共注入。本专利技术的目的在于，提供制作III族氮化物半导体的方法，所述方法能够提供显示良好的导电性的III族氮化物半导体；另外，其目的在于，提供制作半导体元件的方法，所述方法能够提供显示良好的导电性的III族氮化物半导体；另外，其目的在于，提供进行III族氮化物半导体的热处理的方法，所述方法能够提供显示良好的导电性的III族氮化物半导体。本专利技术的目的在于，提供包含显示良好的导电性的III族氮化物半导体的III族氮化物半导体装置。本专利技术涉及进行III族氮化物半导体的热处理的方法。该方法具有:(a)准备被离子注入后的III族氮化物半导体的工序；(b)使用能够提供用于上述被离子注入后的III族氮化物半导体的构成元素的氮源的氮源气体和能够提供还原性气氛的还原性气体，对上述被离子注入后的III族氮化物半导体在摄氏800度以上至摄氏1450度的范围内的温度下进行热处理的工序。上述热处理进行如下工序:进行上述还原性气体的流量大于零的第一处理的工序、和进行上述氮源气体的流量大于零的第二处理的工序。第一处理时的氮源气体的流量小于第二处理时的氮源气体的流量。另外，作为条件的一例，上述热处理进行如下工序:进行上述还原性气体的流量为上述氮源气体的流量以上的第一处理的工序、和进行上述氮源气体的流量大于上述还原性气体的流量的第二处理的工序。根据该热处理方法，由于是还原性气体的流量大于零的第一处理、和氮源气体的流量大于零的第二处理，并且第一处理时的氮源气体的流量小于第二处理时的氮源气体的流量，并将第一处理与第二处理交替进行，因此，发生原子的重排和再结晶化。在本专利技术的热处理方法中，上述第一处理和上述第二处理能够交替进行。根据该热处理方法，由于反复进行第一处理和第二处理，因此，进一步促进原子的重排和再结晶化，进一步促进掺杂剂的活化。本专利技术涉及进行III族氮化物半导体的热处理的方法。该方法具有:(a)准备被离子注入后的III族氮化物半导体的工序；和(b)使用对于上述III族氮化物半导体而言作为氮源的氮源气体、和可以提供能够还原该III族氮化物半导体的还原性气氛的还原性气体，对上述被离子注入后的III族氮化物半导体在摄氏800度以上至摄氏1450度的范围内的温度下进行热处理的工序。在上述热处理中，进行如下工序:调节上述还原性气体的流量和上述氮源气体的流量，进行将上述被离子注入后的III族氮化物半导体暴露于还原性气氛中的第一处理的工序；和在上述第一处理后供给包含上述氮源气体的工艺气体的同时进行实施上述被离子注入后的III族氮化物半导体的热处理的第二处理的工序。另外，可以反复进行该第一处理和第二处理。根据该热处理方法，通过在还原性气氛中的暴露，在被离子注入后的III族氮化物半导体中，产生原子的迁移。另外，在该迁移后进行将被离子注入后的III族氮化物半导体暴露于包含氮源气体的气氛中的热处理，因此，通过原子的重排和再结晶化，被离子注入后的掺杂剂原子进入III族氮化物半导体中。另外，通过反复进行在还原性气氛中的暴露和在包含氮源气体的气氛中的暴露，进一步促进迁移与原子的重排和再结晶化，进一步促进掺杂剂原子的活化。本专利技术涉及进行III族氮化物半导体的热处理的方法。该方法具有:(a)准备包含P型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少任意一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和(b)使用还原性气体和氮源气体进行上述III族氮化物半导体的处理的工序。上述处理包括:将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行上述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；和在进行上述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至上述处理装置，进行上述III族氮化物半导体的第二热处理的工序。在上述第一热处理中，上述还原性气体以第一流量供给，上述氮源气体以第二流量供给；在上述第一热处理中，上述第一流量大于零，上述第二流量为零以上；在上述第二热处理中，上述还原性气体以第三流量供给，上述氮源气体以第四流量供给；在上述第二热处理中，上述第四流量大于零，上述第三流量为零以上。另外，上述第二流量小于上述第四流量。根据该热处理方法，使用还原性气体和氮源气体对包含掺杂剂的III族氮化物半导体进行处理。在该处理中，在进行第一热处理后，进行第二热处理。在第一热处理中，还原性气体以大于零的第一流量供给，并且氮源气体以零或零以上供给。因此，在该热处理中，还原性气体的贡献大于氮源气体的贡献，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，引起表面附近的原子的重排。另一方面，在第二热处理中，氮源气体以大于零的第四流量供给，并且还原性气体以零或零以上供给。另外，上述第二流量小于上述第四流量。因此，在该热处理中，氮源气体的贡献大于还原性气体的贡献，氮气供给至III族氮化物半导体的表面，促进再结晶的同时，引起表面附近的原子的重排。在这些过程中，III族氮化物半导体内的掺杂剂进入到晶格中，引起掺杂剂的活化。另外，通过反复进行第一热处理和第二热处理，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，进一步促进表面附近的原子的重排，并且在促进其的同时进一步促进表面附近的原子的重排，进一步促进掺杂剂的活化。本专利技术涉及制作III族氮化物半导体的方法。该方法具有:(a)准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和(b)使用还原性气体和氮源气体进行上述III族氮化物半导体的处理形成导电性III族氮化物半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作III族氮化物半导体的方法，其具有：准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和使用还原性气体和氮源气体进行所述III族氮化物半导体的处理，形成导电性III族氮化物半导体的工序，所述处理包括：将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行所述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；和在进行所述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至所述处理装置，进行所述III族氮化物半导体的第二热处理的工序，在所述第一热处理中，所述第一流量大于零，所述第二流量为零以上，在所述第二热处理中，所述第四流量大于零，所述第三流量为零以上，所述第二流量小于所述第四流量。

【技术特征摘要】
2012.08.22 JP 2012-183350;2012.08.29 US 61/694，511.一种制作III族氮化物半导体的方法，其具有: 准备包含P型掺杂剂和η型掺杂剂中的至少一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和 使用还原性气体和氮源气体进行所述III族氮化物半导体的处理，形成导电性III族氮化物半导体的工序， 所述处理包括: 将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行所述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；和 在进行所述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至所述处理装置，进行所述III族氮化物半导体的第二热处理的工序， 在所述第一热处理中，所述第一流量大于零，所述第二流量为零以上， 在所述第二热处理中，所述第四流量大于零，所述第三流量为零以上， 所述第二流量小于所述第四流量。2.如权利要求1所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一处理和所述第二处理交替反复进行。3.如权利要求1或2所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一热处理在摄氏800度以上的温度下进行， 所述第二热处理在摄氏800度以上的温度下进行。4.如权利要求1~3中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一热处理在摄氏1450度以下的温度下进行，所述第二热处理在摄氏1450度以下的温度下进行。5.如权利要求1~4中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一热处理的所述还原性气体包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种， 所述第二热处理的所述还原性气体包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种。6.如权利要求1~5中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一热处理的所述氮源气体包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种， 所述第二热处理的所述氮源气体包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种。7.如权利要求1~6中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述η型掺杂剂包含硅(Si)、锗(Ge)和氧(O)中的至少任意一种。8.如权利要求1~7中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述P型掺杂剂包含镁(Mg)、钙(Ca)、碳(C)、铍(Be)、钇(Y)和锌(Zn)中的至少任意一种。9.如权利要求1~8中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述处理还包括: 将包含第五流量的还原性气体和第六流量的氮源气体的第三处理气体供给至处理装置的同时，进行所述III族氮化物半导体的第三热处理的工序；和 在进行所述第三热处理后，将包含第七流量的还原性气体和第八流量的氮源气体的第四处理气体供给至所述处理装置，进行所述III族氮化物半导体的第四热处理的工序。10.如权利要求1~9中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，在所述第一热处理中不供给所述氮源气体。11.如权利要求1~10中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，在所述第二热处理中不供给所述还原性气体。12.如权利要求1~11中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的III族氮化物半导体包含P型导电性区域。13.如权利要求1~12中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的III族氮化物半导体包含n型导电性区域。14.如权利要求1~13中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的III族氮化物半导体包含所述P型掺杂剂和所述n型掺杂剂二者。15.如权利要求1~14中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的III族氮化物半导体包含第一部分和第二部分，该III族氮化物半导体的所述第一部分显示n型导电性，该III族氮化物半导体的所述第二部分显示P型导电性。16.如权利要求1~15中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，还具有使III族氮化物半导体层在生长炉中生长的工序， 所述准备III族氮化物半导体的工序包括将所述掺杂剂离子注入到所述III族氮化物半导体层形成所述III族氮化物半导体的工序。17.如权利要求16所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，还具有在所述III族氮化物半导体层上形成具有图案的掩模的工序， 所述准备III族氮 化物半导体的工序包括:使用所述掩模将所述掺杂剂离子注入到所述III族氮化物半导体层形成所述III族氮化物半导体的工序。18.如权利要求1~17中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述准备III族氮化物半导体的工序包括:将所述掺杂剂和原料气体供给至生长炉的同时，使III族氮化物半导体层生长的工序。19.如权利要求18所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述原料气体包含有机金属物质， 所述掺杂剂包含P型掺杂剂。20.如权利要求1~19中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述导电性III族氮化物半导体包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域， 所述导电性III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的P型掺杂剂分布区和n型掺杂剂分布区， 在所述导电性III族氮化物半导体的所述第一区域中，所述n型掺杂剂分布区中的n型掺杂剂浓度大于所述P型掺杂剂分布区的P型掺杂剂浓度， 在所述导电性III族氮化物半导体的所述第二区域中，所述P型掺杂剂分布区中的P型掺杂剂浓度大于所述n型掺杂剂分布区的n型掺杂剂浓度。21.如权利要求1~20中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述III族氮化物半导体具有GaN、InN, AIN、AlGaN, InGaN, InAlN和InAlGaN中的至少任意一种。22.—种制作半导体元件的方法，其为用于制作使用III族氮化物半导体的半导体元件的方法，其中，具有: 准备包含P型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和 使用还原性气体和氮源气体进行所述III族氮化物半导体的处理，形成导电性III族氮化物半导体的工序， 所述处理包括: 将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行所述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；和 在进行所述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至所述处理装置，进行所述III族氮化物半导体的第二热处理的工序， 在所述第一热处理中，所述第一流量大于零，所述第二流量为零以上， 在所述第二热处理中，所述第四流量大于零，所述第三流量为零以上， 所述第二流量小于所述第四流量。23.如权利要求22所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一处理和所述第二处理交替反复进行。24.如权利要求22或23所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一热处理在摄氏800度以上的温度下进行， 所述第二热处理在摄氏800度以上的温度下进行。25.如权利要求22~24中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一热处理在摄氏1450度以下的温度下进行， 所述第二热处理在摄氏1450度以下的温度下进行。26.如权利要求22~25中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一热处理的所述还原性气体包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种， 所述第二热处理的所述还原性气体包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种。27.如权利要求22~26中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一热处理的所述氮源气体包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种， 所述第二热处理的所述氮源气体包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种。28.如权利要求22~27中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述n型掺杂剂包含硅(Si)、锗(Ge)和氧(O)中的至少任意一种。29.如权利要求22~28中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述p型掺杂剂包含镁(Mg)、钙(Ca)、碳(C)、铍(Be)、钇(Y)和锌(Zn)中的至少任意一种。30.如权利要求22~29中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有使III族氮化物半导体层在生长炉中生长的工序， 所述准备III族氮化物半导体层的工序包括将所述掺杂剂向所述III族氮化物半导体层中进行一次或多次离子注入，形成所述III族氮化物半导体的工序， 所述多次离子注入使用相互不同的加速能量。31.如权利要求30所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有在所述III族氮化物半导体层上形成具有图案的掩模的工序，所述准备III族氮化物半导体的工序包括:使用所述掩模将所述掺杂剂离子注入到所述III族氮化物半导体层形成所述III族氮化物半导体层的工序。32.如权利要求31所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有: 在形成所述掩模前使包含与所述III族氮化物半导体层不同的材料的掩模膜生长的工序；和 在所述掩模膜上形成图案形成后的抗蚀剂掩模的工序， 在形成所述掩模的工序中，利用所述抗蚀剂掩模对所述掩模进行蚀刻，形成所述掩模。33.如权利要求31或32所述的制作半导体元件的方法，其中，所述III族氮化物半导体层的表面包含GaN或AlGaN， 所述掩模包含与III族氮化物半导体层...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本信，中村孝夫，天野浩，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：