(57)【要約】  ショットキー接触構造（１１０，１１２）は、半導体（１０６）の表面の上部に配置される。第１のショットキー接触金属層（１１０）は、前記半導体（１０６）の表面の第１の部分の上部に配置される。第２のショットキー接触金属層（１１２）は、半導体の表面の第２の部分の上部に配置され、前記第１のショットキー接触金属層（１１０）に隣接される。前記第１のショットキー接触金属層（１１０）は、前記第２のショットキー接触金属層（１１２）よりも小さな仕事関数を有する。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の表面上に配置されたショットキー接触構造であって、
前記半導体の表面の第１の部分上に配置された第１のショットキー接触金属層と、
前記半導体の表面の第２の部分上に配置され、前記第１のショットキー接触金属層と少なくとも隣接している第２のショットキー接触金属層と、
を備え、
前記第１のショットキー接触金属層は、前記第２のショットキー接触金属層よりも小さな仕事関数を有すること、
を特徴とするショットキー接触構造。
【請求項２】
前記半導体は、窒化物ベース半導体を含むことを特徴とする請求項１に記載のショットキー接触構造。
【請求項３】
前記半導体は、窒化ガリウムベースの半導体を含むことを特徴とする請求項１に記載のショットキー接触構造。
【請求項４】
前記半導体は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のショットキー接触構造。
【請求項５】
前記半導体の表面の前記第２の部分は、前記半導体の表面の前記第１の部分に隣接するインプラント領域を含むことを特徴とする請求項１に記載のショットキー接触構造。
【請求項６】
前記第１のショットキー接触金属層は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）を含むグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のショットキー接触構造。
【請求項７】
前記第２のショットキー接触金属層は、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタニウム−タングステン（ＴｉＷ）合金、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）を含むグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のショットキー接触構造。
【請求項８】
前記半導体の表面の前記第１の部分は、それぞれが離れた場所にある複数の領域を含み、前記ショットキー接触金属層は、前記半導体の表面の前記第１の部分の複数領域のそれぞれ上部に配置された複数のセグメントを含み、前記第１のショットキー接触金属の前記複数のセグメントは、前記半導体の表面の前記第１の部分の前記複数領域の特定の場所の上部に配置され、前記第２のショットキー接触金属層は、前記第１のショットキー接触金属層の前記複数のセグメントの互いに隣接したペア間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のショットキー接触構造。
【請求項９】
前記半導体の前記第２のショットキー接触金属層の下に空乏領域が形成され、前記第１のショットキー接触金属層の前記複数のセグメントの隣接するペア間が、前記ショットキー接触構造に逆バイアスが印加された時に、前記空乏領域がオーバーラップして前記第１のショットキー接触金属層の前記複数のセグメントをカットオフするよう十分に狭い距離であることを特徴とする請求項８に記載のショットキー接触構造。
【請求項１０】
前記複数領域の各領域の幅は約１〜５μｍの範囲内で、前記複数領域の互いに隣接したペア間の距離は約１〜５μｍであることを特徴とする請求項８に記載のショットキー接触構造。
【請求項１１】
基板の上部に配置された、窒化物半導体から成る下層を有し、
前記窒化物半導体から成る下層の上部の少なくとも一部に配置された、窒化物半導体から成る上層を有し、
前記窒化物半導体から成る下層は、前記窒化物半導体から成る上層よりも高濃度にドープされており、
請求項１に記載の、前記窒化物半導体から成る上層に配置されたショットキー接触構造を有し、
前記半導体の表面は、前記窒化物半導体から成る上層であり、
前記下層の上部に配置され、オーミック接触構造を形成するさらに別の金属接触層を有すること、
を特徴とするショットキーダイオード。
【請求項１２】
基板の上部に配置された、窒化物半導体から成る下層を有し、
前記窒化物半導体から成る下層の上部の少なくとも一部に配置された、窒化物半導体から成る上層を有し、
前記窒化物半導体から成る上層と前記窒化物半導体から成る下層との間にヘテロ接合を形成するために、前記上層は前記下層とは異なる窒化物半導体であり、
請求項１に記載の、窒化物半導体から成る前記上層に配置したショットキー接触構造を有し、
前記半導体の表面は、前記窒化物半導体から成る上層であり、
前記窒化物半導体からなる下層の上部に配置され、オーミック接触構造を形成するさらに別の金属接触層を有すること、
を特徴とする電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）。
【請求項１３】
半導体の表面の上部にショットキー接触構造を形成する方法であって、
第１のショットキー接触金属層を、前記半導体の表面の第１の部分に形成するステップと、
第２のショットキー接触金属層を、前記半導体の表面の第２の部分に、前記第１のショットキー接触金属層と少なくとも隣接して形成するステップと、
を含み、
前記第１のショットキー接触金属層は、前記第２のショットキー接触金属層よりも小さな仕事関数を有すること、
を特徴とする方法。
【請求項１４】
前記半導体は、窒化物ベース半導体を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体は、窒化ガリウムベース半導体を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記半導体は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のショットキー接触金属を形成するステップの前に、前記第１のショットキー接触金属をインプラントマスクとして使用して前記半導体の表面の前記第２の部分の少なくとも一部にドーピングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のショットキー接触金属をエッチングマスクとして使用し、前記半導体の表面の第３の部分をエッチングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のショットキー接触金属が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）で構成されるグループから選択された少なくとも１つの金属であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のショットキー接触金属が、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタニウム−タングステン（ＴｉＷ）合金、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）を含むグループから選択された少なくとも１つの金属であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記半導体の表面の前記第１の部分は、それぞれが離れた場所にある複数の領域を含み、前記ショットキー接触金属層は、前記半導体の表面の第１の複数の領域のそれぞれ上部に配置された複数のセグメントを含み、前記第１のショットキー接触金属の前記複数のセグメントは、前記半導体表面の前記第１の複数の領域の特定の場所の上部に配置され、前記第２のショットキー接触金属層は、前記第１のショットキー接触金属層の前記複数のセグメントの互いに隣接したペア間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記半導体の前記第２のショットキー接触金属層の下に空乏領域が形成され、前記第１のショットキー接触金属層の前記複数セグメントの隣接するペア間が、前記ショットキー接触構造に逆バイアス印加時あるいは逆拘束時、前記空乏領域がオーバーラップして前記第１のショットキー接触金属層の前記複数のセグメントをカットオフするよう十分に狭い距離であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の領域の各領域は、約１〜５μｍの範囲内の幅を有し、前記複数の領域の互いに隣接したペアの距離は、約１〜５μｍであることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
基板の上部に、窒化物半導体から成る下層を形成するステップを含み、
前記窒化物半導体から成る下層の上部の少なくとも一部に、窒化物半導体から成る上層を形成するステップを含み、
前記窒化物半導体から成る下層が、前記窒化物半導体から成る上層よりも高濃度にドープされ、
請求項１３に記載の、前記窒化物半導体の上層に配置したショットキー接触構造を形成するステップを含み、
前記半導体の表面は、前記窒化物半導体から成る上層であり、
前記窒化物半導体の下層の上部に配置され、オーミック接触構造を形成するさらに別の金属接触層を形成するステップを含むこと、
を特徴とするショットキーダイオードの形成方法。
【請求項２５】
基板の上部に、窒化物半導体から成る下層を形成するステップを含み、
前記窒化物半導体から成る下層の上部の少なくとも一部に、窒化物半導体から成る上層を形成するステップを含み、
前記窒化物半導体から成る上層と前記窒化物半導体から成る下層との間にヘテロ接合を形成するために、前記上層は前記下層とは異なる窒化物半導体であり、
請求項１３に記載の、前記窒化物半導体の上層にショットキー接触構造を形成するステップを含み、
前記半導体の表面は、前記窒化物半導体の上層であり、
前記窒化物半導体から成る下層の上部に、オーミック接触構造を形成するさらに別の金属接触層を形成するステップを含むこと、
を特徴とする電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の形成方法。
【請求項２６】
ショットキー接触構造の金属接合の接着を改善する方法であって、
半導体構造体を準備するステップと、
前記半導体構造体の表面の少なくとも一部の上に、より大きな仕事関数を有する金属を含む第１のショットキー接触金属層を形成するステップと、
前記第１のショットキー接触金属層を、３００℃以上５００℃以下の温度でアニールするステップと、
前記第１のショットキー接触金属層の少なくとも一部の上に第２のショットキー接触金属層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記半導体構造体は、窒化物ベース半導体を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記半導体構造体は、窒化ガリウムベース半導体を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記半導体構造体は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１のショットキー接触金属が、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタニウム−タングステン（ＴｉＷ）合金、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）を含むグループから選択された少なくとも１つの金属であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記第２のショットキー接触金属が、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタニウム−タングステン（ＴｉＷ）合金、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）を含むグループから選択された少なくとも１つの金属であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
基板の上部に、窒化物半導体から成る下層を形成するステップを含み、
前記窒化物半導体から成る下層の上部の少なくとも一部に、窒化物半導体から成る上層を形成するステップを含み、
前記窒化物半導体から成る下層は、前記窒化物半導体から成る上層よりも高濃度にドープされており、
請求項２６に記載の、前記窒化物半導体の上層に配置したショットキー接触構造を形成するステップを含み、
前記半導体の表面は、前記窒化物半導体から成る上層と同一であり、
前記窒化物半導体から成る下層の上部に、オーミック接触構造を形成するさらに別の金属接触層を形成するステップを含むこと、
を特徴とするショットキーダイオードの形成方法。
【請求項３３】
基板の上部に、窒化物半導体から成る下層を形成するステップを含み、
前記窒化物半導体から成る下層の上部の少なくとも一部に、窒化物半導体から成る上層を形成するステップを含み、
前記窒化物半導体から成る上層と前記窒化物半導体から成る下層との間にヘテロ接合を形成するために、前記上層は前記下層とは異なる窒化物半導体であり、
請求項２６に記載の、前記窒化物半導体の上層にショットキー接触構造を形成するステップを含み、
前記半導体構造体の表面は、前記窒化物半導体の上層であり、
前記窒化物半導体から成る下層の上部に、オーミック接触構造を形成するさらに別の金属接触層を形成するステップを含むこと、
を特徴とする電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の形成方法。
【請求項３４】
改善された金属接合の接着を有するショットキー接触構造であって、
半導体構造体の表面の少なくとも一部の上に配置された第１のショットキー接触金属層を備え、
前記第１のショットキー接触金属層が、より大きな仕事関数を有する金属を含み、３００℃以上５００℃以下の温度でアニールされ、
前記第１のショットキー接触金属層の少なくとも一部の上に配置された第２のショットキー接触金属層を備えたこと、
を特徴とするショットキー接触構造。
【請求項３５】
前記半導体構造体は、窒化物ベース半導体を含むことを特徴とする請求項３４に記載のショットキー接触。
【請求項３６】
前記半導体構造体は、窒化ガリウムベースの半導体を含むことを特徴とする請求項３４に記載のショットキー接触。
【請求項３７】
前記半導体構造体は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことを特徴とする請求項３４に記載のショットキー接触。
【請求項３８】
前記第１のショットキー接触金属が、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタニウム−タングステン（ＴｉＷ）合金、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）を含むグループから選択された少なくとも１つの金属であることを特徴とする請求項３４に記載のショットキー接触。
【請求項３９】
前記第２のショットキー接触金属が、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタニウム−タングステン（ＴｉＷ）合金、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）を含むグループから選択された少なくとも１つの金属であることを特徴とする請求項３４に記載のショットキー接触。
【請求項４０】
基板の上部に配置された、窒化物半導体から成る下層を有し、
前記窒化物半導体から成る下層の上部の少なくとも一部の上に配置された、窒化物半導体から成る上層を有し、
前記窒化物半導体から成る下層は、前記窒化物半導体から成る上層よりも高濃度にドープされており、
請求項３４に記載の、前記窒化物半導体の上層に配置されたショットキー接触構造を有し、
前記半導体の表面は、前記窒化物半導体の上層であり、
前記窒化物半導体から成る下層の上部に配置され、オーミック接触構造を形成するさらに別の金属接触層を有すること、
を特徴とするショットキーダイオード。
【請求項４１】
基板の上部に配置された、窒化物半導体から成る下層を有し、
前記窒化物半導体から成る下層の上部の少なくとも一部の上に配置された、窒化物半導体から成る上層を有し、
前記窒化物半導体から成る上層と前記窒化物半導体から成る下層との間にヘテロ接合を形成するために、前記上層は前記下層とは異なる窒化物半導体であり、
請求項３４に記載の、前記窒化物半導体から成る上層に配置されたショットキー接触構造を有し、
前記半導体の表面は、前記窒化物半導体から成る上層であり、
前記窒化物半導体の下層の上部に配置され、オーミック接触構造を形成するさらに別の金属接触層を有すること、
を特徴とする電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００５年１１月１５日に出願された米国仮特許出願６０／７３６，８９３および２００６年１０月２７日に出願された米国特許出願第１１／５８９，１２４の利益を主張し、その開示内容をすべて、以降の本願明細書に引用して援用する。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、ショットキーダイオードおよびショットキー接触（ショットキーコンタクト）構造を有するその他のデバイスに関するものであり、特に、そのようなデバイスに使用されるショットキー接触金属に関する。
【背景技術】
【０００３】
ショットキーダイオードの２つの重要な特性は、順方向電圧降下ＶFおよび逆方向阻止電圧ＶRである。ショットキーダイオードにおいてショットキー接触を形成する金属は、前記２つのパラメータに大きく影響する。高い逆方向阻止電圧特性を用いたアプリケーションでは、ショットキーダイオードには、金属と半導体の界面に高い障壁を作るために大きな（高い）仕事関数を有するショットキー接触金属が必要である。ただし、障壁が高いと、ダイオードが順方向にバイアスをかけられているときの電圧降下も高くなる。さらに、もう一つ問題となるのが、ダイオードに順方向バイアスをかけると、接合領域の全体が電流を一様に導通させるにもかかわらず、逆方向バイアスをかけると、金属接合の端部で電界が最大になることである。
【０００４】
ＧａＮ（窒化ガリウム）ショットキーデバイスの逆方向バイアス特性を改善する周知の方法は、例えば順方向電圧降下が増大するなど、デバイスの順方向バイアス特性も犠牲にする。従って、順方向電圧降下を増大させることなく、デバイスの逆方向バイアス特性を改善する方法が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様によれば、ショットキー接触構造は、半導体表面上部に配置される。第１のショットキー接触金属は、半導体表面の第１の領域の上部に配置される。第２のショットキー接触金属層は、半導体表面の第２の領域の上部に配置され、第１のショットキー接触金属層に少なくとも隣接する。第１のショットキー接触金属層は、第２のショットキー接触金属層より小さい（低い）仕事関数を有する。
【０００６】
本発明の一態様によれば、ショットキーダイオードは  基板上に配置された窒化物半導体の下部層を含む。窒化物半導体の上部層の少なくとも一部は、窒化物半導体の下部層の上に配置される。窒化物半導体の下部層は、窒化物半導体の上部層より高濃度にドープされている。ショットキー接触構造は、上記様式で半導体の上部層の上に配置される。窒化物半導体の上部層の表面が半導体表面となる。さらに別の金属接触層は、窒化物半導体の下部層の上にオーミック接触（オーミックコンタクト）を形成して配置される。
【０００７】
さらに、本発明の別の態様によれば、窒化物半導体の下部層を含む電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を基板上に配置する。窒化物半導体の上部層の少なくとも一部は、窒化物半導体の下部層の上の領域に配置される。上下層間にヘテロ接合が形成されるように上部層は下部層と異なる窒化物半導体で構成される。ショットキー接触構造は、上記様式で窒化物半導体の上部層の上部に配置される。半導体表面とは、窒化物半導体の上部層の表面のことである。さらに別の金属接触層は、窒化物半導体の下部層の上にオーミック接触を形成して配置される。
【０００８】
本発明のさらに別の態様は、半導体の表面上にショットキー接触構造を形成する方法についてである。第１のショットキー接触金属層が、半導体表面の第１の領域の上部に形成される。第２のショットキー接触金属層が、半導体表面の第２の領域の上部に形成され、第１のショットキー接触金属層に少なくとも隣接される。第１のショットキー接触金属層は、第２のショットキー接触金属層より小さい仕事関数を有する。
【０００９】
ショットキーダイオードの形成方法および電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の形成方法も本発明の一態様である。
【００１０】
さらに本発明の別の態様は、ショットキー接触構造の金属接着の改善方法についてである。第１のショットキー接触金属層は、半導体構造体の表面の上部の少なくとも一部に形成される。第１のショットキー接触金属層は、仕事関数の大きい金属を含む。第１のショットキー接触金属層は、３００℃以上、５００℃以下の温度でアニールされる。第２のショットキー接触金属層は、第１のショットキー接触金属層の少なくとも一部の上部に配置される。
【００１１】
ショットキーダイオードを形成する方法および電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を形成する方法は、本発明の態様に従って実施される。
【００１２】
本発明の更に別の態様は、金属接着が改善されたショットキー接触構造についてである。第１のショットキー接触金属層は、半導体構造体表面の少なくとも一部に接してその上部に配置される。第１のショットキー接触金属層は、仕事関数の大きな金属を含み、３００℃以上、５００℃以下の温度でアニールされる。第２のショットキー接触金属層は、第１のショットキー接触金属層の少なくとも一部領域の上部に配置される。
【００１３】
本発明のこの態様により、ショットキーダイオードと電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が提供される。
【００１４】
本発明の上記態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面を参照することによって、一層明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図１Ａは、本発明の一実施例における、２層金属ショットキー接触構造を備えるショットキーダイオードの断面図である。図１Ｂは、図１Ａのダイオードのショットキー接触構造と、バイアス電圧が印加されない時の空乏領域とを示す切欠図である。図１Ｃは、図１Ａのダイオードのショットキー接触構造と、デバイスに逆方向バイアスが印加されている時の空乏領域を示す切欠図である。
【００１６】
図２は、本発明の別の実施の形態における、２層金属ショットキー接触構造を備えるショットキーダイオードの断面図である。図２Ａ〜図２Ｅは、図２のダイオードを形成するための、セルフアラインインプラント工程およびセルフアラインエッチング工程の例を図解したものである。
【００１７】
図３Ａは、本発明のさらに別の実施の形態における、２層金属ショットキー接触構造を備えるショットキーダイオードの断面図である。図３Ｂは、図３Ａのダイオードのショットキー接触構造と、バイアス電圧が印加されていない時の空乏領域を示す切欠図である。図３Ｃは、図３Ａのダイオードのショットキー接触構造と、デバイスに逆方向バイアスが印加されている時の空乏領域を示す切欠図である。
【００１８】
図４Ａは、本発明のさらに別の実施の形態における、２層金属ショットキー接触構造を備える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＦＥＴのショットキー接触構造と、バイアス電圧が印加されていない時の空乏領域を示す切欠図である。図４Ｃは、図４ＡのＦＥＴのショットキー接触構造と、デバイスに逆方向バイアスが印加されている時の空乏領域を示す切欠図である。
【００１９】
図５は、本発明のさらに別の実施の形態における、２層金属ショットキー接触構造を備えるショットキーダイオードの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、逆方向バイアス印加時、デバイスが順方向電圧印加時と実質的に同等な順方向電圧降下値を維持しデバイスの性能を向上させる、２つのショットキー接触金属が蒸着されたショットキーダイオードを提供する。第１のショットキー接触金属は、第２のショットキー接触金属と比較して小さな（低い）金属仕事関数を有し、第２のショットキー接触金属は、第１のショットキー接触金属と比較して大きな（高い）金属仕事関数を有する。デバイスに順方向バイアスが印加されると、第１のショットキー接触金属の低い接触抵抗により、ショットキー接触の大部分の障壁が低くなり、その結果、電流の流れが改善される。デバイスに逆方向バイアスが印加されると、第２のショットキー接触金属の仕事関数が高いため、デバイスの動作を支配し、逆方向阻止電圧ＶRが高くなる。
【００２１】
本明細書で用いる“ＩＩＩ−Ｖ族半導体”という用語は、化合物半導体の化学量論式、ＡｌaＩｎbＧａcＮdＡｓeＰfにおいて、（ａ＋ｂ＋ｃ）が約１、および（ｄ＋ｅ＋ｆ）が約１という意味を持つ。また、“窒化物半導体”、または“窒化物ベース半導体”という用語は、上記式において、ｄが０．５以上、通常は０．８以上であるＩＩＩ−Ｖ族半導体のことを指す。好ましくは、半導体材料は純粋な窒化物半導体で、上記式におけるｄがほぼ１．０であるものがよい。“窒化ガリウムベース半導体”という用語は、ガリウムを含む窒化物半導体であって、好ましくは上記式において、ｃ≧０．５で、より好ましくはｃ≧０．８である、ガリウム主体の半導体のことを指す。半導体にはｐ型とｎ型の導電性を持つものがあり、ドーパントの種類や、特定の半導体の持つ性質によりその種別が特定される。例えば、何らかの欠陥を持つ窒化ガリウムベース半導体は、非ドーピング時には本質的にｎ型半導体となる。窒化物半導体において、電子ドナードーパントとして一般的な、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、および酸素（Ｏ）は、ｎ型導電性に寄与し、一方で、電子アクセプタドーパントとして一般的な、マグネシウム（Ｍｇ）および亜鉛（Ｚｎ）は、ｐ型導電性に寄与する。
【００２２】
図１Ａは、本発明に従って形成された窒化物ベースのショットキーダイオードの断面図である。このショットキーダイオード１００は、さらなる層がその上に成長される基板１０２を含む。理想的には、基板は、窒化物ベース半導体に形成される結晶格子の転位のような欠陥の数を少なくするために、基板上に形成する窒化ガリウム、またはその他の窒化物ベース半導体の結晶格子幅と同等の格子間距離を有するものを使用するのがよい。さらに、基板上に窒化物ベースの半導体を成長させた後の冷却時に、基板の収縮が半導体層の収縮よりも大きくなることで半導体層を圧縮し、クラックの発生を防ぐことができるため、基板の熱膨張係数は、窒化物ベース半導体の熱膨張係数と少なくとも同等であることが非常に望ましい。
【００２３】
基板１０２は、横方向に導電性を持つデバイスを形成するのに使用される、結晶サファイアウェハー、炭化ケイ素ウェハー、あるいはアンドープシリコンウェハーなどのような絶縁体、または非導電性基板であってもよい。窒化物ベース半導体層と基板間の格子不整合や熱膨張係数不整合を補償するために、基板１０２上にバッファー層（図示せず）を設けても良い。バッファー層は、１層かそれ以上の層の窒化物ベースの材料で構成し、基板の格子構造と窒化ガリウムまたはその他の窒化物ベース半導体層格子構造間での格子幅の違いを吸収する。
【００２４】
窒化ガリウムや窒化ガリウムベース半導体などの高濃度ドープ窒化物ベース半導体層１０４は、バッファー層の上に形成され、バッファー層がない場合は基板１０２上に直接形成される。高濃度ドープ層１０４は、通常、エピタキシャル成長プロセスを使用して形成される。反応性スパッタリングプロセスは、ターゲット層および基板を、窒素と１つまたは複数のドーパントを含む気体雰囲気に置き、基板に非常に近い場所に配置した金属ターゲットから、半導体の金属構成要素であるガリウムやアルミニウム、および／またはインジウムなどを除去する方法であり、これを基板上の層の形成に使うことができる。一方、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）は、基板の温度を通常７００〜１１００℃に上昇させたまま、基板を金属有機化合物ガスと、アンモニアやドーパントを含む反応性窒素含有ガス雰囲気に露出させる方法である。このガス状の化合物雰囲気では、ドープ金属が分解され、窒化物半導体の結晶膜が基板１０２上に形成される。基板とその上に成長した膜はその後冷却される。さらに別の代替として、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）や原子層エピタキシャル法など、その他のエピタキシャル成長法を使用してもよい。得られた高濃度ドーピング層１０４は、ｎ型半導体で少なくとも４×１０18ｃｍ-3のドーピング濃度を有するのが好ましい。
【００２５】
窒化ガリウムや窒化ガリウムベース半導体で構成される低濃度ドープ窒化物ベース半導体層１０６は、変調ドープ法などにより、高濃度ドープ層１０４上の領域の少なくとも一部に形成される。低濃度ドープ窒化物ベース半導体層の変調ドープ法による形成については、Ｐｏｐｈｒｉｓｔｉｃらの、“Ｌｏｗ  Ｄｏｐｅｄ  Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ”という名称の、２００４年２月１７日出願の米国特許出願第１０／７８０５２６にその一例が説明されており、その開示内容を本明細書に引用して援用する。
【００２６】
通常、低濃度ドープ層１０６は高濃度ドープ層１０４の上部全体にわたり形成され、形成後に低濃度ドープ層１０６を部分的に除去し高濃度ドープ層１０４を露出させるために、パターニングおよびエッチングされる。そのようなパターニングおよびエッチングは周知の方法で行うことができる。
【００２７】
本発明による２層ショットキー接触構造は、ショットキーダイオードの逆方向阻止電圧ＶRを最大に、そしてショットキーダイオードの順方向電圧降下ＶFを最小にするために用いられる。第１のショットキー金属層１１０は、低濃度ドープ層１０６の上に周知の方法で形成し、ショットキー接合として知られている金属半導体接合を形成する。第１のショットキー金属層１１０は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）などの比較的小さな金属仕事関数を持つ金属を１つか２つ以上用いて形成する。好ましくは、Ａｌ接触金属層を用いて、順方向電圧降下を最小にする。
【００２８】
第２のショットキー接触金属１１２は、第１のショットキー接触金属１１０の形成後、好ましくは第１のショットキー接触金属１１０の上部と周囲を囲むように形成する。第２のショットキー金属層１１２は、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタニウム−タングステン（ＴｉＷ）合金、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）などの比較的大きな金属仕事関数を持つ金属を１つか２つ以上用いて形成する。好ましくは、Ｎｉ接触金属層を用いて、デバイスの性能を向上させる。
【００２９】
＋  このようにして得られたデバイスにバイアス電圧が印加されていない時は、図１Ｂに示すように、２層金属ショットキー接触構造に隣接する低濃度ドープ層１０６の内部に浅い空乏領域１２０が形成される。第１のショットキー接触金属１１０が接触抵抗を低下させ、かつ、電流の流れを改善させるため、ほとんどのショットキー接触の障壁の高さは低い。
【００３０】
デバイスに逆方向バイアスがかかると、図１Ｃに示すように、より深い空乏領域１２０が形成される。第２のショットキー接触金属１１２の特性すなわちその仕事関数が高いため、デバイスの動作を支配し、逆方向阻止電圧ＶRが高くなる。
【００３１】
さらに、金属層１０８が、高濃度ドープ層１０４の上に形成され、そして高濃度ドープ層１０４とのオーミック接触を形成する。オーミック金属層は、アルミニウム／チタン／白金／金（Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）スタックやチタン／アルミニウム／白金／金（Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ）スタックなど、通常１種類あるいは複数の金属層で形成されているが、これ以外の金属や金属の組み合わせで形成される場合もある。Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕオーミック接触スタックとその形成に関する一例は、２００３年１１月２５日出願の米国特許出願第６６５３２１５号の  “Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｔｏ  ｎ−ＧａＮ  Ｗｉｔｈ  Ａｕ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ”というタイトルの特許に説明されており、その開示内容を本明細書に引用して援用する。
【００３２】
厚みのある接着金属層（図示せず）をショットキー金属層１１０および１１２の上部とオーミック金属層１０８の上部とに形成してもよい。接着金属層は、通常厚みのあるアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）である。絶縁体で構成された保護層（図示せず）を、少なくとも、オーミック金属とショットキー金属層との間に形成してもよい。
【００３３】
ショットキー金属層１１０および１１２と、オーミック金属層１０８とは、当技術分野でよく知られている方法で形成する。
【００３４】
本発明による２層金属ショットキー接触構造を持つショットキーダイオードの別の実施形態を図２に示す。この実施例では、第１のショットキー接触金属層２１０は仕事関数が小さく、また、第２のショットキー接触金属層２１２を形成する前に行うセルフアラインイオンインプラントを行う際にインプラントマスクとしても使用する。第２のショットキー接触金属２１２は仕事関数が大きく、また、低濃度ドープ層２０６のセルフアラインメサエッチングにおけるマスクとしての役目を果たす。
【００３５】
図２Ａ〜図２Ｅは、図２に示すショットキーダイオードを形成するプロセスをステップで示している。図２Ａに示すとおり、高濃度ドープ窒化物ベース半導体層２０４が基板２０２の上に形成される。次に、低濃度ドープ窒化物ベース半導体層２０６が高濃度ドープ層２０４の上に形成され、図１Ａで説明した仕方で、第１のショットキー金属層２１０が低濃度ドープ層２０６の上に形成される。
【００３６】
次に、図２Ｂに示すとおり、第１のショットキー金属層２１０の一部分のみが低濃度ドープ層２０６上に残るよう、第１のショットキー金属層２１０がパターニングおよびエッチングされる。一部分のみ残された第１のショットキー金属層２１０は、次のイオンインプラントステップ中にマスクとして使用され、図２Ｃに示すように、低濃度ドープ層２０６内にインプラント領域２１４が形成される。ここでは、通常、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ボロン（Ｂ）、窒素（Ｎ）、または酸素（Ｏ）の中から１種類あるいは２種以上のイオンがインプラントされる。
【００３７】
次に、図２Ｄに示すとおり、第２のショットキー金属層２１２が第１のショットキー接触金属層２１０の上部と周囲を囲むように形成される。第２のショットキー金属層２１２は、選択的蒸着または蒸着ステップにより形成され、その後に金属層がパターニングおよびエッチングされる。第２のショットキー金属層２１２は、エッチングのマスクとして使用され、インプラント層２１４の上部に露出した部分、その下の低濃度ドープ層２０６、さらにその下の高濃度ドープ層２０４の一部を図２Ｅに示すように除去する。その後、オーミック金属接触層２０８が、上記図２の説明で示した仕方により形成される。
【００３８】
本実施例では、ショットキー金属層２１０および２１２は、メサエッチング層２０６の上面の全体を覆っている。ショットキー接触構造部とオーミック接触構造部との間で発生する可能性のあるアーク放電およびショートを防ぐために、オーミック金属接触層２０８は、好ましくは、既存のデバイスよりもメサ層から遠ざけて、なおかつショットキー接触層との間で必要な最短距離を取るように形成される。
【００３９】
図３Ａに、本発明のさらに別の実施例における２層金属接触構造を用いたショットキーダイオード３００を示す。上記で説明した仕方により、高濃度ドープ窒化物ベース半導体層３０４が基板３０２上に形成され、低濃度ドープ窒化物ベース半導体メサ層３０６が、高濃度ドープ窒化物ベース半導体層３０４上に形成される。次に、第１の仕事関数の小さなショットキー接触金属層３１０が、非常に狭いストライプ状の領域に、狭い間隔で選択的に蒸着される。次に、第２の仕事関数の大きなショットキー接触金属層３１２が、第１のストライプ状のショットキー接触金属層３１０の上部と、層と層の間の溝に蒸着される。
【００４０】
デバイスに電圧が印加されていない場合、図３Ｂに示すとおり、第２のショットキー接触金属層３１２の下部のメサ層３０６内に浅い空乏領域３２０が形成される。デバイスに逆バイアスがかかっている場合、ダイオードの空乏領域３２０は下方および第１のストライプ状のショットキー接触金属の下部方向へ広がり、さらに図３Ｃに示すとおり、個々の空乏領域がお互いにオーバーラップして仕事関数の小さい第１の金属層３１０を完全にカットオフする。第１のショットキー接触金属ストライプ３１０の間隔は、カットオフが起こるように十分に小さく（狭く）形成されていることが好ましい。第１のショットキー金属層のカットオフは、ダイオードのリーク電流をさらに低減し、また逆方向阻止電圧ＶRを大きくする。一方で、順方向電圧降下ＶFには基本的に何ら影響を与えない。ストライプ状の第１のショットキー接触金属３１０の幅は、容量対電圧の測定値に基づくと、ミクロン単位（１〜５μｍ）が好ましく、ストライプとストライプの間の幅も同程度のサイズが好ましい。
【００４１】
また、第１のショットキー接触金属層は、小さなスポットあるいはドット形状で、スポット間あるいはドット間に十分小さな間隔を開け、各スポットあるいはドットのサイズが数μｍの領域として選択的に蒸着しても良い。
【００４２】
本発明による２層金属ショットキー接触構造は、図４Ａに示す電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）にも応用可能である。この図では、ＧａＮなどの第１の窒化物ベース半導体層４０４が基板４０２の上に形成されている。ＡｌＧａＮなどのさらに別の窒化物ベース半導体層４０６が、第１の窒化物ベース半導体層４０４との間でヘテロ接合を形成している。仕事関数の小さい第１のショットキー金属接触層４１０は、窒化物ベース半導体層４０６の表面の一部領域を覆い、仕事関数の大きな第２のショットキー金属接触層４１２は、第１のショットキー金属接触層４１０の上部および周囲を囲むように配置されている。オーミック金属接触層４０８は、層４０４の上部に配置され、層４０６により第１および第２のショットキー金属接触層４１０、４１２と隔てられている。
【００４３】
図４Ｂおよび図４Ｃは、ＦＥＴの断面図で、２層ショットキー金属接触構造の動作を表している。ＦＥＴのショットキーダイオードにバイアスがかかっていない場合、浅い空乏領域４２０が、図４Ｂに示すように、層４０６内の、第２のショットキー接触金属が層４０６と接する部分に形成される。ＦＥＴに逆バイアスが印加されると、図４Ｃで示す如く、空乏領域４２０は上記で説明したように、層４０６の下方に広がる方向および第１のショットキー接触金属４１０の下方へと広がる。
【００４４】
本発明の別の実施例では、図５に示すように、ショットキー接触金属の２層配列が、金属の接合性を高めるために用いられている。第１のショットキー接触金属層５１０は、Ｎｉ、Ｐｄ、ＴｉＷ合金、Ｔａ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｔなどの仕事関数の大きな単金属あるいはこれらの金属の組み合わせで形成してもよい。デバイスの性能を高めるために、好ましくはＮｉ層を用いる。第２のショットキー接触金属層５１２は、Ｎｉ、Ｐｄ、ＴｉＷ、Ｐｔ，Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｕなどの単金属あるいはこれらの金属の組み合わせで形成してもよい。第１のショットキー金属層５１０は、蒸着後、オーミック接触を形成するための温度より低く、ショットキー接触の接着を向上するための十分高い温度でアニールする。一般的なアニール温度は３００℃〜５００℃の間である。第１のショットキー接触金属をアニールした後に、第２のショットキー接触金属を蒸着する。
【００４５】
図５に示す２層金属構造およびアニーリングプロセスは、ダイオードやＦＥＴなどのような、ＧａＮやＡｌＧａＮ上部層を持つその他のデバイスでも使用できる。
【００４６】
本発明の特定の実施例についてここに説明してきたが、これらは単に本発明の原理およびアプリケーションを説明するためのものである。従って、本発明の実施例を基にした変更例は多数考案できると考えられ、また、その他の変更は本発明で明確に定義された請求項の精神と範囲から何ら逸脱するものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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