電極、その製造方法およびそれを用いた半導体素子
低接触抵抗を実現しつつ表面荒れの少ない電極が得られる技術を提供する。
半導体膜１０１の上部に設けられる電極であって、この半導体膜１０１の上部にこの半導体膜の側から順に積層された第一金属層１０２と第二金属層１０３とを有し、この第一金属膜１０２が、Ａｌからなり、この第二金属膜１０３が、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなることを特徴とする電極。
半導体膜１０１の上部に設けられる電極であって、この半導体膜１０１の上部にこの半導体膜の側から順に積層された第一金属層１０２と第二金属層１０３とを有し、この第一金属膜１０２が、Ａｌからなり、この第二金属膜１０３が、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなることを特徴とする電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極、その製造方法およびそれを用いた半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ構造のＨＪＦＥＴ（ヘテロ接合電界効果トランジスタ）構造を有する半導体素子においては、一般にＴｉ／Ａｌ構造の電極が、オーム性電極として用いられてきた（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、単純にＴｉ／Ａｌ構造のみではＡｌの融点が６６０℃と低いため、６６０℃より高温の熱処理を行うことにより、電極の低接触抵抗化を図ろうとした場合、溶けたＡｌの表面張力により電極材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下してしまい、結果的に低抵抗の実現が困難となる傾向があった。
【０００４】
それを解決するためにＡｌ表面をＭｏで覆ったＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造の電極が報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造とすることで、Ａｌの融点を超える８００℃以上の熱処理に対しても電極材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下することはないため、Ｔｉ／Ａｌ構造の電極の場合よりも低抵抗が実現できる。
【特許文献１】特開平７−２４８２０４号公報
【非特許文献１】クマール他著，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ），第９２巻，第３号，ｐ．１７１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造の電極でＡｌの融点（約６６０℃）を超える温度で熱処理を行なうと、電極材料の半導体膜に対する表面被覆率は低下しないものの、電極の表面荒れが発生するため、微細な電極パターンを有する半導体素子を作製しようとした際には、電極間隔が狭くなるにつれて設計時に期待された半導体素子の特性が得られない傾向があり、さらなる改善の余地があった。
【０００６】
熱処理温度が７００℃を超えると電極の表面荒れが、より顕著になることが判明した。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低接触抵抗を実現しつつ表面荒れの少ない電極が得られる技術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】
【０００８】
本発明は、基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層された第一金属層と第二金属層とを有し、少なくとも第一金属層と第二金属層をＡｌの融点よりも４０℃以上高い温度で熱処理して半導体膜とオーム性接触する電極であって、第一金属層を形成する第一金属材料がＡｌからなり、第一金属材料と第二金属膜を構成する第二の金属材料との共晶合金の融点が、熱処理する温度よりも高く、且つ、第二の金属材料が、Ａｌの融点以下の温度でＡｌと合金化しないことを特徴とする電極である。
【０００９】
本発明は、更に、半導体膜上に形成された電極の製造方法であって、前記半導体膜上に、第一金属膜を形成する工程と、第二金属膜を形成する工程と、前記第一金属膜と前記第一金属膜とをＡｌの融点よりも４０℃以上高い温度で熱処理を行なう工程とを有し、前記第一金属膜と前記第二金属膜の共晶合金の融点が前記熱処理を行なう工程の温度よりも高く、且つ、前記第二の金属材料が、Ａｌの融点以下の温度でＡｌと合金化しないことを特徴とする電極の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体膜上に、低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な表面形状を有する電極を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図２】本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図３】本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図４】本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図５】本発明により提供される半導体素子の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図６】従来技術により提供される電極の表面と、本発明により提供される電極の表面とを比較して示す光学顕微鏡による写真図である。
【図７】Ｆｅ−Ａｌの２元合金の相図である。
【図８】Ｎｂ−Ａｌの２元合金の相図である。
【図９】Ａｌ−Ｍｏの２元合金の相図である。
【符号の説明】
【００１２】
１０１ 半導体膜
１０２ 第一金属膜
１０３ 第二金属膜
２０１ 半導体膜
２０２ 中間金属膜
２０３ 第一金属膜
２０４ 第二金属膜
３０１ 半導体膜
３０２ 第一金属膜
３０３ 第二金属膜
３０４ 第三金属膜
４０１ 半導体膜
４０２ 中間金属膜
４０３ 第一金属膜
４０４ 第二金属膜
４０５ 第三金属膜
５０１ ＳｉＣ基板
５０２ ＡｌＮバッファ層
５０３ ＧａＮキャリア走行
５０４ ＡｌＧａＮキャリア供給層
５０５ ソース電極
５０６ ドレイン電極
５０７ ゲート電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで、本発明者は、本実施の形態に至る研究の過程で、非特許文献１に開示されるＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造を備える電極の表面が荒れてしまう原因が、Ｍｏが溶けたＡｌと反応し共晶合金を形成することにあることを見出し、半導体膜上に、第一金属膜を形成し、さらに、第二金属膜を形成し、その後、第一金属膜を、第一金属膜の融点以上の溶融温度で熱処理する際に、第一金属膜と第二金属膜との共晶合金の融点よりも高い状態であれば、第一金属膜と第二金属膜とが、熱処理の際にほとんど固溶化または共晶化することがなく、その結果、低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な表面形状を有する電極を実現することができることを見出し、本発明に至った。
【００１４】
本発明は、基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層された第一金属層と第二金属層とを有し、少なくとも第一金属層と第二金属層を熱処理して半導体膜とオーム性接触する電極であって、第一金属層を形成する第一金属材料がＡｌからなり、第一金属材料と第二金属膜を構成する第二金属材料との共晶合金の融点が、熱処理する温度よりも高く、且つ、第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、Ａｌの融点以上であることを特徴とする電極である。
【００１５】
第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、熱処理温度以上であることがより好ましい。
【００１６】
Ａｌと第二の金属材料との合金化の開始温度が、Ａｌの融点以上であるこことが好ましく、第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、熱処理温度以上であることがより好まし。
【００１７】
この理由は、ＴｉとＡｌとの組合せの場合、ＴｉとＡｌとの共晶合金の融点は、１４００℃と高いが、Ａｌの融点よりも低温の３００℃程度から合金化する傾向がある。このようにＡｌが溶けない比較的低温で固溶化または共晶化が開始し進行する金属材料は、本発明の第二の金属材料として適さない。
【００１８】
合金化の開始温度は、Ａｌの融点以上であることが好ましく、熱処理温度よりも高いことがより好ましい。
【００１９】
第二金属層は、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属から形成されていることが好ましい。
【００２０】
第一金属層は、半導体膜とオーム性接触を形成しやすく、融点の比較的低い金属を用いることがこのましく、通常Ａｌが用いられる。
【００２１】
Ａｌからなる第一金属の上部の表面に、Ａｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属、すなわち、最高のＡｌ組成を有するＡｌとの共晶合金を形成する温度が、熱処理温度より高い金属材料からなる第二金属層が形成されているため、第一金属層と第二金属層とが、熱処理の際にほとんど固溶化または共晶化することがなく、その結果、高い熱処理温度を用いて低接触抵抗を実現しても、非常に平坦な表面形状を有する電極を実現することができる効果を奏する。
【００２２】
また、本発明によれば、半導体膜と、この半導体膜上に設けられた電極とを備える半導体素子であって、この電極は、上記の電極であることを特徴とする半導体素子も提供される。
【００２３】
この本発明によれば、半導体素子中に、上記の構成を有する電極が備えられているため、上記と同様の作用により低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な表面形状を有する電極が得られ、その結果、微細な電極パターンを有する半導体素子をより高精度に製造することができる効果を奏する。
【００２４】
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２６】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００２７】
本実施の形態により提供される電極は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜１０１上に、第一金属膜１０２、第二金属膜１０３を成膜し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、Ａｌの融点以上の温度で熱処理を行なうことで形成することができる。
【００２８】
本実施の形態のＩＩＩ族窒化物半導体膜１０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびその混合物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、第一金属膜１０２としては、Ａｌからなる金属膜を用いることができる。そして、第二金属膜１０３としては、第一金属膜１０２の主成分であるＡｌとの共晶合金の融点がＡｌと半導体膜とがオーム性接触させることで低抵抗化するための熱処理温度よりも比較的高い金属を選択することが好ましい。Ａｌとの共晶合金の融点が熱処理する温度よりも高い金属であれば、上記のアルミの融点以上の温度で熱処理を行なった際にアルミと合金化しにくい。
【００２９】
このためには、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることが好ましい。これらの金属は、いずれもＡｌと共晶合金化した際のＡｌ組成が比較的低く、またその共晶合金の融点もしくは相変化を起こす温度が熱処理温度よりも十分に高いという性質を有する。
【００３０】
なお、本明細書においては、特定の金属からなる金属膜とは、特定の金属単独からなる金属膜であってもよく、あるいは特定の金属と異なる金属との合金からなる金属膜であってもよい。また、微量であれば不純物を含んでいてもよい。
【００３１】
本実施の形態により提供される電極では、Ａｌの融点よりも４０℃以上高い熱処理温度で、Ａｌと共晶合金を作り難い金属からなる第二金属膜により、Ａｌからなる第一金属膜の表面を覆っているため、第二金属膜の材料が、溶けたＡｌと反応し共晶合金を形成することがほとんどないために、低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００３２】
図７は、良く知られたＦｅ−Ａｌの２元合金の相図である。
【００３３】
例えば、鉄（Ｆｅ）からなる第二金属膜を用いた場合、最もＡｌ組成の高いＦｅ−Ａｌの共晶合金として、ＦｅＡｌ３が存在する。この合金の融点もしくは相変化を起こす温度は１１６０℃であるため、９００℃の熱処理でＦｅは、Ａｌ融液には溶け込みにくい。また、Ｆｅ２Ａｌ５などのＡｌ組成の低い合金への反応も進みにくくなるため、Ｆｅからなる第二金属膜中へのＡｌの浸透は進みにくく合金化しにくいと言える。
【００３４】
すなわち、溶けたＡｌが鉄（Ｆｅ）界面において最初に反応してできるＡｌとＦｅとの共晶合金のうち、最高Ａｌ組成の共晶合金の融点もしくは相変化を起こす温度が、Ａｌを溶融させるための熱処理温度よりも十分に高ければ、できたＡｌとＦｅとの合金が障壁になるため、それ以上Ａｌとの反応は進みにくいと期待できる。
【００３５】
この結果、第一金属膜と第二金属膜との界面に第一金属膜を構成するＡｌと第二金属膜を構成するＦｅとの膜厚が約１から３ｎｍ程度の極薄い合金層が形成される。この極薄いＡｌとＦｅとの合金層が第一金属膜を構成するＡｌが第二金属膜に溶け込むバリア層となり、この結果、Ｆｅからなる第二金属膜を用いた場合、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００３６】
図８は、良く知られたＮｂ−Ａｌの２元合金の相図である。
【００３７】
別の具体例としては、ニオブ（Ｎｂ）からなる第二金属膜を用いた場合、最もＡｌ組成の高いＮｂ−Ａｌの共晶合金として、ＮｂＡｌ３が存在する。この合金の融点もしくは相変化を起こす温度は１６６０℃である。この温度は、Ａｌの融点よりも十分に高い。
【００３８】
その結果、Ｆｅの場合と同様の作用により、Ｎｂからなる第二金属膜を用いた場合、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００３９】
実際に、Ｎｂからなる第二金属膜を用いた場合、半導体膜がＡｌＧａＮ半導体膜であれば、８３０℃以上かつ１０００℃以下の広い温度範囲の熱処理の結果、１×１０−５Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極が得られる。また、詳しくは後述するが、図６に示すように、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００４０】
また、相図は示さないが、Ｗ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒについても、同様に、最もＡｌ組成の高いＡｌとの共晶合金の融点もしくは相変化を起こす温度は、Ａｌの融点よりも十分に高く、更に、Ａｌの融点あるいは熱処理温度である８００から９５０℃の温度でＡｌと合金化が進むことはなかった。
【００４１】
よって、上記と同様の作用により、Ｗ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる第二金属膜を用いた場合、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００４２】
つまり、ＡｌとＮｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒの様な金属は、熱処理温度で界面に合金層が形成されるがこの合金層はＡｌと固溶化または共晶化することがなくＡｌが固溶化または共晶化する際のバリアとして機能することがわかった。
【００４３】
これに対し、ＴｉとＡｌとの組合せの場合、ＴｉとＡｌとの共晶合金の融点は、１４００℃と高いが、Ａｌの融点よりも低温の３００℃程度から合金化する傾向があり、Ａｌが溶けない温度でも固相のまま合金化が進むので第二の金属膜として適さない。一方、上述のＦｅ、ＮｂとＡｌとの組み合わせの場合、固相での合金化はほとんど見られない。
【００４４】
つまり、Ｔｉは、Ａｌとの共晶合金の融点は１４００℃と高いが、共晶合金の融点以下の３００℃という比較的低い温度で固溶化または共晶化が進行する、すなわち、合金化が開始するという性質を持っていることがわかる。
【００４５】
図９は、良く知られたＡｌ−Ｍｏの２元合金の相図である。
【００４６】
一方、モリブデン（Ｍｏ）からなる第二金属膜を用いた場合、最もＡｌ組成の高いＡｌ−Ｍｏの共晶合金をみると、Ａｌ１２Ｍｏが見つかる。この合金の融点もしくはＡｌ５Ｍｏへの相変化を起こす温度は７００℃であるため、界面でＡｌ１２Ｍｏが一旦できてもそれが障壁になりにくく、例えば８００℃の熱処理ではＡｌ１２Ｍｏ→Ａｌ５Ｍｏ→Ａｌ４Ｍｏへと反応が進み、Ｍｏ内部にＡｌ融液が溶け込みやすく、Ｍｏからなる第二金属膜内部まで合金化が進む（合金化が開始する）こととなる。
【００４７】
ここで、本実施の形態により提供される電極は、上記の半導体膜とオーム性接触をする電極で有ることが好ましい。
【００４８】
この電極は、Ａｌの融点よりも４０℃以上高温で熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属からなる第二金属膜により、Ａｌからなる第一金属膜の表面を覆っているため、熱処理の際に電極金属材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下することなく、上記の半導体膜とコンタクト抵抗が低いオーム性接触をする電極を得ることができる。
＜実施の形態２＞
図２は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００４９】
本実施の形態により提供される電極は、ＩＩＩ族窒化物系半導体膜２０１上に、融点がＡｌの融点以上の金属からなる中間金属膜２０２、第一金属膜２０３および第二金属膜２０４を形成し、その後、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、Ａｌの融点以上の温度で熱処理を行なうことで形成することができる。
【００５０】
ＩＩＩ族窒化物系半導体膜２０１としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびその混合物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、融点がＡｌの融点より高い金属をからなる中間金属膜２０２としては、例えば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。また、第一金属膜２０３としては、例えば、Ａｌからなる金属膜を用いることができる。また、第二金属膜２０４としては、例えば、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。
【００５１】
あるいは、本実施の形態により提供される電極は、図示はしないが、上記の中間金属膜を備える代わりに、上記の第一金属膜２０３の一部または全部が、上記の第一金属材料と、上記の中間金属材料との合金からなる膜であってもよい。
【００５２】
この第一金属膜は、中間金属材料としてＴｉを選択した場合、熱処理（本明細書において、アニーリングとも記載する）の条件（主として温度と時間）、熱処理前の第一金属材料と中間金属材料との膜厚などの条件により、一部または全部が中間金属材料と共晶合金または固溶合金を形成する場合がある。このように合金化した場合には、第一金属材料と中間金属材料とが全体として半導体膜とオーム性接触をする傾向がある。
【００５３】
いずれの構造であれ、このように、中間金属膜あるいは中間金属材料との合金からなる領域を備える構成とすることにより、半導体膜とのオーム性接触をさらに再現性よく良好に実現することができる。
【００５４】
ここで、この電極において、この中間金属材料は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなっていることが好ましい。
【００５５】
これらの金属は、いずれもＡｌの融点以上の融点を有する金属であり、またＩＩＩ族窒化物半導体膜とのオーム性接触を安定的に形成する性質を有するため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜と第一金属材料からなる金属膜との間に、このような中間金属材料からなる金属膜を積層した後に、熱処理をすることにより、半導体膜とさらに良好なオーム性接触を実現することができるからである。
【００５６】
具体例としては、この中間金属材料はＴｉおよびＮｂからなる群より選ばれる１種以上の金属を含み、上記の第二金属材料はＮｂからなる構造が好ましく挙げられる。
【００５７】
このような構造を有する場合には、ＴｉおよびＮｂは、Ａｌの融点以上の融点を有する金属であり、Ｎｂは、さらにＡｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属でもあるため、半導体膜と第一金属材料をからなる金属膜との間にこのような中間金属材料からなる金属膜を積層した後に熱処理をすることにより、半導体膜とより一層良好なオーム性接触を実現することができるからである。
【００５８】
＜実施の形態３＞
図３は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００５９】
本実施の形態の電極は、ＩＩＩ族窒化物系半導体膜３０１上に、第一金属膜３０２、第二金属膜３０３、融点がＡｌの融点以上の金属からなる第三金属膜３０４を形成し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、Ａｌの融点以上の熱処理を行なうことで形成することができる。
【００６０】
ＩＩＩ族窒化物系半導体膜３０１としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、第一金属膜３０２としては、例えば、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属膜を用いることができる。また、第二金属膜３０３としては、例えば、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。同様に、融点がＡｌの融点以上の金属からなる第三金属膜３０４としては、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。
【００６１】
このように、第二金属膜の上部にＡｌの融点以上の融点を有する金属からなる第三金属膜をさらに備えることにより、第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができる。
【００６２】
ここで、この第三金属材料は、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群より選ばれる１種の金属あるいは２種類以上の金属からなる合金であることが好ましい。
【００６３】
これらの金属は、いずれもＡｌの融点以上の融点を有する金属であり、また第二金属膜の酸化を防止する性質を有する金属であるため、第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができるからである。
【００６４】
具体例としては、この第二金属材料はＮｂの合金を含み、この第三金属材料はＡｕからなる構造が挙げられる。
【００６５】
このような構造を有する場合には、Ｎｂは、Ａｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属であるため、溶けたＡｌと反応し共晶合金を形成することが少なく、低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備える電極を得ることができるからである。また、ＡｕはＡｌの融点以上の融点を有する金属であるため、第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができるからである。
【００６６】
＜実施の形態４＞
図４は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００６７】
本実施の形態により提供される電極は、例えば、ＧａＮ系半導体膜４０１上に、融点がＡｌの融点以上の金属からなる中間金属膜４０２、第一金属膜４０３、第二金属膜４０４、融点がＡｌの融点より高い金属からなる金属膜４０５を形成し、その後、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、Ａｌの融点以上の温度で熱処理を行なうことで形成することができる。
【００６８】
ＧａＮ系半導体膜４０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびその混合物を主成分とする半導体を用いることができる。また、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としては、例えば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。また、第一金属膜４０３としては、例えば、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属膜を用いることができる。また、第二金属膜４０４としては、例えば、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。また、融点がＡｌの融点より高い金属からなる金属膜４０５としては、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。
【００６９】
このような構成を備えることにより、低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備える電極を得ることができ、半導体膜とのオーム性接触をさらに再現性よく良好に実現することができ、または第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができる。
【００７０】
＜実施の形態５＞
図５は、本実施の形態により提供される半導体素子の一例を示す断面構造図である。
【００７１】
本実施の形態により提供される半導体素子は、例えば、半導体膜（例えば、ＡｌＧａＮキャリア供給層５０４）と、この半導体膜上に設けられた電極（例えば、ソース電極５０５およびドレイン電極５０６）とを備える半導体素子であって、この電極は、上記の電極であることを特徴とする半導体素子である。
【００７２】
このように、本発明により提供される半導体素子は、低コンタクト抵抗かつ平坦な電極表面を実現できる電極を備えるため、微細な電極パターンの形成が容易となる効果を奏する。また、本発明により提供される半導体素子を作成する際には、オーム性の電極と目合わせマークとを同時に作成できることから、プロセス工程の短縮あるいは微細なパターンの高精度化が図れる。
【００７３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用し得る。
【００７４】
たとえば、上記実施の形態ではＩＩＩ族窒化物半導体としては、下記の式（１）で表される材料を例として挙げられるが、特にこの材料に限定されるものではない。
【００７５】
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ・・・（１）
なお、上記の式（１）において、ｘおよびｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１および０≦ｘ＋ｙ≦１を満たす実数である。
【００７６】
具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮなどの材料からなる半導体膜を挙げることができる。また、上記の式（１）で表される材料以外にも、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＧａＮＰＡｓまたはＡｌＮＳｉＣなどのいわゆる混晶からなる半導体膜も用いることができる。本明細書ではこれらを含めて総称してＩＩＩ族窒化物半導体と記載することにする。
【００７７】
このようなＩＩＩ族窒化物半導体材料は、禁制帯幅が十分大きく、バンド間遷移も直接遷移型であるため、短波長発光素子への適用が可能である。また、ＩＩＩ族窒化物半導体材料は、電子の飽和ドリフト速度が大きく、ヘテロ接合による２次元キャリアガスの利用が可能であるため、電子素子への応用も可能である。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７９】
＜実施例１＞
図１は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００８０】
本実施例により提供される電極は、ＩＩＩ族窒化物系半導体膜１０１としてＡｌＧａＮ膜（Ａｌ組成比０．３）、第一金属膜１０２としてＡｌ膜（膜厚６０ｎｍ）、第二金属膜１０３としてＮｂ膜（膜厚３５ｎｍ）をスパッタ蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、９００℃の熱処理を行なうことで形成した。
【００８１】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため、電極材料の半導体膜に対する被覆率が低下することがなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極を得ることができる。同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが９５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
【００８２】
なお、本実施例では、第一金属膜としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜はＡｌとその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。
【００８３】
また、第二金属膜として、ＮｂとＦｅとを用いて電子銃蒸着法を用いてＮｂとＦｅとの合金を３５ｎｍ形成した場合もＮｂ膜の場合と同様の結果が得られた。この結果、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａまたはＺｒからなる膜以外に、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒの群から選ばれたいずれか２種以上の合金からなる金属膜で代用することも可能である。更に、ＮｂおよびＦｅに、更に、微量（５重量％以下）であればＭｏを加えた合金を用いても同様な結果が得られた。
【００８４】
また、本実施例では、Ａｌ膜からなる第一金属膜１０２の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ膜１０３の厚さを３５ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、電極表面形状が悪化する可能性があるため、その可能性を低減させるために、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上であってもよい。
【００８５】
また、本実施例ではＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【００８６】
また、本実施例では、金属膜をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００８７】
さらに、本実施例では、熱処理温度を９００℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行ってもよい。
【００８８】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【００８９】
＜実施例２＞
図２は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００９０】
本実施例により提供される電極は、ＧａＮ系半導体膜２０１としてＡｌＧａＮ膜（Ａｌ組成比０．３）、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２としてＮｂ膜（膜厚５ｎｍ）、第一金属膜としてＡｌ膜２０３（膜厚７０ｎｍ）、第二金属膜２０４としてＮｂ膜（膜厚２０ｎｍ）を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、８５０℃の熱処理を行なうことで形成した。
【００９１】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため、電極材料の半導体膜に対する被覆率が低下することなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極を得ることができる。同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが８５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
【００９２】
なお、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２としてＮｂ膜を用いたが、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【００９３】
また、Ｎｂ膜の膜厚を５ｎｍとしたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、熱処理時にＡｌと反応する金属を用いた場合、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２との反応で、第一金属膜２０３に含まれるＡｌがすべて使われてしまう可能性がある。そのため、その可能性を低減させるために、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２の厚さは、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第一金属膜２０３の厚さより薄くすることができる。
【００９４】
同様に、本実施例では、第一金属膜２０３としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分としてもよい。
【００９５】
また、第二金属膜２０４としてＮｂ膜を用いたが、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【００９６】
また、本実施例ではＡｌ膜２０３の厚さを７０ｎｍ、Ｎｂ膜２０４の厚さを２０ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があるため、その可能性を低減するために、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上とすることができる。
【００９７】
また、本実施例ではＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【００９８】
また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００９９】
さらに、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことができる。
【０１００】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【０１０１】
＜実施例３＞
図３は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【０１０２】
本実施例により提供される電極は、ＧａＮ系半導体膜３０１としてＡｌＧａＮ膜（Ａｌ組成比０．３）、第一金属膜３０２としてＡｌ膜（膜厚６０ｎｍ）、第二金属膜３０３としてＮｂ膜（膜厚３５ｎｍ）、融点がＡｌの融点以上の金属からなる第三金属膜３０４としてＡｕ膜（膜厚５０ｎｍ）を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、９５０℃の熱処理を行なうことで形成した。
【０１０３】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため電極材料の半導体膜に対する被覆率が低下することなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極を得ることができる。同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが９５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
【０１０４】
なお、本実施例では、第一金属膜としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜としてはＡｌ膜とその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることができる。
【０１０５】
また、第二金属膜３０３としてＮｂ膜を用いたが、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能であり、また、本実施例では、Ａｌ膜からなる第一金属膜３０２の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層からなる第二金属膜３０３の厚さを３５ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があるため、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上とすることができる。
【０１０６】
また、本実施例ではＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【０１０７】
同様に、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜３０４として厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を用いたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜３０４は、本質的に、半導体膜と電極材料とのコンタクト抵抗および表面形状に直接寄与するものではない。
【０１０８】
そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜３０４は特に必要とはしない。ただし、実際の半導体素子での使用を鑑みた場合、Ｎｂ膜表面の保護、および電極表面に平行な方向の抵抗を下げる目的から、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜を配することができる。
【０１０９】
また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【０１１０】
さらに、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことができる。
【０１１１】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【０１１２】
＜実施例４＞
図４は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【０１１３】
本実施例により提供される電極は、ＧａＮ系半導体膜４０１としてＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比０．３）、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としてＴｉ（膜厚１５ｎｍ）、第一金属膜４０３としてＡｌ膜（膜厚６０ｎｍ）、第二金属膜４０４としてＮｂ膜（膜厚３５ｎｍ）、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５としてＡｕ膜（膜厚５０ｎｍ）を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、８５０℃の熱処理を行なうことで形成した。
【０１１４】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため電極材料の半導体膜に対する被覆率が低下することなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極を得ることができた。同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが８５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。
【０１１５】
図６は、従来技術により提供される電極の表面と、本発明により提供される電極の表面とを比較して示す光学顕微鏡による写真図である。
【０１１６】
従来技術であるＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造を備える電極は、図６の左図に示すように、８５０℃（３０秒）の熱処理により、電極表面に荒い凹凸が形成された。一方、本実施の形態の構造である、Ａｌ以上の融点を有し、かつＡｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属材料としてＮｂからなる第二金属膜を用いたＴｉ／Ａｌ／Ｎｂ／Ａｕ構造を備える電極は、図６の右図に示すように、８５０℃（３０秒）の熱処理によっても、電極表面の形状が平坦なままであった。
【０１１７】
このような電極を備える半導体素子においては、平坦な電極表面が形成できることで、微細な電極パターンを制御性よく作製することができ、半導体素子の特性を向上することができた。
【０１１８】
なお、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としてＴｉ膜を用いたが、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【０１１９】
また、Ｔｉ膜の膜厚を１５ｎｍとしたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、熱処理時にＡｌと反応する金属を用いた場合、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２との反応で、第一金属膜４０３に含まれるＡｌがすべて使われてしまう可能性があるため、その可能性を低減するために、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２の厚さはＡｌまたはＡｌ合金からなる第一金属膜４０３の厚さより薄くすることができる。
【０１２０】
また、本実施例ではＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【０１２１】
同様に、本実施例では、第一金属膜４０３としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。
【０１２２】
また、第二金属膜４０４としてＮｂ膜を用いたが、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【０１２３】
同様に、本実施例では、Ａｌ膜からなる第一金属膜４０３の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ膜からなる第二金属膜４０４の厚さを３５ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があるため、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上とすることができる。
【０１２４】
同様に、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５として厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を用いたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５は、本質的に、半導体と金属のコンタクト抵抗および表面形状に直接寄与するものではない。
【０１２５】
そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜は特に必要とはしない。ただし、実際の半導体素子での使用を鑑みた場合、Ｎｂ膜表面の保護、および電極表面に平行な方向の抵抗を下げる目的から、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜を配することができる。
【０１２６】
また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【０１２７】
さらに、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことができる。
【０１２８】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【０１２９】
＜実施例５＞
図５は、本実施例により提供される半導体素子の一例を示す断面構造図である。
【０１３０】
本実施例により提供される半導体素子は、電界効果トランジスタである。
【０１３１】
この電界効果トランジスタは、例えば、ＳｉＣ基板５０１上に、それぞれ有機金属を用いた気相成長法で形成された、ＡｌＮバッファ層５０２（膜厚１００ｎｍ）、ＧａＮキャリア走行層５０３（膜厚２μｍ）、ＡｌＧａＮキャリア供給層５０４（Ａｌ組成比０．３、膜厚３０ｎｍ）を順に積層した構造を有し、このＡｌＧａＮキャリア供給層５０４上には、上記の電極からなるソース電極５０５およびドレイン電極５０６と、上記の電極とは異なる構造からなるゲート電極５０７とを備える。
【０１３２】
上記のソース電極５０５およびドレイン電極５０６を形成するには、まずＡｌＧａＮキャリア供給層５０４をフォトレジストで覆い、ステッパ等の露光装置を用い、ソース電極５０５およびドレイン電極５０６を配する部分、同時に他の金属を配置する際の目合わせマークを配する部分のフォトレジストを感光、除去する。
【０１３３】
次いで、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としてＮｂ膜（膜厚７ｎｍ）、第一金属膜４０３としてＡｌ膜（膜厚６５ｎｍ）、第二金属膜４０４としてＮｂ膜（膜厚３５ｎｍ）、融点がＡｌの融点より高い第三金属膜４０５としてＡｕ膜（膜厚５０ｎｍ）を順に積層する形で電子銃蒸着により成膜して、リフトオフにより不要な金属を除去した後、９００℃の熱処理を行うことにより、ソース電極５０５およびドレイン電極５０６が形成される。
【０１３４】
上記の工程中に、同時に、他の金属を配置する際の目合わせマークも形成される。その後、再度フォトレジストで覆い、電子線露光等の露光装置を用いてこの目合わせマークを基準にゲート電極５０７を配する部分のフォトレジストを感光、除去する。
【０１３５】
次いで、例えば、ゲート電極５０７としてＮｉ膜（膜厚１５ｎｍ）およびＡｕ膜（膜厚３００ｎｍ）を順に積層する形で電子銃蒸着により成膜して、リフトオフにより不要な金属を除去することで、ゲート電極５０７が形成され、電界効果トランジスタが作製される。
【０１３６】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため、電極材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下することがなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有するソース電極またはドレイン電極などの電極を得ることができる。
【０１３７】
同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが９００℃ではほとんど反応せず、非常に平坦な電極表面形状を得ることができるため、ソース電極またはドレイン電極などの電極と同時に目合わせマークを形成することができる。そのため、この目合わせマークを基準にゲート電極を配置できることから、ソース電極−ドレイン電極間の狭い、微細な電界効果トランジスタを形成することができる。さらに、別途目合わせマークを形成する工程が省かれ、電界効果トランジスタ作製に要する期間、または工数を削減することができる。
【０１３８】
なお、本実施例では、電界効果トランジスタに用いる結晶構造の一例として上記の構造を示したが、電界効果トランジスタに用いる結晶構造としては、目的に応じ任意の構造とすることができる。
【０１３９】
また、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としてＮｂ膜を用いたが、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【０１４０】
また、上記のＮｂ膜の膜厚を７ｎｍとしたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２の厚さは、所望の厚さとすることができる。
【０１４１】
また、本実施例ではＡｌＧａＮキャリア供給層のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮキャリア供給層のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【０１４２】
ただし、熱処理時にＡｌと反応する金属を用いた場合、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２との反応で、第一金属膜４０３に含まれるＡｌのすべてが使われてしまう可能性があるため、その可能性を低減するために、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２の厚さは、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第一金属膜４０３の厚さより薄くすることができる。
【０１４３】
同様に、本実施例では、第一金属膜４０３としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜４０３としてはＡｌとその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。
【０１４４】
また、第二金属膜４０４としてＮｂ膜を用いたが、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【０１４５】
また、本実施例では、Ａｌ膜からなる第一金属膜４０３の厚さを６５ｎｍ、Ｎｂ膜からなる第二金属膜４０４の厚さを３５ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があるため、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上とすることができる。
【０１４６】
同様に、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５として厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を用いたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５は、本質的に、半導体と金属とのコンタクト抵抗および表面形状に寄与するものではない。
【０１４７】
そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜４０５は特に必要とはしない。ただし、実際の半導体素子での使用を鑑みた場合、Ｎｂ膜表面の保護、および電極表面に平行な方向の抵抗を下げる目的から、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜を配することができる。
【０１４８】
また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【０１４９】
さらに、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことができる。
【０１５０】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【０１５１】
以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１５２】
たとえば、上記実施例では、半導体素子として電界効果トランジスタを用いたが、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜を用いた半導体素子であることができ、その中でも、発光ダイオード、レーザーダイオード、ショットキダイオード、バイポーラトランジスタなどの半導体素子としてもよい。この場合、これらの半導体素子においては、プロセス工程の短縮あるいは微細なパターンの高精度化が強く求められているため、本発明を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極、その製造方法およびそれを用いた半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ構造のＨＪＦＥＴ（ヘテロ接合電界効果トランジスタ）構造を有する半導体素子においては、一般にＴｉ／Ａｌ構造の電極が、オーム性電極として用いられてきた（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、単純にＴｉ／Ａｌ構造のみではＡｌの融点が６６０℃と低いため、６６０℃より高温の熱処理を行うことにより、電極の低接触抵抗化を図ろうとした場合、溶けたＡｌの表面張力により電極材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下してしまい、結果的に低抵抗の実現が困難となる傾向があった。
【０００４】
それを解決するためにＡｌ表面をＭｏで覆ったＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造の電極が報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造とすることで、Ａｌの融点を超える８００℃以上の熱処理に対しても電極材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下することはないため、Ｔｉ／Ａｌ構造の電極の場合よりも低抵抗が実現できる。
【特許文献１】特開平７−２４８２０４号公報
【非特許文献１】クマール他著，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ），第９２巻，第３号，ｐ．１７１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造の電極でＡｌの融点（約６６０℃）を超える温度で熱処理を行なうと、電極材料の半導体膜に対する表面被覆率は低下しないものの、電極の表面荒れが発生するため、微細な電極パターンを有する半導体素子を作製しようとした際には、電極間隔が狭くなるにつれて設計時に期待された半導体素子の特性が得られない傾向があり、さらなる改善の余地があった。
【０００６】
熱処理温度が７００℃を超えると電極の表面荒れが、より顕著になることが判明した。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低接触抵抗を実現しつつ表面荒れの少ない電極が得られる技術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】
【０００８】
本発明は、基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層された第一金属層と第二金属層とを有し、少なくとも第一金属層と第二金属層をＡｌの融点よりも４０℃以上高い温度で熱処理して半導体膜とオーム性接触する電極であって、第一金属層を形成する第一金属材料がＡｌからなり、第一金属材料と第二金属膜を構成する第二の金属材料との共晶合金の融点が、熱処理する温度よりも高く、且つ、第二の金属材料が、Ａｌの融点以下の温度でＡｌと合金化しないことを特徴とする電極である。
【０００９】
本発明は、更に、半導体膜上に形成された電極の製造方法であって、前記半導体膜上に、第一金属膜を形成する工程と、第二金属膜を形成する工程と、前記第一金属膜と前記第一金属膜とをＡｌの融点よりも４０℃以上高い温度で熱処理を行なう工程とを有し、前記第一金属膜と前記第二金属膜の共晶合金の融点が前記熱処理を行なう工程の温度よりも高く、且つ、前記第二の金属材料が、Ａｌの融点以下の温度でＡｌと合金化しないことを特徴とする電極の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体膜上に、低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な表面形状を有する電極を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図２】本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図３】本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図４】本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図５】本発明により提供される半導体素子の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
【図６】従来技術により提供される電極の表面と、本発明により提供される電極の表面とを比較して示す光学顕微鏡による写真図である。
【図７】Ｆｅ−Ａｌの２元合金の相図である。
【図８】Ｎｂ−Ａｌの２元合金の相図である。
【図９】Ａｌ−Ｍｏの２元合金の相図である。
【符号の説明】
【００１２】
１０１ 半導体膜
１０２ 第一金属膜
１０３ 第二金属膜
２０１ 半導体膜
２０２ 中間金属膜
２０３ 第一金属膜
２０４ 第二金属膜
３０１ 半導体膜
３０２ 第一金属膜
３０３ 第二金属膜
３０４ 第三金属膜
４０１ 半導体膜
４０２ 中間金属膜
４０３ 第一金属膜
４０４ 第二金属膜
４０５ 第三金属膜
５０１ ＳｉＣ基板
５０２ ＡｌＮバッファ層
５０３ ＧａＮキャリア走行
５０４ ＡｌＧａＮキャリア供給層
５０５ ソース電極
５０６ ドレイン電極
５０７ ゲート電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで、本発明者は、本実施の形態に至る研究の過程で、非特許文献１に開示されるＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造を備える電極の表面が荒れてしまう原因が、Ｍｏが溶けたＡｌと反応し共晶合金を形成することにあることを見出し、半導体膜上に、第一金属膜を形成し、さらに、第二金属膜を形成し、その後、第一金属膜を、第一金属膜の融点以上の溶融温度で熱処理する際に、第一金属膜と第二金属膜との共晶合金の融点よりも高い状態であれば、第一金属膜と第二金属膜とが、熱処理の際にほとんど固溶化または共晶化することがなく、その結果、低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な表面形状を有する電極を実現することができることを見出し、本発明に至った。
【００１４】
本発明は、基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層された第一金属層と第二金属層とを有し、少なくとも第一金属層と第二金属層を熱処理して半導体膜とオーム性接触する電極であって、第一金属層を形成する第一金属材料がＡｌからなり、第一金属材料と第二金属膜を構成する第二金属材料との共晶合金の融点が、熱処理する温度よりも高く、且つ、第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、Ａｌの融点以上であることを特徴とする電極である。
【００１５】
第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、熱処理温度以上であることがより好ましい。
【００１６】
Ａｌと第二の金属材料との合金化の開始温度が、Ａｌの融点以上であるこことが好ましく、第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、熱処理温度以上であることがより好まし。
【００１７】
この理由は、ＴｉとＡｌとの組合せの場合、ＴｉとＡｌとの共晶合金の融点は、１４００℃と高いが、Ａｌの融点よりも低温の３００℃程度から合金化する傾向がある。このようにＡｌが溶けない比較的低温で固溶化または共晶化が開始し進行する金属材料は、本発明の第二の金属材料として適さない。
【００１８】
合金化の開始温度は、Ａｌの融点以上であることが好ましく、熱処理温度よりも高いことがより好ましい。
【００１９】
第二金属層は、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属から形成されていることが好ましい。
【００２０】
第一金属層は、半導体膜とオーム性接触を形成しやすく、融点の比較的低い金属を用いることがこのましく、通常Ａｌが用いられる。
【００２１】
Ａｌからなる第一金属の上部の表面に、Ａｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属、すなわち、最高のＡｌ組成を有するＡｌとの共晶合金を形成する温度が、熱処理温度より高い金属材料からなる第二金属層が形成されているため、第一金属層と第二金属層とが、熱処理の際にほとんど固溶化または共晶化することがなく、その結果、高い熱処理温度を用いて低接触抵抗を実現しても、非常に平坦な表面形状を有する電極を実現することができる効果を奏する。
【００２２】
また、本発明によれば、半導体膜と、この半導体膜上に設けられた電極とを備える半導体素子であって、この電極は、上記の電極であることを特徴とする半導体素子も提供される。
【００２３】
この本発明によれば、半導体素子中に、上記の構成を有する電極が備えられているため、上記と同様の作用により低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な表面形状を有する電極が得られ、その結果、微細な電極パターンを有する半導体素子をより高精度に製造することができる効果を奏する。
【００２４】
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２６】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００２７】
本実施の形態により提供される電極は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜１０１上に、第一金属膜１０２、第二金属膜１０３を成膜し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、Ａｌの融点以上の温度で熱処理を行なうことで形成することができる。
【００２８】
本実施の形態のＩＩＩ族窒化物半導体膜１０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびその混合物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、第一金属膜１０２としては、Ａｌからなる金属膜を用いることができる。そして、第二金属膜１０３としては、第一金属膜１０２の主成分であるＡｌとの共晶合金の融点がＡｌと半導体膜とがオーム性接触させることで低抵抗化するための熱処理温度よりも比較的高い金属を選択することが好ましい。Ａｌとの共晶合金の融点が熱処理する温度よりも高い金属であれば、上記のアルミの融点以上の温度で熱処理を行なった際にアルミと合金化しにくい。
【００２９】
このためには、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることが好ましい。これらの金属は、いずれもＡｌと共晶合金化した際のＡｌ組成が比較的低く、またその共晶合金の融点もしくは相変化を起こす温度が熱処理温度よりも十分に高いという性質を有する。
【００３０】
なお、本明細書においては、特定の金属からなる金属膜とは、特定の金属単独からなる金属膜であってもよく、あるいは特定の金属と異なる金属との合金からなる金属膜であってもよい。また、微量であれば不純物を含んでいてもよい。
【００３１】
本実施の形態により提供される電極では、Ａｌの融点よりも４０℃以上高い熱処理温度で、Ａｌと共晶合金を作り難い金属からなる第二金属膜により、Ａｌからなる第一金属膜の表面を覆っているため、第二金属膜の材料が、溶けたＡｌと反応し共晶合金を形成することがほとんどないために、低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００３２】
図７は、良く知られたＦｅ−Ａｌの２元合金の相図である。
【００３３】
例えば、鉄（Ｆｅ）からなる第二金属膜を用いた場合、最もＡｌ組成の高いＦｅ−Ａｌの共晶合金として、ＦｅＡｌ３が存在する。この合金の融点もしくは相変化を起こす温度は１１６０℃であるため、９００℃の熱処理でＦｅは、Ａｌ融液には溶け込みにくい。また、Ｆｅ２Ａｌ５などのＡｌ組成の低い合金への反応も進みにくくなるため、Ｆｅからなる第二金属膜中へのＡｌの浸透は進みにくく合金化しにくいと言える。
【００３４】
すなわち、溶けたＡｌが鉄（Ｆｅ）界面において最初に反応してできるＡｌとＦｅとの共晶合金のうち、最高Ａｌ組成の共晶合金の融点もしくは相変化を起こす温度が、Ａｌを溶融させるための熱処理温度よりも十分に高ければ、できたＡｌとＦｅとの合金が障壁になるため、それ以上Ａｌとの反応は進みにくいと期待できる。
【００３５】
この結果、第一金属膜と第二金属膜との界面に第一金属膜を構成するＡｌと第二金属膜を構成するＦｅとの膜厚が約１から３ｎｍ程度の極薄い合金層が形成される。この極薄いＡｌとＦｅとの合金層が第一金属膜を構成するＡｌが第二金属膜に溶け込むバリア層となり、この結果、Ｆｅからなる第二金属膜を用いた場合、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００３６】
図８は、良く知られたＮｂ−Ａｌの２元合金の相図である。
【００３７】
別の具体例としては、ニオブ（Ｎｂ）からなる第二金属膜を用いた場合、最もＡｌ組成の高いＮｂ−Ａｌの共晶合金として、ＮｂＡｌ３が存在する。この合金の融点もしくは相変化を起こす温度は１６６０℃である。この温度は、Ａｌの融点よりも十分に高い。
【００３８】
その結果、Ｆｅの場合と同様の作用により、Ｎｂからなる第二金属膜を用いた場合、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００３９】
実際に、Ｎｂからなる第二金属膜を用いた場合、半導体膜がＡｌＧａＮ半導体膜であれば、８３０℃以上かつ１０００℃以下の広い温度範囲の熱処理の結果、１×１０−５Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極が得られる。また、詳しくは後述するが、図６に示すように、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００４０】
また、相図は示さないが、Ｗ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒについても、同様に、最もＡｌ組成の高いＡｌとの共晶合金の融点もしくは相変化を起こす温度は、Ａｌの融点よりも十分に高く、更に、Ａｌの融点あるいは熱処理温度である８００から９５０℃の温度でＡｌと合金化が進むことはなかった。
【００４１】
よって、上記と同様の作用により、Ｗ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる第二金属膜を用いた場合、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
【００４２】
つまり、ＡｌとＮｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒの様な金属は、熱処理温度で界面に合金層が形成されるがこの合金層はＡｌと固溶化または共晶化することがなくＡｌが固溶化または共晶化する際のバリアとして機能することがわかった。
【００４３】
これに対し、ＴｉとＡｌとの組合せの場合、ＴｉとＡｌとの共晶合金の融点は、１４００℃と高いが、Ａｌの融点よりも低温の３００℃程度から合金化する傾向があり、Ａｌが溶けない温度でも固相のまま合金化が進むので第二の金属膜として適さない。一方、上述のＦｅ、ＮｂとＡｌとの組み合わせの場合、固相での合金化はほとんど見られない。
【００４４】
つまり、Ｔｉは、Ａｌとの共晶合金の融点は１４００℃と高いが、共晶合金の融点以下の３００℃という比較的低い温度で固溶化または共晶化が進行する、すなわち、合金化が開始するという性質を持っていることがわかる。
【００４５】
図９は、良く知られたＡｌ−Ｍｏの２元合金の相図である。
【００４６】
一方、モリブデン（Ｍｏ）からなる第二金属膜を用いた場合、最もＡｌ組成の高いＡｌ−Ｍｏの共晶合金をみると、Ａｌ１２Ｍｏが見つかる。この合金の融点もしくはＡｌ５Ｍｏへの相変化を起こす温度は７００℃であるため、界面でＡｌ１２Ｍｏが一旦できてもそれが障壁になりにくく、例えば８００℃の熱処理ではＡｌ１２Ｍｏ→Ａｌ５Ｍｏ→Ａｌ４Ｍｏへと反応が進み、Ｍｏ内部にＡｌ融液が溶け込みやすく、Ｍｏからなる第二金属膜内部まで合金化が進む（合金化が開始する）こととなる。
【００４７】
ここで、本実施の形態により提供される電極は、上記の半導体膜とオーム性接触をする電極で有ることが好ましい。
【００４８】
この電極は、Ａｌの融点よりも４０℃以上高温で熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属からなる第二金属膜により、Ａｌからなる第一金属膜の表面を覆っているため、熱処理の際に電極金属材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下することなく、上記の半導体膜とコンタクト抵抗が低いオーム性接触をする電極を得ることができる。
＜実施の形態２＞
図２は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００４９】
本実施の形態により提供される電極は、ＩＩＩ族窒化物系半導体膜２０１上に、融点がＡｌの融点以上の金属からなる中間金属膜２０２、第一金属膜２０３および第二金属膜２０４を形成し、その後、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、Ａｌの融点以上の温度で熱処理を行なうことで形成することができる。
【００５０】
ＩＩＩ族窒化物系半導体膜２０１としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびその混合物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、融点がＡｌの融点より高い金属をからなる中間金属膜２０２としては、例えば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。また、第一金属膜２０３としては、例えば、Ａｌからなる金属膜を用いることができる。また、第二金属膜２０４としては、例えば、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。
【００５１】
あるいは、本実施の形態により提供される電極は、図示はしないが、上記の中間金属膜を備える代わりに、上記の第一金属膜２０３の一部または全部が、上記の第一金属材料と、上記の中間金属材料との合金からなる膜であってもよい。
【００５２】
この第一金属膜は、中間金属材料としてＴｉを選択した場合、熱処理（本明細書において、アニーリングとも記載する）の条件（主として温度と時間）、熱処理前の第一金属材料と中間金属材料との膜厚などの条件により、一部または全部が中間金属材料と共晶合金または固溶合金を形成する場合がある。このように合金化した場合には、第一金属材料と中間金属材料とが全体として半導体膜とオーム性接触をする傾向がある。
【００５３】
いずれの構造であれ、このように、中間金属膜あるいは中間金属材料との合金からなる領域を備える構成とすることにより、半導体膜とのオーム性接触をさらに再現性よく良好に実現することができる。
【００５４】
ここで、この電極において、この中間金属材料は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなっていることが好ましい。
【００５５】
これらの金属は、いずれもＡｌの融点以上の融点を有する金属であり、またＩＩＩ族窒化物半導体膜とのオーム性接触を安定的に形成する性質を有するため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜と第一金属材料からなる金属膜との間に、このような中間金属材料からなる金属膜を積層した後に、熱処理をすることにより、半導体膜とさらに良好なオーム性接触を実現することができるからである。
【００５６】
具体例としては、この中間金属材料はＴｉおよびＮｂからなる群より選ばれる１種以上の金属を含み、上記の第二金属材料はＮｂからなる構造が好ましく挙げられる。
【００５７】
このような構造を有する場合には、ＴｉおよびＮｂは、Ａｌの融点以上の融点を有する金属であり、Ｎｂは、さらにＡｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属でもあるため、半導体膜と第一金属材料をからなる金属膜との間にこのような中間金属材料からなる金属膜を積層した後に熱処理をすることにより、半導体膜とより一層良好なオーム性接触を実現することができるからである。
【００５８】
＜実施の形態３＞
図３は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００５９】
本実施の形態の電極は、ＩＩＩ族窒化物系半導体膜３０１上に、第一金属膜３０２、第二金属膜３０３、融点がＡｌの融点以上の金属からなる第三金属膜３０４を形成し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、Ａｌの融点以上の熱処理を行なうことで形成することができる。
【００６０】
ＩＩＩ族窒化物系半導体膜３０１としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮ及びその混合物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、第一金属膜３０２としては、例えば、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属膜を用いることができる。また、第二金属膜３０３としては、例えば、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。同様に、融点がＡｌの融点以上の金属からなる第三金属膜３０４としては、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。
【００６１】
このように、第二金属膜の上部にＡｌの融点以上の融点を有する金属からなる第三金属膜をさらに備えることにより、第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができる。
【００６２】
ここで、この第三金属材料は、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群より選ばれる１種の金属あるいは２種類以上の金属からなる合金であることが好ましい。
【００６３】
これらの金属は、いずれもＡｌの融点以上の融点を有する金属であり、また第二金属膜の酸化を防止する性質を有する金属であるため、第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができるからである。
【００６４】
具体例としては、この第二金属材料はＮｂの合金を含み、この第三金属材料はＡｕからなる構造が挙げられる。
【００６５】
このような構造を有する場合には、Ｎｂは、Ａｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属であるため、溶けたＡｌと反応し共晶合金を形成することが少なく、低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備える電極を得ることができるからである。また、ＡｕはＡｌの融点以上の融点を有する金属であるため、第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができるからである。
【００６６】
＜実施の形態４＞
図４は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００６７】
本実施の形態により提供される電極は、例えば、ＧａＮ系半導体膜４０１上に、融点がＡｌの融点以上の金属からなる中間金属膜４０２、第一金属膜４０３、第二金属膜４０４、融点がＡｌの融点より高い金属からなる金属膜４０５を形成し、その後、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、Ａｌの融点以上の温度で熱処理を行なうことで形成することができる。
【００６８】
ＧａＮ系半導体膜４０１としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびその混合物を主成分とする半導体を用いることができる。また、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としては、例えば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。また、第一金属膜４０３としては、例えば、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属膜を用いることができる。また、第二金属膜４０４としては、例えば、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｚｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。また、融点がＡｌの融点より高い金属からなる金属膜４０５としては、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなる金属膜を用いることができる。
【００６９】
このような構成を備えることにより、低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備える電極を得ることができ、半導体膜とのオーム性接触をさらに再現性よく良好に実現することができ、または第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができる。
【００７０】
＜実施の形態５＞
図５は、本実施の形態により提供される半導体素子の一例を示す断面構造図である。
【００７１】
本実施の形態により提供される半導体素子は、例えば、半導体膜（例えば、ＡｌＧａＮキャリア供給層５０４）と、この半導体膜上に設けられた電極（例えば、ソース電極５０５およびドレイン電極５０６）とを備える半導体素子であって、この電極は、上記の電極であることを特徴とする半導体素子である。
【００７２】
このように、本発明により提供される半導体素子は、低コンタクト抵抗かつ平坦な電極表面を実現できる電極を備えるため、微細な電極パターンの形成が容易となる効果を奏する。また、本発明により提供される半導体素子を作成する際には、オーム性の電極と目合わせマークとを同時に作成できることから、プロセス工程の短縮あるいは微細なパターンの高精度化が図れる。
【００７３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用し得る。
【００７４】
たとえば、上記実施の形態ではＩＩＩ族窒化物半導体としては、下記の式（１）で表される材料を例として挙げられるが、特にこの材料に限定されるものではない。
【００７５】
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ・・・（１）
なお、上記の式（１）において、ｘおよびｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１および０≦ｘ＋ｙ≦１を満たす実数である。
【００７６】
具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮなどの材料からなる半導体膜を挙げることができる。また、上記の式（１）で表される材料以外にも、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＧａＮＰＡｓまたはＡｌＮＳｉＣなどのいわゆる混晶からなる半導体膜も用いることができる。本明細書ではこれらを含めて総称してＩＩＩ族窒化物半導体と記載することにする。
【００７７】
このようなＩＩＩ族窒化物半導体材料は、禁制帯幅が十分大きく、バンド間遷移も直接遷移型であるため、短波長発光素子への適用が可能である。また、ＩＩＩ族窒化物半導体材料は、電子の飽和ドリフト速度が大きく、ヘテロ接合による２次元キャリアガスの利用が可能であるため、電子素子への応用も可能である。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７９】
＜実施例１＞
図１は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００８０】
本実施例により提供される電極は、ＩＩＩ族窒化物系半導体膜１０１としてＡｌＧａＮ膜（Ａｌ組成比０．３）、第一金属膜１０２としてＡｌ膜（膜厚６０ｎｍ）、第二金属膜１０３としてＮｂ膜（膜厚３５ｎｍ）をスパッタ蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、９００℃の熱処理を行なうことで形成した。
【００８１】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため、電極材料の半導体膜に対する被覆率が低下することがなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極を得ることができる。同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが９５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
【００８２】
なお、本実施例では、第一金属膜としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜はＡｌとその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。
【００８３】
また、第二金属膜として、ＮｂとＦｅとを用いて電子銃蒸着法を用いてＮｂとＦｅとの合金を３５ｎｍ形成した場合もＮｂ膜の場合と同様の結果が得られた。この結果、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａまたはＺｒからなる膜以外に、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒの群から選ばれたいずれか２種以上の合金からなる金属膜で代用することも可能である。更に、ＮｂおよびＦｅに、更に、微量（５重量％以下）であればＭｏを加えた合金を用いても同様な結果が得られた。
【００８４】
また、本実施例では、Ａｌ膜からなる第一金属膜１０２の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ膜１０３の厚さを３５ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、電極表面形状が悪化する可能性があるため、その可能性を低減させるために、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上であってもよい。
【００８５】
また、本実施例ではＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【００８６】
また、本実施例では、金属膜をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００８７】
さらに、本実施例では、熱処理温度を９００℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行ってもよい。
【００８８】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【００８９】
＜実施例２＞
図２は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【００９０】
本実施例により提供される電極は、ＧａＮ系半導体膜２０１としてＡｌＧａＮ膜（Ａｌ組成比０．３）、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２としてＮｂ膜（膜厚５ｎｍ）、第一金属膜としてＡｌ膜２０３（膜厚７０ｎｍ）、第二金属膜２０４としてＮｂ膜（膜厚２０ｎｍ）を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、８５０℃の熱処理を行なうことで形成した。
【００９１】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため、電極材料の半導体膜に対する被覆率が低下することなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極を得ることができる。同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが８５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
【００９２】
なお、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２としてＮｂ膜を用いたが、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【００９３】
また、Ｎｂ膜の膜厚を５ｎｍとしたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、熱処理時にＡｌと反応する金属を用いた場合、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２との反応で、第一金属膜２０３に含まれるＡｌがすべて使われてしまう可能性がある。そのため、その可能性を低減させるために、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜２０２の厚さは、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第一金属膜２０３の厚さより薄くすることができる。
【００９４】
同様に、本実施例では、第一金属膜２０３としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分としてもよい。
【００９５】
また、第二金属膜２０４としてＮｂ膜を用いたが、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【００９６】
また、本実施例ではＡｌ膜２０３の厚さを７０ｎｍ、Ｎｂ膜２０４の厚さを２０ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があるため、その可能性を低減するために、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上とすることができる。
【００９７】
また、本実施例ではＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【００９８】
また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【００９９】
さらに、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことができる。
【０１００】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【０１０１】
＜実施例３＞
図３は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【０１０２】
本実施例により提供される電極は、ＧａＮ系半導体膜３０１としてＡｌＧａＮ膜（Ａｌ組成比０．３）、第一金属膜３０２としてＡｌ膜（膜厚６０ｎｍ）、第二金属膜３０３としてＮｂ膜（膜厚３５ｎｍ）、融点がＡｌの融点以上の金属からなる第三金属膜３０４としてＡｕ膜（膜厚５０ｎｍ）を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、９５０℃の熱処理を行なうことで形成した。
【０１０３】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため電極材料の半導体膜に対する被覆率が低下することなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極を得ることができる。同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが９５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
【０１０４】
なお、本実施例では、第一金属膜としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜としてはＡｌ膜とその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることができる。
【０１０５】
また、第二金属膜３０３としてＮｂ膜を用いたが、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能であり、また、本実施例では、Ａｌ膜からなる第一金属膜３０２の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ層からなる第二金属膜３０３の厚さを３５ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があるため、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上とすることができる。
【０１０６】
また、本実施例ではＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【０１０７】
同様に、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜３０４として厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を用いたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜３０４は、本質的に、半導体膜と電極材料とのコンタクト抵抗および表面形状に直接寄与するものではない。
【０１０８】
そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜３０４は特に必要とはしない。ただし、実際の半導体素子での使用を鑑みた場合、Ｎｂ膜表面の保護、および電極表面に平行な方向の抵抗を下げる目的から、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜を配することができる。
【０１０９】
また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【０１１０】
さらに、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことができる。
【０１１１】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【０１１２】
＜実施例４＞
図４は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
【０１１３】
本実施例により提供される電極は、ＧａＮ系半導体膜４０１としてＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比０．３）、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としてＴｉ（膜厚１５ｎｍ）、第一金属膜４０３としてＡｌ膜（膜厚６０ｎｍ）、第二金属膜４０４としてＮｂ膜（膜厚３５ｎｍ）、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５としてＡｕ膜（膜厚５０ｎｍ）を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、８５０℃の熱処理を行なうことで形成した。
【０１１４】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため電極材料の半導体膜に対する被覆率が低下することなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有する電極を得ることができた。同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが８５０℃ではほとんど反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。
【０１１５】
図６は、従来技術により提供される電極の表面と、本発明により提供される電極の表面とを比較して示す光学顕微鏡による写真図である。
【０１１６】
従来技術であるＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ構造を備える電極は、図６の左図に示すように、８５０℃（３０秒）の熱処理により、電極表面に荒い凹凸が形成された。一方、本実施の形態の構造である、Ａｌ以上の融点を有し、かつＡｌの融点以上の熱処理温度でもＡｌと共晶合金を作り難い金属材料としてＮｂからなる第二金属膜を用いたＴｉ／Ａｌ／Ｎｂ／Ａｕ構造を備える電極は、図６の右図に示すように、８５０℃（３０秒）の熱処理によっても、電極表面の形状が平坦なままであった。
【０１１７】
このような電極を備える半導体素子においては、平坦な電極表面が形成できることで、微細な電極パターンを制御性よく作製することができ、半導体素子の特性を向上することができた。
【０１１８】
なお、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としてＴｉ膜を用いたが、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【０１１９】
また、Ｔｉ膜の膜厚を１５ｎｍとしたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、熱処理時にＡｌと反応する金属を用いた場合、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２との反応で、第一金属膜４０３に含まれるＡｌがすべて使われてしまう可能性があるため、その可能性を低減するために、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２の厚さはＡｌまたはＡｌ合金からなる第一金属膜４０３の厚さより薄くすることができる。
【０１２０】
また、本実施例ではＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【０１２１】
同様に、本実施例では、第一金属膜４０３としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜としてはＡｌとその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。
【０１２２】
また、第二金属膜４０４としてＮｂ膜を用いたが、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【０１２３】
同様に、本実施例では、Ａｌ膜からなる第一金属膜４０３の厚さを６０ｎｍ、Ｎｂ膜からなる第二金属膜４０４の厚さを３５ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があるため、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上とすることができる。
【０１２４】
同様に、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５として厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を用いたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５は、本質的に、半導体と金属のコンタクト抵抗および表面形状に直接寄与するものではない。
【０１２５】
そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜は特に必要とはしない。ただし、実際の半導体素子での使用を鑑みた場合、Ｎｂ膜表面の保護、および電極表面に平行な方向の抵抗を下げる目的から、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜を配することができる。
【０１２６】
また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【０１２７】
さらに、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことができる。
【０１２８】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【０１２９】
＜実施例５＞
図５は、本実施例により提供される半導体素子の一例を示す断面構造図である。
【０１３０】
本実施例により提供される半導体素子は、電界効果トランジスタである。
【０１３１】
この電界効果トランジスタは、例えば、ＳｉＣ基板５０１上に、それぞれ有機金属を用いた気相成長法で形成された、ＡｌＮバッファ層５０２（膜厚１００ｎｍ）、ＧａＮキャリア走行層５０３（膜厚２μｍ）、ＡｌＧａＮキャリア供給層５０４（Ａｌ組成比０．３、膜厚３０ｎｍ）を順に積層した構造を有し、このＡｌＧａＮキャリア供給層５０４上には、上記の電極からなるソース電極５０５およびドレイン電極５０６と、上記の電極とは異なる構造からなるゲート電極５０７とを備える。
【０１３２】
上記のソース電極５０５およびドレイン電極５０６を形成するには、まずＡｌＧａＮキャリア供給層５０４をフォトレジストで覆い、ステッパ等の露光装置を用い、ソース電極５０５およびドレイン電極５０６を配する部分、同時に他の金属を配置する際の目合わせマークを配する部分のフォトレジストを感光、除去する。
【０１３３】
次いで、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としてＮｂ膜（膜厚７ｎｍ）、第一金属膜４０３としてＡｌ膜（膜厚６５ｎｍ）、第二金属膜４０４としてＮｂ膜（膜厚３５ｎｍ）、融点がＡｌの融点より高い第三金属膜４０５としてＡｕ膜（膜厚５０ｎｍ）を順に積層する形で電子銃蒸着により成膜して、リフトオフにより不要な金属を除去した後、９００℃の熱処理を行うことにより、ソース電極５０５およびドレイン電極５０６が形成される。
【０１３４】
上記の工程中に、同時に、他の金属を配置する際の目合わせマークも形成される。その後、再度フォトレジストで覆い、電子線露光等の露光装置を用いてこの目合わせマークを基準にゲート電極５０７を配する部分のフォトレジストを感光、除去する。
【０１３５】
次いで、例えば、ゲート電極５０７としてＮｉ膜（膜厚１５ｎｍ）およびＡｕ膜（膜厚３００ｎｍ）を順に積層する形で電子銃蒸着により成膜して、リフトオフにより不要な金属を除去することで、ゲート電極５０７が形成され、電界効果トランジスタが作製される。
【０１３６】
このような電極構造においては、Ｎｂ膜がＡｌ膜表面を覆っているため、電極材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下することがなく、５×１０−６Ωｃｍ２以下の低コンタクト抵抗を有するソース電極またはドレイン電極などの電極を得ることができる。
【０１３７】
同時に、Ｎｂ膜とＡｌ膜とが９００℃ではほとんど反応せず、非常に平坦な電極表面形状を得ることができるため、ソース電極またはドレイン電極などの電極と同時に目合わせマークを形成することができる。そのため、この目合わせマークを基準にゲート電極を配置できることから、ソース電極−ドレイン電極間の狭い、微細な電界効果トランジスタを形成することができる。さらに、別途目合わせマークを形成する工程が省かれ、電界効果トランジスタ作製に要する期間、または工数を削減することができる。
【０１３８】
なお、本実施例では、電界効果トランジスタに用いる結晶構造の一例として上記の構造を示したが、電界効果トランジスタに用いる結晶構造としては、目的に応じ任意の構造とすることができる。
【０１３９】
また、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２としてＮｂ膜を用いたが、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＹおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【０１４０】
また、上記のＮｂ膜の膜厚を７ｎｍとしたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２の厚さは、所望の厚さとすることができる。
【０１４１】
また、本実施例ではＡｌＧａＮキャリア供給層のＡｌ組成比を０．３としたが、ＡｌＧａＮキャリア供給層のＡｌ組成比も所望の組成比とすることができる。
【０１４２】
ただし、熱処理時にＡｌと反応する金属を用いた場合、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２との反応で、第一金属膜４０３に含まれるＡｌのすべてが使われてしまう可能性があるため、その可能性を低減するために、融点がＡｌの融点より高い金属からなる中間金属膜４０２の厚さは、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第一金属膜４０３の厚さより薄くすることができる。
【０１４３】
同様に、本実施例では、第一金属膜４０３としてＡｌ膜を用いたが、第一金属膜４０３としてはＡｌとその他の金属との混合物からなる金属膜でもよく、もしくはＳｉ、Ｎを混合しても良い。ただし、Ａｌの比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、Ａｌを主成分とすることが好ましい。
【０１４４】
また、第二金属膜４０４としてＮｂ膜を用いたが、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜で代用することも可能である。
【０１４５】
また、本実施例では、Ａｌ膜からなる第一金属膜４０３の厚さを６５ｎｍ、Ｎｂ膜からなる第二金属膜４０４の厚さを３５ｎｍとしたが、Ａｌ膜、Ｎｂ膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、Ｎｂ膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可能性があるため、Ｎｂ膜の厚さは１０ｎｍ以上とすることができる。
【０１４６】
同様に、本実施例では、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５として厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を用いたが、融点がＡｌの融点より高い金属からなる第三金属膜４０５は、本質的に、半導体と金属とのコンタクト抵抗および表面形状に寄与するものではない。
【０１４７】
そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜４０５は特に必要とはしない。ただし、実際の半導体素子での使用を鑑みた場合、Ｎｂ膜表面の保護、および電極表面に平行な方向の抵抗を下げる目的から、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＡｕおよびＺｒからなる群から選ばれたいずれか１種以上の金属からなる金属膜を配することができる。
【０１４８】
また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の方法で積層することも可能である。
【０１４９】
さらに、本実施例では、熱処理温度を８５０℃としたが、熱処理温度はＡｌの融点を超える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾向にあるため、８００℃以上の熱処理を行うことができる。
【０１５０】
また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
【０１５１】
以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１５２】
たとえば、上記実施例では、半導体素子として電界効果トランジスタを用いたが、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体膜を用いた半導体素子であることができ、その中でも、発光ダイオード、レーザーダイオード、ショットキダイオード、バイポーラトランジスタなどの半導体素子としてもよい。この場合、これらの半導体素子においては、プロセス工程の短縮あるいは微細なパターンの高精度化が強く求められているため、本発明を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層された第一金属層と第二金属層とを有し、
少なくとも前記第一金属層と前記第二金属層をＡｌの融点よりも４０℃以上高い温度で熱処理して前記半導体膜とオーム性接触する電極であって、
前記第一金属層を形成する第一金属材料がＡｌからなり、前記第一金属材料と前記第二金属膜を構成する第二の金属材料との共晶合金の融点が、前記熱処理する温度よりも高く、且つ、前記第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、Ａｌの融点以上であることを特徴とする電極。
【請求項２】
前記第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、前記熱処理温度以上であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記熱処理する温度が８００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項４】
前記共晶合金の融点が、１１００℃以上である請求項１に記載の電極。
【請求項５】
前記第二金属層を形成する金属材料が、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項６】
前記第一金属層と前記第二金属層との間に第三金属層を有することを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項７】
前記第三金属層が、第一の金属材料と第二の金属材料とから構成された合金であることを特徴とする請求項５に記載の電極。
【請求項８】
前記半導体膜が、ＩＩＩ族窒化物半導体膜であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項９】
前記第一金属層と前記半導体膜との間に中間金属層を有し、
該中間金属層が、Ａｌの融点以上の融点を有する金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項１０】
前記第一金属層の一部または全部が、前記第一金属材料と、前記中間金属層を構成する金属材料との合金層からなることを特徴とする請求項９に記載の電極。
【請求項１１】
前記中間金属層を構成する金属材料が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなることを特徴とする請求項１０に記載の電極。
【請求項１２】
前記中間層が、ＴｉあるいはＮｂからなり、前記第二金属層が、Ｎｂからなることを特徴とする請求項１１に記載の電極。
【請求項１３】
前記第二金属膜の上部にＡｌの融点以上の融点を有する第三金属材料からなる第三金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項１４】
前記第二金属材料が、Ｎｂからなり、前記第三金属材料が、Ａｕからなることを特徴とする請求項１３に記載の電極。
【請求項１５】
半導体膜と、該半導体膜上に設けられた電極とを備える半導体素子であって、該電極が、請求項１に記載の電極であることを特徴とする半導体素子。
【請求項１６】
半導体膜上に形成された電極の製造方法であって、
前記半導体膜上に、第一金属膜を形成する工程と、
第二金属膜を形成する工程と、
前記第一金属膜と前記第一金属膜とをＡｌの融点よりも４０℃以上高い温度で熱処理を行なう工程とを有し、
前記第一金属膜と前記第二金属膜の共晶合金の融点が前記熱処理を行なう工程の温度よりも高く、且つ、前記第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、Ａｌの融点以上であることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項１７】
前記第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、前記熱処理温度以上であることを特徴とする請求項１６に記載の電極の製造方法。
【請求項１】
基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層された第一金属層と第二金属層とを有し、
少なくとも前記第一金属層と前記第二金属層をＡｌの融点よりも４０℃以上高い温度で熱処理して前記半導体膜とオーム性接触する電極であって、
前記第一金属層を形成する第一金属材料がＡｌからなり、前記第一金属材料と前記第二金属膜を構成する第二の金属材料との共晶合金の融点が、前記熱処理する温度よりも高く、且つ、前記第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、Ａｌの融点以上であることを特徴とする電極。
【請求項２】
前記第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、前記熱処理温度以上であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記熱処理する温度が８００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項４】
前記共晶合金の融点が、１１００℃以上である請求項１に記載の電極。
【請求項５】
前記第二金属層を形成する金属材料が、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項６】
前記第一金属層と前記第二金属層との間に第三金属層を有することを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項７】
前記第三金属層が、第一の金属材料と第二の金属材料とから構成された合金であることを特徴とする請求項５に記載の電極。
【請求項８】
前記半導体膜が、ＩＩＩ族窒化物半導体膜であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項９】
前記第一金属層と前記半導体膜との間に中間金属層を有し、
該中間金属層が、Ａｌの融点以上の融点を有する金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項１０】
前記第一金属層の一部または全部が、前記第一金属材料と、前記中間金属層を構成する金属材料との合金層からなることを特徴とする請求項９に記載の電極。
【請求項１１】
前記中間金属層を構成する金属材料が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｙ、Ｚｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなることを特徴とする請求項１０に記載の電極。
【請求項１２】
前記中間層が、ＴｉあるいはＮｂからなり、前記第二金属層が、Ｎｂからなることを特徴とする請求項１１に記載の電極。
【請求項１３】
前記第二金属膜の上部にＡｌの融点以上の融点を有する第三金属材料からなる第三金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項１４】
前記第二金属材料が、Ｎｂからなり、前記第三金属材料が、Ａｕからなることを特徴とする請求項１３に記載の電極。
【請求項１５】
半導体膜と、該半導体膜上に設けられた電極とを備える半導体素子であって、該電極が、請求項１に記載の電極であることを特徴とする半導体素子。
【請求項１６】
半導体膜上に形成された電極の製造方法であって、
前記半導体膜上に、第一金属膜を形成する工程と、
第二金属膜を形成する工程と、
前記第一金属膜と前記第一金属膜とをＡｌの融点よりも４０℃以上高い温度で熱処理を行なう工程とを有し、
前記第一金属膜と前記第二金属膜の共晶合金の融点が前記熱処理を行なう工程の温度よりも高く、且つ、前記第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、Ａｌの融点以上であることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項１７】
前記第二の金属材料とＡｌとの合金化の開始温度が、前記熱処理温度以上であることを特徴とする請求項１６に記載の電極の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５７６４１
【国際公開日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【発行日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１６１０２（Ｐ２００５−５１６１０２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１８１４０
【国際出願日】平成１６年１２月６日（２００４．１２．６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【発行日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１８１４０
【国際出願日】平成１６年１２月６日（２００４．１２．６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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