窒化物半導体装置の製造方法
【課題】低温の加熱処理によって、コンタクト抵抗の低いオーミック電極を形成することができる方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体層のオーミック電極形成領域に、インジウムあるいはゲルマニウムのような低融点金属７を積層し、低融点金属の融点近傍の低温で加熱処理することにより、窒化物半導体層中に低融点金属が拡散させ、合金層８を形成することによりオーミック接触を形成する。窒化物半導体層表面に残るインジウムあるいはゲルマニウムを除去した後、配線のための金属層９を形成する。
【解決手段】窒化物半導体層のオーミック電極形成領域に、インジウムあるいはゲルマニウムのような低融点金属７を積層し、低融点金属の融点近傍の低温で加熱処理することにより、窒化物半導体層中に低融点金属が拡散させ、合金層８を形成することによりオーミック接触を形成する。窒化物半導体層表面に残るインジウムあるいはゲルマニウムを除去した後、配線のための金属層９を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）等の窒化物半導体層を備えた半導体装置の製造方法に関し、特に、低抵抗で、電極表面のモフォロジーが良いオーミック電極の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮやＡｌＧａＮなど窒化物半導体は、高い絶縁破壊強度と高い飽和電子速度を有すことより次世代材料として注目されている。
【０００３】
特に、ＧａＮエピタキシャル層上にＡｌＧａＮエピタキシャル層を成長させ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面に二次元電子ガスを有するエピ基板を用いたＧａＮデバイスは、従来のＳｉデバイスに比べて低オン抵抗、高速スイッチング素子として期待されている。
【０００４】
ところで、このような材料を用いて窒化物半導体装置を形成する場合、これらの窒化物半導体にオーミック接触するオーミック電極を形成する必要がある。特に、特性の優れた窒化物半導体装置を形成するためには、コンタクト抵抗の低いオーミック電極を形成することが重要である。
【０００５】
一般的に、低いコンタクト抵抗のオーミック電極を形成するためには、高温で加熱処理する必要がある。例えば、ＧａＮ／ＡｌＧａＮエピ基板を用いたデバイスでは、ＡｌＧａＮ層上からオーミック電極を形成しなければならない。特許文献１では、６６０℃以上の処理が必要であると記載されている。また、特許文献２に開示されているコンタクト抵抗を低減する方法は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる窒化物半導体に対して、オーミック電極形成領域のＡｌＧａＮ層をドライエッチングで除去した後、チタン（Ｔｉ）／Ａｌ（アルミニウム）構造からなるオーミック電極を形成するために、６００℃、１０分程度の加熱処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７２５３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２３９１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の製造方法では、高温の加熱処理が必要であったため、オーミック電極表面の凹凸が大きくなり、次工程のフォトグラフィにおいて自動アライメントが困難になるという問題が生じていた。さらにオーミック電極表面の凹凸が大きくなると、オーミック電極上に積層する配線用金属膜が凹凸の段差により断線してしまうという問題も発生してします。
【０００８】
また、窒化物半導体装置の表面に、二酸化シリコン膜等の絶縁膜が形成されている場合には、窒化物半導体と絶縁膜との線膨張係数が大きく異なるため、高温の加熱処理により、絶縁膜が剥離してしまうという問題が生じていた。
【０００９】
さらにまた、低価格の窒化物半導体装置を形成するために、耐熱性の低いシリコン基板上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長されている場合が多く、高温の加熱処理によって、クラックが生じてしまうという問題も生じていた。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消するため、低温の加熱処理によって、電極表面を荒らさずに、コンタクト抵抗の低いオーミック電極を形成することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、窒化物半導体層表面にオーミック電極を備えた窒化物半導体装置の製造方法において、前記窒化物半導体層表面のオーミック電極形成予定領域に、インジウムあるいはゲルマニウムからなる金属膜を被覆し、加熱処理することにより、前記窒化物半導体層表面に、オーミック接触する合金層を形成する工程と、前記合金層が形成された前記窒化物半導体層表面に残る前記インジウムあるいはゲルマニウムを除去し、前記合金層を露出させる工程と、露出した前記合金層上に、配線用金属膜を積層し、オーミック電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記合金層上に前記配線用金属膜を被覆した後、加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法によれば、従来に比べて低温で、低コンタクト抵抗のオーミック電極を形成することが可能となる。高温の加熱処理を行わないため、オーミック電極表面に凹凸が形成されることがなく、窒化物半導体装置表面を被覆する絶縁膜が剥離してしまうという問題もない。
【００１４】
また本発明の製造方法は、通常の半導体装置の製造工程に従うため、非常に簡便な方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【図２】本発明により形成したオーミック電極の電圧―電流特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、まず、窒化物半導体層のオーミック電極形成領域に、インジウムあるいはゲルマニウムのような低融点金属を積層し、低融点金属の融点近傍の低温で加熱処理することにより、窒化物半導体層中に低融点金属が拡散させ、合金層を形成することによりオーミック接触を形成する。この熱処理は、従来のオーミック電極を形成するための加熱処理温度に比べて、４００℃以上低い温度である。
【００１７】
その後、窒化物半導体層表面に残るインジウムあるいはゲルマニウムを除去する。この除去により、オーミック電極表面の平坦性が保たれることになる。その後、オーミック接触が形成されている合金層上に、配線のための金属層を形成することにより、窒化物半導体にオーミック接触するオーミック電極を形成することができる。
【００１８】
合金層と配線用金属層の接着性を高めるため、加熱処理してもよい。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
シリコン基板１上に、ノンドープのＧａＮ層２、ｎ型のＡｌＧａＮ層３が積層形成した窒化物半導体基板を用意する。ＡｌＧａＮ層３とＧａＮ層２との界面には、キャリアとなる二次元電子ガス４が形成されている。ＡｌＧａＮ層３表面に、プラズマＣＶＤ法等により厚さ０．２μｍの二酸化シリコン膜５を形成する（図１ａ）。
【００２０】
オーミック電極形成領域を開口するように、通常のフォトグラフ法によりフォトレジスト膜６をパターニングした後、バッファードフッ酸液を用いて、フォトレジスト膜６の開口内に露出する二酸化シリコン膜５をエッチング除去し、ＡｌＧａＮ層３の一部を露出させる（図１ｂ）。
【００２１】
フォトレジスト膜６を除去した後、全面に厚さ０．０５μｍの低融点金属であるインジウム膜７を蒸着する（図１ｃ）。インジウム膜の代わりにゲルマニウム膜であっても良い。ゲルマニウム膜も蒸着法により形成することができる。
【００２２】
オーミック電極形成領域を被覆するように、フォトレジスト膜６をパターニングした後、希硫酸を用いて、二酸化シリコン膜５上のインジウム膜７をエッチング除去する（図１ｄ）。なお、このインジウム膜７の除去は、後述の加熱処理の後に行うインジウム膜７の除去と同時に行うこともできる。インジウム膜の代わりにゲルマニウム膜を使用する場合には、ゲルマニウム膜を過酸化水素水によりエッチング除去する。
【００２３】
フォトレジスト膜６を除去した後、窒素雰囲気で、２００℃、２分間の加熱処理を行う。その結果、インジウムは、接触するＡｌＧａＮと反応し、ＡｌＧａＮ膜３中に合金層８を形成する。この合金層８により、オーミック接触が形成される。その後、合金層８を形成せずに残るインジウム膜７を硫酸により除去する（図１ｅ）。インジウム膜の代わりにゲルマニウム膜を使用する場合には、ゲルマニウム膜を過酸化水素水によりエッチング除去する。
【００２４】
次に、オーミック電極形成領域を開口するように、通常のフォトリソ法によりフォトレジスト膜をパターニングした後、全面に配線用金属膜となるＴｉ／Ａｌの積層膜を、それぞれ厚さ０．０４μｍ／０．２μｍの厚さで蒸着し、リフトオフすることにより配線用に金属膜９を形成する（図１ｆ）。配線用金属膜９は、合金層８と接触し、オーミック電極となる。なお、合金層８と配線用金属膜９を十分に密着させるため、窒素雰囲気で、４００℃、３分間の熱処理を加えてもよい。
【００２５】
合金層８上に配線用金属膜９を積層形成したオーミック電極間（密着性を向上させる加熱処理なし）の電流―電圧特性を図２に示す。図２に示すように、加熱温度２００℃という従来に比べて非常に低い温度の熱処理のみで、良好なオーミック電極が形成できることが確認できた。このオーミック電極は、コンタクト抵抗率が、５．４４×１０-4Ω・ｃｍ2となり、コンタクト抵抗の低いオーミック電極であることも確認できた。
【００２６】
以上のように低温でオーミック電極を形成するため、さらにインジウム膜あるいはゲルマニウム膜を形成し、合金層を形成した後、これらの膜を除去するため、配線用金属膜の表面は平坦性に優れ、フォトリソグラフ工程で自動アライメントができなくなったり、段差により断線が発生するという問題も解消することができた。
【符号の説明】
【００２７】
１：シリコン基板、２：ＧａＮ膜、３： ＡｌＧａＮ膜、４：二次元電子ガス、５：絶縁膜、６：フォトレジスト膜、７：インジウム膜、８：合金層、９：配線用金属膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）等の窒化物半導体層を備えた半導体装置の製造方法に関し、特に、低抵抗で、電極表面のモフォロジーが良いオーミック電極の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮやＡｌＧａＮなど窒化物半導体は、高い絶縁破壊強度と高い飽和電子速度を有すことより次世代材料として注目されている。
【０００３】
特に、ＧａＮエピタキシャル層上にＡｌＧａＮエピタキシャル層を成長させ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面に二次元電子ガスを有するエピ基板を用いたＧａＮデバイスは、従来のＳｉデバイスに比べて低オン抵抗、高速スイッチング素子として期待されている。
【０００４】
ところで、このような材料を用いて窒化物半導体装置を形成する場合、これらの窒化物半導体にオーミック接触するオーミック電極を形成する必要がある。特に、特性の優れた窒化物半導体装置を形成するためには、コンタクト抵抗の低いオーミック電極を形成することが重要である。
【０００５】
一般的に、低いコンタクト抵抗のオーミック電極を形成するためには、高温で加熱処理する必要がある。例えば、ＧａＮ／ＡｌＧａＮエピ基板を用いたデバイスでは、ＡｌＧａＮ層上からオーミック電極を形成しなければならない。特許文献１では、６６０℃以上の処理が必要であると記載されている。また、特許文献２に開示されているコンタクト抵抗を低減する方法は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる窒化物半導体に対して、オーミック電極形成領域のＡｌＧａＮ層をドライエッチングで除去した後、チタン（Ｔｉ）／Ａｌ（アルミニウム）構造からなるオーミック電極を形成するために、６００℃、１０分程度の加熱処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７２５３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２３９１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の製造方法では、高温の加熱処理が必要であったため、オーミック電極表面の凹凸が大きくなり、次工程のフォトグラフィにおいて自動アライメントが困難になるという問題が生じていた。さらにオーミック電極表面の凹凸が大きくなると、オーミック電極上に積層する配線用金属膜が凹凸の段差により断線してしまうという問題も発生してします。
【０００８】
また、窒化物半導体装置の表面に、二酸化シリコン膜等の絶縁膜が形成されている場合には、窒化物半導体と絶縁膜との線膨張係数が大きく異なるため、高温の加熱処理により、絶縁膜が剥離してしまうという問題が生じていた。
【０００９】
さらにまた、低価格の窒化物半導体装置を形成するために、耐熱性の低いシリコン基板上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長されている場合が多く、高温の加熱処理によって、クラックが生じてしまうという問題も生じていた。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消するため、低温の加熱処理によって、電極表面を荒らさずに、コンタクト抵抗の低いオーミック電極を形成することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、窒化物半導体層表面にオーミック電極を備えた窒化物半導体装置の製造方法において、前記窒化物半導体層表面のオーミック電極形成予定領域に、インジウムあるいはゲルマニウムからなる金属膜を被覆し、加熱処理することにより、前記窒化物半導体層表面に、オーミック接触する合金層を形成する工程と、前記合金層が形成された前記窒化物半導体層表面に残る前記インジウムあるいはゲルマニウムを除去し、前記合金層を露出させる工程と、露出した前記合金層上に、配線用金属膜を積層し、オーミック電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記合金層上に前記配線用金属膜を被覆した後、加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法によれば、従来に比べて低温で、低コンタクト抵抗のオーミック電極を形成することが可能となる。高温の加熱処理を行わないため、オーミック電極表面に凹凸が形成されることがなく、窒化物半導体装置表面を被覆する絶縁膜が剥離してしまうという問題もない。
【００１４】
また本発明の製造方法は、通常の半導体装置の製造工程に従うため、非常に簡便な方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【図２】本発明により形成したオーミック電極の電圧―電流特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、まず、窒化物半導体層のオーミック電極形成領域に、インジウムあるいはゲルマニウムのような低融点金属を積層し、低融点金属の融点近傍の低温で加熱処理することにより、窒化物半導体層中に低融点金属が拡散させ、合金層を形成することによりオーミック接触を形成する。この熱処理は、従来のオーミック電極を形成するための加熱処理温度に比べて、４００℃以上低い温度である。
【００１７】
その後、窒化物半導体層表面に残るインジウムあるいはゲルマニウムを除去する。この除去により、オーミック電極表面の平坦性が保たれることになる。その後、オーミック接触が形成されている合金層上に、配線のための金属層を形成することにより、窒化物半導体にオーミック接触するオーミック電極を形成することができる。
【００１８】
合金層と配線用金属層の接着性を高めるため、加熱処理してもよい。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
シリコン基板１上に、ノンドープのＧａＮ層２、ｎ型のＡｌＧａＮ層３が積層形成した窒化物半導体基板を用意する。ＡｌＧａＮ層３とＧａＮ層２との界面には、キャリアとなる二次元電子ガス４が形成されている。ＡｌＧａＮ層３表面に、プラズマＣＶＤ法等により厚さ０．２μｍの二酸化シリコン膜５を形成する（図１ａ）。
【００２０】
オーミック電極形成領域を開口するように、通常のフォトグラフ法によりフォトレジスト膜６をパターニングした後、バッファードフッ酸液を用いて、フォトレジスト膜６の開口内に露出する二酸化シリコン膜５をエッチング除去し、ＡｌＧａＮ層３の一部を露出させる（図１ｂ）。
【００２１】
フォトレジスト膜６を除去した後、全面に厚さ０．０５μｍの低融点金属であるインジウム膜７を蒸着する（図１ｃ）。インジウム膜の代わりにゲルマニウム膜であっても良い。ゲルマニウム膜も蒸着法により形成することができる。
【００２２】
オーミック電極形成領域を被覆するように、フォトレジスト膜６をパターニングした後、希硫酸を用いて、二酸化シリコン膜５上のインジウム膜７をエッチング除去する（図１ｄ）。なお、このインジウム膜７の除去は、後述の加熱処理の後に行うインジウム膜７の除去と同時に行うこともできる。インジウム膜の代わりにゲルマニウム膜を使用する場合には、ゲルマニウム膜を過酸化水素水によりエッチング除去する。
【００２３】
フォトレジスト膜６を除去した後、窒素雰囲気で、２００℃、２分間の加熱処理を行う。その結果、インジウムは、接触するＡｌＧａＮと反応し、ＡｌＧａＮ膜３中に合金層８を形成する。この合金層８により、オーミック接触が形成される。その後、合金層８を形成せずに残るインジウム膜７を硫酸により除去する（図１ｅ）。インジウム膜の代わりにゲルマニウム膜を使用する場合には、ゲルマニウム膜を過酸化水素水によりエッチング除去する。
【００２４】
次に、オーミック電極形成領域を開口するように、通常のフォトリソ法によりフォトレジスト膜をパターニングした後、全面に配線用金属膜となるＴｉ／Ａｌの積層膜を、それぞれ厚さ０．０４μｍ／０．２μｍの厚さで蒸着し、リフトオフすることにより配線用に金属膜９を形成する（図１ｆ）。配線用金属膜９は、合金層８と接触し、オーミック電極となる。なお、合金層８と配線用金属膜９を十分に密着させるため、窒素雰囲気で、４００℃、３分間の熱処理を加えてもよい。
【００２５】
合金層８上に配線用金属膜９を積層形成したオーミック電極間（密着性を向上させる加熱処理なし）の電流―電圧特性を図２に示す。図２に示すように、加熱温度２００℃という従来に比べて非常に低い温度の熱処理のみで、良好なオーミック電極が形成できることが確認できた。このオーミック電極は、コンタクト抵抗率が、５．４４×１０-4Ω・ｃｍ2となり、コンタクト抵抗の低いオーミック電極であることも確認できた。
【００２６】
以上のように低温でオーミック電極を形成するため、さらにインジウム膜あるいはゲルマニウム膜を形成し、合金層を形成した後、これらの膜を除去するため、配線用金属膜の表面は平坦性に優れ、フォトリソグラフ工程で自動アライメントができなくなったり、段差により断線が発生するという問題も解消することができた。
【符号の説明】
【００２７】
１：シリコン基板、２：ＧａＮ膜、３： ＡｌＧａＮ膜、４：二次元電子ガス、５：絶縁膜、６：フォトレジスト膜、７：インジウム膜、８：合金層、９：配線用金属膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層表面にオーミック電極を備えた窒化物半導体装置の製造方法において、
前記窒化物半導体層表面のオーミック電極形成予定領域に、インジウムあるいはゲルマニウムからなる金属膜を被覆し、加熱処理することにより、前記窒化物半導体層表面に、オーミック接触する合金層を形成する工程と、
前記合金層が形成された前記窒化物半導体層表面に残る前記インジウムあるいはゲルマニウムを除去し、前記合金層を露出させる工程と、
露出した前記合金層上に、配線用金属膜を積層し、オーミック電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記合金層上に前記配線用金属膜を被覆した後、加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１】
窒化物半導体層表面にオーミック電極を備えた窒化物半導体装置の製造方法において、
前記窒化物半導体層表面のオーミック電極形成予定領域に、インジウムあるいはゲルマニウムからなる金属膜を被覆し、加熱処理することにより、前記窒化物半導体層表面に、オーミック接触する合金層を形成する工程と、
前記合金層が形成された前記窒化物半導体層表面に残る前記インジウムあるいはゲルマニウムを除去し、前記合金層を露出させる工程と、
露出した前記合金層上に、配線用金属膜を積層し、オーミック電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記合金層上に前記配線用金属膜を被覆した後、加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−９３４４１（Ｐ２０１３−９３４４１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４７２３（Ｐ２０１１−２３４７２３）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００１９１２３８）新日本無線株式会社 (569)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００１９１２３８）新日本無線株式会社 (569)
【Ｆターム（参考）】
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