(57)【要約】【課題】  極めて簡単な手段を採ることで、窒化物系化合物半導体と電極との接触抵抗を低下させ、また、電極表面及び電極パターンエッジのモフォロジを良好に維持することを可能にして高い信頼性を実現できるようにする。【解決手段】  金属窒化物、例えばＴｉＮを含む第１の層及びＭｏx Ｇａ1-x （０＜ｘ＜１）を含む第２の層が半導体に近い側から前記の順に積層されてなる電極を備えてなることが基本になっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属窒化物を含む第１の層及びＭｏx Ｇａ1-x （０＜ｘ＜１）を含む第２の層が半導体に近い側から前記の順に積層されてなる電極
を備えてなることを特徴とする窒化物系化合物半導体装置。
【請求項２】
第１の層がＴｉＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＨｆＮ、ＺｒＮから選択された少なくとも１種類を含む層であること
を特徴とする請求項１記載の窒化物系化合物半導体装置。
【請求項３】
電極上にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、これら金属のシリサイド系合金から選択された少なくとも１種類を含む層からなる保護層が形成されてなること
を特徴とする請求項１或いは２記載の窒化物系化合物半導体装置。
【請求項４】
窒化ガリウム系半導体上にＴｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒから選択された少なくとも１種類からなる第１の層を形成する第１の工程と、
次いで、第１の層上にＭｏからなる第２の層を形成する第２の工程と、
次いで、第２の層上にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｉから選択された少なくとも１種類からなる第３の層を形成する第３の工程と、
次いで、７００℃以上の温度で熱処理を行う第４の工程と
が含まれてなることを特徴とする窒化物系化合物半導体装置の製造方法。
【請求項５】
第４の工程を終えてから第３の層上に少なくともＡｕを含む電極層を形成する第５の工程
が含まれてなることを特徴とする請求項４記載の窒化物系化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面やエッジのモフォロジが良好で、且つ、許容電流密度が高いオーミック電極をもつ窒化ガリウム系などの窒化物系化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、絶縁破壊電界が高いワイドバンドギャップ半導体のうち、III 族窒化物はワイドバンドギャップ半導体であると同時にIII-Ｖ族化合物半導体であることから、混晶やヘテロ構造の作製が可能であり、ＧａＡｓ系と同様に２次元電子ガスを生成させることができる。この為、高速且つ高出力の電子デバイスや短波長発光デバイスなどとして、現在、多くの研究開発が試みられている。
【０００３】
従来、窒化ガリウム系化合物半導体に対するオーミック電極としては、Ｔｉ／Ａｌの積層構造や、それを基にした電極構造、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、或いは、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕなどの積層構造電極が良好な特性を示すので多用されている。
【０００４】
ところで、そのような電極を形成する場合、当然、熱処理が必要であるが、Ａｌ組成が高くなるにつれ、高い熱処理温度が必要となることが知られている。
【０００５】
その場合、問題となるのは、第１点として、熱処理温度がＡｌの融点である約６６０℃よりも高くなった場合、電極表面及びエッジのモフォロジが極めて悪くなってしまうことであり、このような電極が形成された場合、その後のデバイスプロセスで微細化を実現することが困難になり、また、電界が不均一に印加されるので、デバイス特性は劣化する。
【０００６】
第２点として、Ａｌの許容電流密度が低いことに起因し、大電流動作時にエレクトロマイグレーションが発生することであり、エレクトロマイグレーションは電極の信頼性を著しく低下させる。
【０００７】
第１点及び第２点として記述した上記問題は、何れもＡｌ自体が有する特性、即ち、融点や許容電流密度が低いことに端を発している。
【０００８】
そこで、窒化ガリウム系化合物半導体に用いるオーミック電極として、Ａｌ以外に種々な材料を用いる研究がなされ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｖ、Ｎｂなどが試されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００９】
その公知文献に挙げられている材料には、本発明でも用いている電極材料であるＭｏが含まれ、また、窒化ガリウム系化合物半導体としてＧａＮが挙げられているのであるが、それ等の処理が本発明とは全く異なっている為、本発明と同じ構造の電極は得られていないし、従って、本発明と同じ効果は得られていない。
【特許文献１】特許第３３６０８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、極めて簡単な手段を採ることで、窒化物系化合物半導体と電極との接触抵抗を低下させ、また、電極表面及び電極パターンエッジのモフォロジを良好に維持することを可能にして高い信頼性を実現できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に依る窒化物系半導体装置及びその製造方法に於いては、金属窒化物を含む第１の層及びＭｏx Ｇａ1-x （０＜ｘ＜１）を含む第２の層が半導体に近い側から前記の順に積層されてなる電極を備えてなることが基本になっている。
【発明の効果】
【００１２】
前記手段を採ることに依り、高温熱処理を行っても電極表面及び電極パターンエッジのモフォロジが悪化せず、そして、許容電流密度が高く且つ接触抵抗が低い電極をもつ窒化物系化合物半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に依る窒化ガリウム系化合物半導体装置の基本的な構造を表す要部切断側面図であり、図に見られるように、ｎ−ＧａＮ層１上にＴｉＮ層２Ａ、ＭｏＧａ層３Ａが積層された構造になっている。
【００１４】
図２は図１に見られる窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける窒化ガリウム系化合物半導体装置を表す要部切断側面図である。
【００１５】
図示されているように、ｎ−ＧａＮ層１上にＴｉ層２、Ｍｏ層３が積層し、これの状態で熱処理を行い、Ｔｉ層２をＴｉＮ層２Ａに、Ｍｏ層３はＭｏＧａ層３Ａに変換する。
【００１６】
一般に、Ｔｉ層２は、熱処理されることで、ｎ−ＧａＮ層１からＮを引き抜いてＴｉＮ層２Ａとなり、ｎ−ＧａＮ層１とＴｉＮ層２との接触抵抗が低減されることは知られているが、本発明では、Ｍｏ層３がＧａＮ層１からＧａを引き抜いてＭｏＧａ層３Ａとなることで接触抵抗が更に低減され、しかも、ＭｏＧａ層３Ａの表面及び電極パターンのエッジに於けるモフォロジはＡｌ系電極と比較すると問題にならないほど良好である。
【実施例１】
【００１７】
図１に見られる窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を図２を併用し実施例１として説明する。
【００１８】
図２参照
（１）
基板に形成され、不純物濃度が５×１０18cm-3のコンタクト層であるｎ−ＧａＮ層１上にリソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、電極形成予定領域に開口をもつレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００１９】
（２）
真空蒸着法を適用することに依り、前記開口をもつレジスト膜上に厚さ３０ｎｍのＴｉ層２、厚さ３０ｎｍのＭｏ層３を順に成膜する。
（３）
【００２０】
レジスト膜を溶解除去するリフトオフ法を適用することに依り、Ｔｉ層２及びＭｏ層３のパターニングを行って電極パターン化する。尚、電極パターンを形成するには、リフトオフ法に限られず、エッチング法を用いても良いことは云うまでもない。
【００２１】
図１参照
（４）
ＲＴＡ（ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｎｅａｌ）装置を用い、窒素雰囲気中に於いて、７５０℃、２分の熱処理を行ったところ、Ｔｉ層２はＴｉＮ層２Ａに、また、Ｍｏ層３はＭｏＧａ層３Ａにそれぞれ変換された。尚、熱処理温度が７００℃未満である場合には良好なオーミックコンタクトを実現することは難しい。これは、以下に説明する他の実施例でも同様である。
【００２２】
ここで、窒素雰囲気中で熱処理を行うのは、酸化防止の為であって、窒素を積極的に供給する目的はない。また、ｎ−ＧａＮ層１から吸い上げられるＧａは、殆どがＭｏ層３に達してＭｏＧａ層３Ａを構成し、ＴｉＮ層２Ａには殆ど存在しない。
【００２３】
このようにして作製したＴｉＮ層２Ａ及びＭｏＧａ層３Ａからなる積層電極に於けるオーミック特性は良好であって５×１０-7Ωｃｍ2 を示し、また、表面や電極パターンエッジのモフォロジも良好であった。
【００２４】
因みに、特許文献１に開示された発明で、ＧａＮ層上にＭｏ層を含む電極を形成した場合であっても、本発明と同じ効果、即ち、低接触抵抗化及び良好なモフォロジの維持を実現することはできない。その理由は、熱処理温度が３００℃と低い為、Ｍｏ層がＭｏＧａ層にならないことに依る。
【実施例２】
【００２５】
図３及び図４は実施例２の窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける窒化ガリウム系化合物半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【００２６】
図３参照
（１）
基板に形成され、不純物濃度が５×１０18cm-3のコンタクト層であるｎ−ＧａＮ層１上にリソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、電極形成予定領域に開口をもつレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００２７】
（２）
真空蒸着法を適用することに依り、前記開口をもつレジスト膜上に厚さ１０ｎｍのＴａ層４、厚さ３０ｎｍのＭｏ層５、厚さ１５ｎｍのＴａ層６を順に成膜する。
【００２８】
（３）
レジスト膜を溶解除去するリフトオフ法を適用することに依り、Ｔａ層４、Ｍｏ層５、Ｔａ層６のパターニングを行って電極パターン化する。尚、電極パターンの形成には、リフトオフ法に限られず、エッチング法を用いても良い。
【００２９】
図４参照
（４）
ＲＴＡ装置を用い、窒素雰囲気中に於いて、７５０℃、２分の熱処理を行ったところ、Ｔａ層４はＴａＮ層４Ａに、Ｍｏ層５はＭｏＧａ層５Ａにそれぞれ変換された。尚、最表面のＴａ層６は、ＧａＮ層１からＮを吸い上げることなく、そのままの状態を維持する。
【００３０】
このようにして作製したＴａＮ層４Ａ、ＭｏＧａ層５Ａ、Ｔａ層６からなる積層電極に於けるオーミック特性は良好であって５×１０-7Ωｃｍ2 を示し、また、表面や電極パターンエッジのモフォロジも良好であった。尚、Ｔａ層６は電極保護膜としての役割を果たすから、表面やパターンエッジのモフォロジは実施例１に比較して更に良好となる。
【実施例３】
【００３１】
図５及び図６は実施例３の窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける窒化ガリウム系化合物半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【００３２】
図５参照
（１）
基板に形成され、不純物濃度が５×１０18cm-3のコンタクト層であるｎ−ＧａＮ層１上にリソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、電極形成予定領域に開口をもつレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００３３】
（２）
真空蒸着法を適用することに依り、前記開口をもつレジスト膜上に厚さ３０ｎｍのＴｉ層７、厚さ３０ｎｍのＭｏ層８、厚さ５０ｎｍのＴｉ層９を順に成膜する。
【００３４】
（３）
レジスト膜を溶解除去するリフトオフ法を適用することに依り、Ｔｉ層７、Ｍｏ層８、Ｔｉ層９のパターニングを行って電極パターン化する。尚、電極パターンの形成には、リフトオフ法に限られず、エッチング法を用いても良い。
【００３５】
図６参照
（４）
ＲＴＡ装置を用い、窒素雰囲気中に於いて、７５０℃、２分の熱処理を行ったところ、Ｔｉ層７はＴｉＮ層７Ａに、Ｍｏ層８はＭｏＧａ層８Ａにそれぞれ変換された。尚、最表面のＴｉ層９は、ＧａＮ層１からＮを吸い上げることなく、そのままの状態を維持する。  
【００３６】
（５）
再び、リソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、Ｔｉ層９上の電極形成予定領域に開口をもつレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００３７】
（６）
真空蒸着法を適用することに依り、前記開口をもつレジスト膜上に厚さ１０ｎｍのＴｉ層１０、厚さ２００ｎｍのＡｕ層１１を順に成膜する。
【００３８】
（７）
工程（５）で形成したレジスト膜を溶解除去するリフトオフ法を適用することに依り、Ｔｉ層１０、Ａｕ層１１のパターニングを行って電極パターン化する。尚、電極パターンの形成には、リフトオフ法に限られず、エッチング法を用いても良く、また、寸法は下層のＴｉ層９などと同じ、或いは、大きくなっても良い。
【００３９】
実施例３ではＴｉ層１０及びＡｕ層１１が電極に於けるシート抵抗低下の役割を果たすことができ、また、ＴｉＮ層７Ａ、ＭｏＧａ層８Ａ、Ｔｉ層９、Ｔｉ層１０、Ａｕ層１１からなる積層電極に於けるオーミック特性は良好であって５×１０-7Ωｃｍ2 を示し、また、表面や電極パターンエッジのモフォロジも良好であった。尚、Ｔｉ層９は、熱処理後に形成されるＴｉ層１０及びＡｕ層１１からなる積層構造との密着性を良好にする働きをする。
【実施例４】
【００４０】
図７は本発明に依る窒化物系化合物半導体装置の一種である高電子移動度トランジスタ（ｈｉｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥＭＴ）を表す要部切断側面図である。
【００４１】
図に於いて、２１はＳｉＣ基板、２２はＧａＮ電子走行層、２３はアンドープＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層、２４はｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電子供給層、２５はｎ−ＧａＮゲート電極形成層、２６はＳｉＮ保護層、２７はＴｉＮ及びＭｏＧａソース電極、２８はＴｉＮ及びＭｏＧａドレイン電極、２９はゲート電極をそれぞれ示している。
【００４２】
実施例４のＨＥＭＴを作製する工程を説明すると、
（１）  ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｕｒ  ｄ      ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を適用し、基板２１上に厚さ３μｍの電子走行層２２、厚      さ５ｎｍのアンドープＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層２３、厚さが３０ｎｍでＳｉドーピン      グ濃度５×１０18cm-3である電子供給層２４、厚さが１０ｎｍでＳｉドーピング濃      度５×１０18cm-3であるゲート電極形成層２５、保護層２６を順に成膜する。
（２）  リソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用し、ソース電極及びドレイン      電極形成予定領域に開口をもつレジスト膜（図示せず）を形成する。
（３）  エッチングガスを塩素系ガスとするドライエッチング法を適用し、前記レジスト      膜をマスクとして保護層２６及びゲート電極形成層２５のエッチングを行う。尚、      この場合、ゲート電極形成層２５が若干残るか、或いは、電子供給層２４内に若干      入り込んでも良い。
（４）  真空蒸着法及びリフトオフ法を適用することに依り、ソース電極及びドレイン電      極形成予定領域に厚さ３０ｎｍのＴｉ膜と厚さ３０ｎｍのＭｏ膜を積層形成する。（５）  ＲＴＡ装置を用い、窒素雰囲気中に於いて、８５０℃、２分の熱処理を行ったと      ころ、Ｔｉ膜はＴｉＮ膜に、Ｍｏ膜はＭｏＧａ膜にそれぞれ変換され、オーミック      特性が５×１０-6Ωｃｍ2 であるソース電極２７及びドレイン電極２８が得られ、      また、それ等の表面及びエッジのモフォロジも極めて平坦であった。尚、この後、      通常の技法を適用してゲート電極２９の形成などを行えば良い。
【００４３】
前記各実施例に於いては、主として窒化ガリウム系化合物半導体装置について説明したが、化合物半導体はＧａＮに限られることはなく、III 族窒化物系半導体であれば良く、また、半導体の導電型はｎ型、ｐ型、ノンドープ何れでも良く、更にまた、ＨＥＭＴをはじめ種々なデバイスに実施して好結果が得られる。
【００４４】
また、電極層の蒸着前やリソグラフィ実施前、半導体面をドライエッチング、前処理、密着性強化などの目的で塩素系プラズマや他のプラズマに曝すことは有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に依る窒化ガリウム系化合物半導体装置の基本的な構造を表す要部切断側面図である。
【図２】図１に見られる窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける窒化ガリウム系化合物半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図３】実施例２の窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける窒化ガリウム系化合物半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図４】実施例２の窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける窒化ガリウム系化合物半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図５】実施例３の窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける窒化ガリウム系化合物半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図６】実施例３の窒化ガリウム系化合物半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける窒化ガリウム系化合物半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図７】本発明に依る窒化物系化合物半導体装置の一種である高電子移動度トランジスタを表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ｎ−ＧａＮ層
２  Ｔｉ層
３  Ｍｏ層
２Ａ  ＴｉＮ層
３Ａ  ＭｏＧａ層
【図１】
2006032657.tif 000003
【図２】
2006032657.tif 000004
【図３】
2006032657.tif 000005
【図４】
2006032657.tif 000006
【図５】
2006032657.tif 000007
【図６】
2006032657.tif 000008
【図７】
2006032657.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月23日(2004.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006032657.tif 000010
【図２】
2006032657.tif 000011
【図３】
2006032657.tif 000012
【図４】
2006032657.tif 000013
【図５】
2006032657.tif 000014
【図６】
2006032657.tif 000015
【図７】
2006032657.tif 000016