(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇａを含む化合物半導体層の上に、該化合物半導体層とオーミックコンタクト可能な材料からなるコンタクト層が設けられ、該コンタクト層の上に、ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成の第１のバリア層、Ｔｉからなる第２のバリア層、及びワイヤボンド可能な材料であるＡｌからなるボンディングパッド層がこの順に積層された化合物半導体素子の製造方法であって、
前記第１のバリア層を、Ｏ2ガスを２０％以下の混合量でＮ2ガスに混合させた混合ガスを用いたリアクティブスパッタリング法により形成する工程を含み、
前記第１のバリア層を、間欠的なリアクティブスパッタリングにより、２５ｎｍ以下の薄膜を積層して所定の厚みにする、化合物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記コンタクト層がＡｕ系合金からなる請求項１に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記コンタクト層と前記第１のバリア層との間に、Ｔｉ層が設けられている請求項２に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１のバリア層の厚みが５０ｎｍ〜１５０ｎｍである請求項１乃至３のいずれかに記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２のバリア層の厚みが１００ｎｍ〜５００ｎｍである請求項１乃至４のいずれかに記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１のバリア層を、スパッタリング圧力１．０Ｐａ〜１．５Ｐａとしたリアクティブスパッタリング法により形成する請求項１に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１のバリア層を、スパッタリングパワー２．５ｋＷ以下にしたリアクティブスパッタリング法により形成する請求項１に記載の化合物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の化合物半導体素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、化合物半導体素子の電極構造として、化合物半導体層との間にコンタクト層としてのＡｕ系合金層を設け、その上にバリア層としてのＴｉＮ層及びＴｉ層の２層を設け、さらにその上にボンディングパッド層としてのＡｌ層を設けたものが知られている（例えば、特開昭５７−１１７２８４号公報）。また、そのＡｕ系合金層とＴｉＮ層との間に、さらにＴｉ層を設けた構造も知られている。ここで、ＴｉＮ層は雰囲気ガスとしてＡｒとＮ２との混合ガス又はＮ２ガスを用いたリアクティブスパッタリング法により形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、化合物半導体素子の製造においては、電極構造のパターン形成後にオーミックコンタクトを得るための熱処理工程が行われる。上述のＴｉＮ層やＴｉ層といったバリア層は、本来、この熱処理工程においてウェハ又はコンタクト層であるＡｕ系合金層からボンディングパッド層であるＡｌ層にＧａ等のワイヤーボンディング性を低下させる不純物が拡散するのを抑えるために設けられている。
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術ではバリア層のバリア性が充分とは言えないため、Ａｕ合金層とＡｌ層とが反応してＡｌ表面に析出物が現れる。その結果、電極表面の平坦化が損なわれるというバリア破壊が発生し、ボンディング性能が低下するという問題があった。
【０００５】
また、上記従来技術では、ＴｉＮ層のエッチングを安定させることができないためにオーバーエッチングが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、バリア層のバリア性を向上させると共にエッチング作業性を安定させることができる化合物半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の化合物半導体素子の製造方法は、Ｇａを含む化合物半導体層の上に、該化合物半導体層とオーミックコンタクト可能な材料からなるコンタクト層が設けられ、該コンタクト層の上に、ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成の第１のバリア層、Ｔｉからなる第２のバリア層、及びワイヤボンド可能な材料であるＡｌからなるボンディングパッド層がこの順に積層された化合物半導体素子の製造方法であって、前記第１のバリア層を、Ｏ2ガスを２０％以下の混合量でＮ2ガスに混合させた混合ガスを用いたリアクティブスパッタリング法により形成する工程を含み、前記第１のバリア層を、間欠的なリアクティブスパッタリングにより、２５ｎｍ以下の薄膜を積層して所定の厚みにするものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【０００８】
前記コンタクト層がＡｕ系合金からなっていてもよい。
【０００９】
前記コンタクト層と前記第１のバリア層との間に、Ｔｉ層が設けられていてもよい。
【００１０】
前記第１のバリア層の厚みが５０ｎｍ〜１５０ｎｍであるのが望ましい。
【００１１】
前記第２のバリア層の厚みが１００ｎｍ〜５００ｎｍであるのが望ましい。
【００１５】
前記第１のバリア層を、スパッタリング圧力１．０Ｐａ〜１．５Ｐａとしたリアクティブスパッタリング法により形成するのが望ましい。
【００１６】
前記第１のバリア層を、スパッタリングパワー２．５ｋＷ以下にしたリアクティブスパッタリング法により形成するのが望ましい。
【００１７】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００１８】
本発明にあっては、ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層とＴｉからなる第２のバリア層とをコンタクト層とボンディングパッド層との間に設けることにより、ＴｉＮ層とＴｉ層とをバリア層として設けた従来の化合物半導体素子に比べてバリア性を向上させることができる。なお、この理由は現時点では明確ではないが、本発明者の実験により確認されている。従って、ウェハやＡｕ系合金等からなるコンタクト層からＡｕ、Ａｌ又はそれらの合金等からなるボンディングパッド層に不純物が拡散されるのを防ぐことが可能である。
【００１９】
ところで、用いるコンタクト層の材料によってはＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層との密着性が悪くなることがある。そこで、コンタクト層と第１のバリア層との間にコンタクト層とも第１のバリア層とも密着性が良好なＴｉ層を設けることにより、コンタクト層と第１のバリア層との間の密着性を向上させて剥離等を防ぐことが可能である。
【００２０】
第１のバリア層の厚みは、バリア破壊を抑えるためには５０ｎｍ以上とするのが望ましく、膜ストレスの観点からは１５０ｎｍ以下であるのが望ましい。
【００２１】
また、第２のバリア層の厚みは、第１のバリア層上に１００ｎｍ以上で形成することによりバリア破壊を抑えることができ、５００ｎｍ以下にすることにより膜ストレスによる素子ダメージを防ぐことができるので望ましい。
【００２２】
本発明の化合物半導体素子の製造方法によれば、Ｎ２ガスにＯ２ガスを混合した混合ガスを用いてリアクティブスパッタリング法によりＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層を成膜することが可能である。この方法によれば、ガスを切り替えるだけで第１のバリア層と第２のバリア層とを成膜可能であり、製造効率を向上させることができる。
【００２３】
このとき、Ｏ２ガスの混合量を２０％以下とすれば防爆仕様ではない一般的なリアクティブスパッタリング装置を使用することができるので、既存の設備を利用した化合物半導体素子の製造が可能となる。
【００２４】
第１のバリア層及び第２のバリア層は、各々、不連続なスパッタリングにより薄膜を積層して所定の厚みとすることにより、さらにバリア性を向上させることが可能であり、エッチングの際の作業性も安定することが確認できている。
【００２５】
第１のバリア層のスパッタリング時に、スパッタリング圧力は１．０Ｐａ〜１．５Ｐａとするのが望ましい。この範囲よりも圧力が高くなるとバリア性は向上するが、第２層のエッチング時にオーバーエッチングが発生しやすくなると共にｍｅａｎ  ｆｒｅｅ  ｐａｓｓが低下してデポレートが低下し、所定厚みまでのデポ時間が長くなるおそれがあるからである。また、この範囲よりも圧力が低くなるとオーバーエッチングは発生しにくくなるが、バリア性が低くなるからである。
【００２６】
第１のバリア層のスパッタリング時において、スパッタリングパワーは低い方がバリア性は高くなる傾向があるが、安定した放電を得るためには１ｋＷ〜２．５ｋＷとするのが望ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここでは、本発明の一実施形態としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子であるＧａＰ
ＬＥＤについて説明する。
【００２８】
図１（Ｅ）は本発明の実施形態に係るＬＥＤを示す断面図である。
【００２９】
この化合物半導体素子は、Ｎ型ＧａＰ基板３上にＮ型半導体層２とＰ型半導体層１とが設けられ、Ｎ型基板３の下にはカソード電極４、Ｐ型半導体層１の上にはアノード電極５が設けられている。
【００３０】
図２にアノード電極５の断面図を示す。
【００３１】
ここでは、Ｐ型半導体層１上にＡｕＢｅやＡｕＺｎ等のＡｕ系合金からなるコンタクト層６が設けられ、その上にＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層７及びＴｉからなる第２のバリア層８が設けられ、さらにその上にＡｕ、Ａｌやそれらの合金からなるボンディングパッド層９が設けられている。
【００３２】
この化合物半導体素子は、図１および図３に示すような工程を経て作製することができる。
【００３３】
まず、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、Ｎ型ＧａＰ基板３上にＮ型半導体層２及びＰ型半導体層３をエピタキシャル成長させてＰＮ接合を形成したウェハにラッピング等を行って、所定の厚み、例えば２８０μｍ程度まで研削する。
【００３４】
次に、図１（Ｃ）に示すように、Ｎ型基板３側にＡｕＳｉ等からなるカソード電極４を形成する。
【００３５】
続いて、図１（Ｄ）に示すように、Ｐ型半導体層１側にアノード電極５を形成する。この工程は、以下のようにして行う。
【００３６】
まず、図３（Ａ）に示すように、コンタクト層を形成する前にウェットエッチングによる前処理を施してウェハ表面上の不純物を除去しておく。
【００３７】
次に、図３（Ｂ）に示すように、前処理を行ったウェハに直ちにコンタクト層６を蒸着又はスパッタリングにより形成する。このコンタクト層６としては、Ｐ型エピタキシャル層１と容易にオーミックコンタクトを得ることが可能なＢｅ又はＺｎを添加したＡｕＢｅやＡｕＺｎ等のＡｕ系合金を用いることができる。
【００３８】
続いて、図３（Ｃ）に示すように、ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層７及びＴｉからなる第２のバリア層８をリアクティブスパッタリングにより形成する。
【００３９】
ここで、第１のバリア層７を形成する際のリアクティブスパッタリングの条件がバリア向上によって重要なポイントになる。
【００４０】
まず、本発明者の実験によれば、スパッタガスとしてはＮ２ガスにＯ２ガスを混合量２０％以下で混合させたガスを用いるのが望ましく、さらに望ましくは５〜２０％程度混合させた混合ガスである。
【００４１】
また、このときのスパッタリングパワーは低い方がバリア性が高くなる傾向があり、２．５ｋＷ以下であるのが望ましい。但し、用いるスパッタリング装置の性能にもよるが、安定した放電を得るためには１ｋＷ〜２．５ｋＷとするのが望ましい。
【００４２】
さらに、スパッタリング中の圧力は１．０Ｐａ〜１．５Ｐａとするのが望ましい。この範囲よりも圧力が高くなるとバリア性は向上するが、第１のバリア層７のエッチング時にオーバーエッチングが発生しやすくなると共にｍｅａｎ  ｆｒｅｅ  ｐａｓｓが低下してデポレートが低下し、所定厚みまでのデポ時間が長くなる。一方、この範囲よりも圧力が低くなるとオーバーエッチングが発生しにくく、安定したエッチング作業性が得られるが、バリア性は低くなる。
【００４３】
第１のバリア層７の厚みについては５０ｎｍ〜１５０ｎｍにするのが望ましい。第１のバリア層７の厚みがこれより薄いとバリア性が低下し、これより厚いと膜ストレスが強くなって素子に対してダメージを与えるおそれがある。また、第２のバリア層８の厚みについては、第１のバリア層７の厚みとの兼ね合いにより１００ｎｍ〜５００ｎｍの厚みにするのが望ましい。
【００４４】
ここで、第１のバリア層７及び第２のバリア層８は、連続的に所定の厚みまで一気にスパッタリングするのではなく、不連続なスパッタリングにより薄膜（好ましくは厚み２５ｎｍ以下）を積層して所定の厚みとすることにより、さらにバリア性を向上させると共にエッチングの際の作業性を安定させることができる。
【００４５】
ところで、コンタクト層６の材料によってはＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層７との密着性が悪くなることがある。このような場合には、図４に示すように、コンタクト層６と第１のバリア層７との間に厚み５ｎｍ〜１０ｎｍ程度のＴｉ層１０を設けると、密着性を向上させることができる。
【００４６】
その後、図３（Ｃ）に示すように、第２のバリア層８の上にボンディングパッド層９をスパッタリング又は蒸着により形成する。このボンディングパッド層９には、Ａｌ、Ａｕ又はそれらの合金等のワイヤボンディング可能な材料を用いることができる。
【００４７】
次に、図３（Ｄ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程により電極パターン１１を形成する。
【００４８】
続いて、図３（Ｅ）に示すように、ウェットエッチングによりコンタクト層６、第１のバリア層７、８及びボンディングパッド層９のパターンを順次形成し、レジストを除去して熱処理を施すことによりアノード電極５を形成する。
【００４９】
このようにしてアノード電極を形成した後、図１（Ｅ）に示すように、ウェハをダイシングにより個々の素子に分断することによりＬＥＤが完成する。
【００５０】
このようにして得られたＬＥＤは、第１のバリア層７のバリア性が良好であるので、電極構造のパターン形成後に行われるオーミックコンタクトを得るための熱処理工程においてバリア破壊が生じず、ボンディング性能が低下しなかった。また、ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層７やＴｉからなる第２のバリア層８のエッチング時にオーバーエッチングが生じず、歩留りを向上させることができた。
【００５１】
これに対して、（１）バリア層としてＡｒガスを用いたリアクティブスパッタリング法によりＴｉ層のみを形成した場合には、バリア性が充分ではなく、バリア破壊が生じてボンディング性能が低下した。
【００５２】
また、（２）バリア層としてＮ２ガスを用いたリアクティブスパッタリング法によりＴｉＮ層のみを形成した場合にも、バリア性が充分ではなく、バリア破壊が生じてボンディング性能が低下した。
【００５３】
さらに、（３）第１のバリア層としてＴｉＮ層を形成すると共に第２のバリア層としてＴｉ層を形成した場合には、バリア性が不十分である上に、ＴｉＮ層のエッチングを安定させることができず、オーバーエッチングが発生した。
【００５４】
なお、上記実施形態ではＰ型半導体層上のアノード電極についてバリア性を向上させた例について説明したが、Ｎ型半導体層上のカソード電極についても同様に、Ａｕ系合金からなるコンタクト層とＡｌからなるボンディングパッド層との間にＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなるバリア層とＴｉからなるバリア層を設けることによりバリア性を向上させることができる。また、上記実施形態ではＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体素子であるＧａＰ  ＬＥＤについて説明したが、他の材料系を用いた化合物半導体素子についても本発明は適用可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層とＴｉからなる第２のバリア層とを設けることにより、ＴｉＮ層とＴｉ層とをバリア層とした従来の化合物半導体素子に比べてバリア性を向上させることができるので、ボンディング特性が良好な電極が得られる。また、ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層及びＴｉからなる第２のバリア層のオーバーエッチングを防いで歩留りを向上させることができる。
【００５６】
また、Ｐ型及びＮ型の化合物半導体層とオーミックコンタクト可能な材料であるＡｕ系合金からなるコンタクト層とすることにより、そのコンタクト層とワイヤボンディング可能な材料であるＡｕ、Ａｌ又はそれらの合金からなるボンディングパッド層との間の不純物拡散を防いで化合物半導体素子の歩留りを向上させることが可能となる。
【００５７】
また、コンタクト層と第１のバリア層との間にＴｉ層を設けることにより両者の密着性を向上させることができる。
【００５８】
また、第１のバリア層の厚みを５０ｎｍ〜１５０ｎｍにすることによりバリア破壊を抑えると共に膜ストレスによる素子ダメージを防ぐことができる。
【００５９】
さらに、第２のバリア層の厚みを１００ｎｍ〜５００ｎｍにすることによりバリア破壊を抑えると共に膜ストレスによる素子ダメージを防ぐことができる。
【００６０】
本発明の化合物半導体素子の製造方法によれば、Ｎ２とＯ２との混合ガスを用いたリアクティブスパッタリング法によりＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層を形成することができるので、製造工程が複雑化することはなく、優れた特性の化合物半導体素子を低コストで提供することが可能である。
【００６１】
また、混合ガス中のＯ2ガスの混合量を２０％以下とすることにより、防爆仕様ではない一般的なスパッタリング装置を使用することができるので、製造装置が複雑化することはない。
【００６２】
また、ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層と、Ｔｉからなる第２のバリア層を間欠的なスパッタリングにより形成した薄膜を積層して所定の厚みとすることにより、さらにバリア性を向上させると共にエッチングの安定性を向上させることができる。
【００６３】
また、第１のバリア層のスパッタリング時にスパッタリング圧力を１．０Ｐａ〜１．５Ｐａとすることにより、バリア性を向上させると共にオーバーエッチングを防ぐことができる。
【００６４】
さらに、第１のバリア層のスパッタリング時にスパッタリングパワーを２．５ｋＷ以下とすることにより、バリア性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る化合物半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る化合物半導体素子におけるアノード電極形成工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る化合物半導体素子におけるアノード電極部分を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る化合物半導体素子における他のアノード電極部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１  Ｐ型半導体層
２  Ｎ型半導体層
３  Ｎ型ＧａＰ基板
４  カソード電極
５  アノード電極
６  コンタクト層
７  ＴｉＮ、ＴｉＯ及びＴｉＯＮの混合組成からなる第１のバリア層
８  Ｔｉからなる第２のバリア層
９  ボンディングパッド層
１０  Ｔｉ層
【図１】
0003582973.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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