(57)【要約】【課題】コンタクト抵抗の低減を可能にする半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、窒化ガリウムを含む導電部５を有する基板７と、導電部５と電気的に導通する金属配線層１と、中間層２とを含む半導体装置１０が提供される。中間層２は、導電部５と金属配線層１間を電気的に接続し、下記（１）式を満たす元素を含有する。    φm／Ｅa≧３    （１）ここで、φmは元素の仕事関数（ｅＶ）で、Ｅaは元素の不純物準位と価電子帯のエネルギー差（ｅＶ）である。【選択図】      図１
2018156993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウムを含む導電部を有する基板と、
前記導電部と電気的に導通する金属配線層と、
前記導電部と前記金属配線層間を電気的に接続し、下記（１）式を満たす元素を含有する中間層と
を含む半導体装置。
φm／Ｅa≧３    （１）
ここで、前記φmは前記元素の仕事関数（ｅＶ）で、前記Ｅaは前記元素の不純物準位と価電子帯のエネルギー差（ｅＶ）である。
【請求項２】
前記（１）式を満たす元素は、マグネシウム、亜鉛、鉄、炭素、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導電部と前記中間層の間に、前記（１）式を満たす元素（炭素を除く）の酸化物を含む層をさらに含む、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
窒化ガリウムを含む導電部を有する基板と、
前記導電部と電気的に導通する金属配線層と、
前記導電部と前記金属配線層間を電気的に接続し、マグネシウム、亜鉛、鉄、炭素、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含有する中間層と
を含む半導体装置。
【請求項５】
前記導電部と前記中間層の間に、マグネシウム、亜鉛、鉄、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物を含む層をさらに含む、請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｐ型ＧａＮのコンタクト抵抗は、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor）やＪＦＥＴ（junction field effect transistor）デバイスの電気特性に影響を与える。そこで、Ｐ型ＧａＮへの低抵抗コンタクト形成のために、メタル材料としてＴｉ，ＴｉＮ，Ｔａなどが用いられている。また、オーミック特性を得るために、７００℃以上での高温アニールが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１０９３４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Herbart B.Michaelson, “The work function of the elements and its periodicity”, J.Appl.Phys.48,4729(1977)
【非特許文献２】Chris G.Van de Walleら“First-principles calculations for defects and impurities:Applications to III-nitrides”, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 15 APRIL 2004, VOLUME 95, NUMBER 8, 3851
【非特許文献３】J. Appl. Phys., 86, 4491 (1999)
【非特許文献４】J. Appl. Phys., 88, 7 (2000)
【非特許文献５】Nano. Res. Lett., 9, 590 (2014)
【非特許文献６】Phys. Stat. Sol., 200, 1, 18-21 (2003)
【非特許文献７】Appl. Phys. Lett., 81, 3 (2002)
【非特許文献８】G.A.Sawatzkyら“Magnitude and Origin of the Band Gap in NiO”，PHYSICAL REVIEW LETTERS，10 December 1984，VOLUME 53, NUMBER 24，2339
【非特許文献９】S.Ben Amorら“Elaboration and characterization of titania coatings”，  Thin Solid Films 293 (1997) 163-169
【非特許文献１０】M.Klauaら“Growth, structure, electronic, and magnetic properties of MgO/Fe(001) bilayes and Fe/MgO/Fe(001) trilayers”，PHYSICAL REVIEW B，2001，VOLUME 64，134411
【非特許文献１１】V.Srikantら“On the optical band gap of zinc oxide”，Journal of Applied Physics 83，5447(1998)
【非特許文献１２】Alaa A.Akl，  ”Optical properties of crystalline and non-crystalline iron oxide thin films deposited by spray pyrolysis”，Applied Surface Science 233 (2004) 307-319
【非特許文献１３】Yoshinobu Ishiiら，“Optical Spectra of Excitions in Lithium Oxide”，Journal of the Physical Society of Japan，Vol.68，Ｎｏ．２，February，1999，pp.696-697
【非特許文献１４】K J Changら“The electronic band structures for zincblende and wurtzite BeO”，J.Phys.C；Solid State Phys.，16(1983)3475-3480
【非特許文献１５】J.Y.Peter Koら“Soft X-ray excited colour-centre luminescence and XANES studies of calcium oxide”，Can.J.Chem.85，853-858  (2007)
【非特許文献１６】P.H.Jeffersonら“Bandgap and effective mass of epitaxial cadmium oxide”，Appl.Phys.Lett.92，022101(2008)
【非特許文献１７】H.P.Maruskaら“THE PREPARATION AND PROPERTIES OF VAPOR-DEPOSITED SINGLE-CRYSTAL-LINE GaN”，Appl.Phys.Lett.15，327(1969)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明が解決しようとする課題は、コンタクト抵抗の低減を可能にする半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、窒化ガリウムを含む導電部を有する基板と、導電部と電気的に導通する金属配線層と、中間層とを含む半導体装置が提供される。中間層は、導電部と金属配線層間を電気的に接続し、下記（１）式を満たす元素を含有する。
【０００７】
φm／Ｅa≧３    （１）
ここで、φmは（１）式を満たす元素の仕事関数（ｅＶ）で、Ｅaは（１）式を満たす元素の不純物準位と価電子帯のエネルギー差（ｅＶ）である。
【０００８】
他の実施形態によれば、窒化ガリウムを含む導電部を有する基板と、導電部と電気的に導通する金属配線層と、中間層とを含む半導体装置が提供される。中間層は、導電部と金属配線層間を電気的に接続し、マグネシウム、亜鉛、鉄、炭素、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る半導体装置を示す断面図。
【図２】実施形態に係る半導体装置の作用効果を説明するための模式図。
【図３】実施例及び比較例の半導体装置の電流電圧特性（ＩＶ特性）を示すグラフ。
【図４】実施例及び比較例の半導体装置のアニール温度と電流特性との関係を示すグラフ。
【図５】実施例の半導体装置のアニール温度と比コンタクト抵抗との関係を示すグラフ。
【図６】実施例及び比較例の半導体装置の比コンタクト抵抗値を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態によれば、窒化ガリウムを含む導電部を有する基板と、導電部と電気的に導通する金属配線層と、中間層とを含む半導体装置が提供される。中間層は、導電部と金属配線層の間を電気的に接続する。また、中間層は、下記（１）式を満たす元素を含有する。
【００１１】
φm／Ｅa≧３    （１）
ここで、φmは（１）式を満たす元素の仕事関数（ｅＶ）で、Ｅaは該元素の不純物準位と価電子帯のエネルギー差（ｅＶ）である。
【００１２】
第1の実施形態の半導体装置によれば、コンタクト抵抗の低減化が可能である。このような効果が得られるメカニズムを図２を参照しつつ以下に説明する。図２は、金属配線層にＴｉＮを用いた例を示している。
【００１３】
（１）式を満たす元素は、導電部の窒化ガリウムをｐ型になし得る。よって、導電部と中間層の間には、Ｐ型窒化ガリウム領域が設けられる。
【００１４】
中間層に含まれる元素の仕事関数φmが大きい程、ホールに対するバリア高さが小さくなるため、トンネル電流が増加する。また、中間層に含まれる元素の不純物準位と価電子帯のエネルギー差Ｅaすなわち該元素の活性化エネルギーＥaが小さい程、導電部の窒化ガリウムへのホール供給が進み、窒化ガリウム領域表面のキャリア密度が高くなる。これにより、ホール電流が流れやすくなり、エネルギーバンドが強く曲がるのでホールの供給が進む。よって、Ｅaの逆数と仕事関数φmとの積を３以上にすることにより、中間層から導電部中の窒化ガリウムへのホール供給を促すことができるため、半導体装置のコンタクト抵抗を小さくすることが可能である。また、金属配線層と窒化ガリウムとを合金化するための７００℃以上の高温アニール処理が不要になり、アニール温度を低くしても低いコンタクト抵抗が得られる。その結果、アニール処理時の層間絶縁膜（例えばＳｉＮ膜）からの水素拡散を抑制することが可能になるため、水素拡散による窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）の不活性化を抑えることができる。
【００１５】
（１）式を満たす元素の例に、マグネシウム、亜鉛、鉄、炭素、リチウム、ベリリウム、カルシウム、カドミウムが含まれる。中間層に含有させる元素の種類は、１種類または２種類以上にすることができる。中間層は、マグネシウム、亜鉛及びベリリウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含むことが望ましい。
【００１６】
導電部と中間層の間、より好ましくは窒化ガリウム領域上に、（１）式を満たす元素の酸化物を含む酸化物層を設けることができる。但し、酸化物を構成する元素として、炭素を除く。（１）式を満たす元素の酸化物は、典型的には金属酸化物である。（１）式を満たす元素の酸化物を含む酸化物層は、ホールについてのトンネル電流を大きくすることが可能である。図２に示す酸化物のバンドギャップエネルギーＥｇが小さい方が、バリア高さの増加への寄与を小さくすることができる。このような効果が期待できる元素として、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｃｄが挙げられる。
【００１７】
酸化物層は、例えば、酸化雰囲気での処理、具体的には酸化雰囲気でのアニール処理等により得られるが、この方法に限られるものではない。
【００１８】
中間層に含まれる元素の種類、酸化物の組成は、例えば、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ、X-ray Photoelectron Spectroscopy）により確認することができる。
【００１９】
表１に、（１）式を満たす元素について、仕事関数φm及びその評価、活性化エネルギーＥa及びその評価、φm／Ｅa、半導体装置に存在し得る酸化膜の組成、酸化膜のＥｇ、酸化膜評価を示す。
【００２０】
【表１】
2018156993.tif 000003
【００２１】
Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｃ，Ｌｉ，Ｂｅ，Ｃａ，Ｃｄの仕事関数φmの値は、非特許文献１の表IIの値を使用した。但し、表IIの値には、少数第二位までしか仕事関数の値が示されてない元素が含まれている。各元素の仕事関数の値の有効数字を揃えるため、Ｍｇ，Ｚｎ、Ｂｅ，Ｃａ，Ｃｄの値は、少数第二位を四捨五入した値が用いられている。
【００２２】
Ａｕ／Ｎｉ電極（reference）の場合は、後述する比較例２及び参考文献３，４に基づき、表II中のＡｕの仕事関数５．１ｅＶを仕事関数の値とする。後述する比較例２に示す通り、Ａｕ／ＮｉをｐＧａＮの電極に用いる場合、低抵抗を得るためにＡｉｒ雰囲気で熱処理を施す。このときの伝導は、熱処理によって島状になったＡｕを通るＮｉＯ（ｐ型半導体）／Ａｕ／ｐＧａＮの局所伝導なので、伝導に寄与するｐＧａＮ層との界面はＡｕが大部分を占めている。よって、Ａｕ／Ｎｉ電極（reference）の仕事関数の値として、表II中のＡｕの仕事関数５．１ｅＶが用いられる。
【００２３】
ＴｉＮ(control)の仕事関数の値として、非特許文献５の表Ｉに示す値が用いられる。
【００２４】
Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃ，Ｌｉ，Ｂｅ，Ｃａ，Ｃｄの活性化エネルギーＥaの値には、非特許文献２の表Ｉの該当元素のＥＡの値が用いられる。非特許文献２の表Ｉには、ＤＦＴ−ＬＤＡ、ＥＭＴ（effective-mass theory）、Experimentの３種類のＥＡ値が記載されている。基本的にはExperimentのＥＡ値が用いられ、それがない元素はＥＭＴの項の値、その値もない元素はＤＦＴ−ＬＤＡのＥＡ値を使用する。また、表Ｉに記載されている値が少数第三位まで示されている場合、有効数字を揃えるため、少数第三位の値を四捨五入して少数第二位の値としたものを活性化エネルギーＥaとして用いる。
【００２５】
Ｆｅの活性化エネルギーＥaの値には、非特許文献６，７に記載されている値を用いる。
【００２６】
ｐ−ＮｉＯ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献８に記載の値が用いられる。
【００２７】
ＴｉＯｘ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献９に記載の値が用いられる。
【００２８】
ＭｇＯ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献１０に記載の値が用いられる。
【００２９】
ＺｎＯ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献１１に記載の値が用いられる。
【００３０】
ＦｅＯｘ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献１２に記載の値が用いられる。
【００３１】
Ｌｉ２Ｏ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献１３に記載の値が用いられる。
【００３２】
ＢｅＯ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献１４に記載の値が用いられる。
【００３３】
ＣａＯ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献１５に記載の値が用いられる。
【００３４】
ＣｄＯ酸化膜のバンドギャップＥｇの値には、非特許文献１６に記載の値が用いられる。
【００３５】
表１に示す仕事関数φmの値、活性化エネルギーＥaの値、酸化膜のバンドギャップＥｇの値それぞれを、ｐＧａＮのバンドギャップ値（３．４ｅＶ、非特許文献１７に記載）と比較し、ＺｎＯの評価を三角（△）とし、ｐＧａＮのバンドギャップ値との差が大きい方から順に二重丸、丸（○）、三角（△）、バツ（×）と４段階で評価する。その結果を表１に示す。なお、Ｃの仕事関数の値は中間層の膜質の影響を受けるため、評価対象に含めない。非特許文献に記載のバンドギャップ値が少数第二位の値を含む場合には、少数第二位の値を四捨五入した値が表１に記載のバンドギャップＥｇの値として用いられている。
【００３６】
表１から明らかなように、仕事関数φmについては、Ｂｅが望ましい。活性化エネルギーＥaについては、Ｍｇ、Ｃ、Ｂｅが望ましい。また、酸化膜については、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｃｄが好ましいが、酸化膜の存在なしに低いコンタクト抵抗を得られるＣも好適である。各元素がもたらす効果は、一つの要素のみで決定されるのではなく、仕事関数、活性化エネルギー及び酸化膜の三つの要素の影響を受け得る。
【００３７】
金属配線層は、ＴｉＮに限定されるものではなく、導電部と電気的に導通する金属元素を含むものを使用可能である。金属配線層は、例えば、ＴｉＮと共にあるいはＴｉＮの代わりに、例えば、Ｔｉ、Ｔａ及びＡｕよりなる群から選択される少なくとも１種類の材料を含み得る。
【００３８】
第1の実施形態の半導体装置の具体例を図１を参照して説明する。半導体装置１０は、基板７と、緩衝層６と、窒化ガリウムを含む導電部５と、Ｐ型窒化ガリウム（ｐＧａＮ）領域４と、酸化物層３と、中間層２と、金属配線層１とを含む。基板７の一方の主面に、緩衝層６と、導電部５と、ｐＧａＮ領域４と、酸化物層３と、中間層２と、金属配線層１とがこの順番に積層されている。
【００３９】
基板７には、例えば、シリコン単結晶、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）等から構成される基板が用いられる。
【００４０】
緩衝層６は、これの上に形成される窒化物半導体層の格子定数と、基板の格子定数との相違によって生じる歪みを緩和するとともに、緩衝層上に形成される窒化物半導体層の結晶性を制御する機能を有する。緩衝層６は、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＷＧａ１−ＷＮ（０＜Ｗ＜１））、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を含む。
【００４１】
導電部４に含まれる窒化ガリウムには、例えば、ｉ―ＧａＮが含まれる。ｉ―ＧａＮは、Instrinsic GaNで、アンドープの窒化ガリウムである。
【００４２】
酸化物層３は、（１）式を満たす元素の酸化物を含む。中間層２に含まれる元素の種類によっては、酸化物層３が存在しなくても低いコンタクト抵抗を実現することができる。この例に、例えば炭素が挙げられる。
【００４３】
中間層２は、（１）式を満たす元素を含む。
【００４４】
金属配線層１には、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ及びＡｕよりなる群から選択される少なくとも１種類の材料が含まれる。
【００４５】
以上説明した第１の実施形態によれば、導電部と金属配線層間を電気的に接続し、（１）式を満たす元素を含有する中間層を含むため、コンタクト抵抗の低減化が可能な半導体装置を提供することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態によれば、窒化ガリウムを含む導電部を有する基板と、導電部と電気的に導通する金属配線層と、中間層とを含む半導体装置が提供される。中間層は、導電部と金属配線層間を電気的に接続し、マグネシウム、亜鉛、鉄、炭素、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる少なくとも一つの元素（以下、不純物元素と称す）を含有する。
【００４６】
上記不純物元素は、導電部の窒化ガリウムをｐ型になし得る。よって、導電部と中間層の間には、Ｐ型窒化ガリウム領域が設けられる。この不純物元素を含む中間層は、導電部中の窒化ガリウムへのホール供給を促すことができるため、半導体装置のコンタクト抵抗を小さくすることが可能である。また、金属配線層と窒化ガリウムとを合金化するための７００℃以上の高温アニール処理が不要になり、アニール温度を低くしても低いコンタクト抵抗が得られる。その結果、アニール処理時の層間絶縁膜（例えばＳｉＮ膜）からの水素拡散を抑制することが可能になるため、水素拡散による窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）の不活性化を抑えることができる。
【００４７】
中間層は、マグネシウム、亜鉛及びベリリウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含むことが望ましい。
【００４８】
導電部と中間層の間、より好ましくは窒化ガリウム領域上に、マグネシウム、亜鉛、鉄、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる元素の酸化物を含む酸化物層を設けることができる。酸化物層に含まれる酸化物の種類は、１種類または２種以上にすることができる。酸化物層は、ホールについてのトンネル電流を大きくすることが可能である。酸化物のバンドギャップエネルギーＥｇが小さい方が、バリア高さの増加への寄与を小さくすることができる。このような効果が期待できる元素として、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｃｄが挙げられる。
【００４９】
金属配線層は、ＴｉＮに限定されるものではなく、ＴｉＮと共にあるいはＴｉＮの代わりに、例えば、Ｔｉ、Ｔａ及びＡｕよりなる群から選択される少なくとも１種類の材料を含み得る。
【００５０】
第２の実施形態の半導体装置の具体例として、図１に示す構造を有し、中間層にマグネシウム、亜鉛、鉄、炭素、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含むものを用い、必要に応じて酸化物層としてマグネシウム、亜鉛、鉄、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる元素の酸化物を含むものを用いる半導体装置を挙げることができる。なお、酸化物層はなくても良い。
【００５１】
以上説明した第２の実施形態によれば、導電部と金属配線層間を電気的に接続し、マグネシウム、亜鉛、鉄、炭素、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含有する中間層を含むため、コンタクト抵抗の低減化が可能な半導体装置を提供することができる。
【００５２】
第１、第２の実施形態において、実施形態の半導体装置は、図１に示す構成を備えるものに限られず、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、層間絶縁膜等を備え得る。また、実施形態の半導体装置は、例えば、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor）トランジスタ、ＪＦＥＴ（junction field effect transistor、電界効果トランジスタ）等に適用される。
（第３の実施形態）
第３の実施形態によれば、第１または第２の実施形態に係る半導体装置を製造する方法を提供することができる。
【００５３】
実施形態の半導体装置の製造方法は、窒化ガリウムを含む導電部上に、窒化ガリウムをＰ型となしうる元素を含む中間層を形成する工程と、中間層上に中間層を介して導電部と電気的に導通する金属元素を含む金属配線層を形成する工程と、導電部と中間層を加熱し、導電部と中間層間にＰ型窒化ガリウム領域を形成する加熱工程とを含む。中間層に含まれる元素には、第1の実施形態または第２の実施形態の半導体装置に含まれる元素が使用される。
【００５４】
上記製造方法によれば、コンタクト抵抗の低い半導体装置を提供することができる。
【００５５】
加熱工程は、３００℃〜５００℃の間の温度で処理されることが望ましい。これにより、絶縁層間膜等からの水素拡散を抑制することができるため、Ｐ型窒化ガリウムの不活性化を抑えることができる。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例を説明する。
実施例１
シリコン基板の一方の主面に、緩衝層としてAlN(窒化アルミニウム)からなる層、ｉ―ＧａＮ層及びｐＧａＮ層がこの順番に積層された積層体をｐＧａＮ基板として用意した。ｐＧａＮ層は、不純物元素としてＭｇが３×１０20ｃｍ-3の濃度でドープされており、厚さが２００ｎｍであった。
【００５７】
ｐＧａＮ基板をアセトン及びエタノールで順番に超音波洗浄後、コンタクト抵抗を評価するための円形ＴＬＭ（ＣＴＬＭ；circular transmission line model）のマスクパターンを用いてリソグラフィーを行った。その後、ＨＦ（表面の自然酸化膜の除去）処理を施し、パターニングした基板にＲＦ(radio frequency)スパッタリングによってＺｎに次いでＴｉＮを堆積させ、ｐＧａＮ基板上に中間層として厚さ２０ｎｍのＺｎ層を、Ｚｎ層上に金属配線層として厚さ１００ｎｍのＴｉＮ−ｃａｐ層を設けた。スパッタ中のチャンバー内の圧力は０．５５Ｐａに設定した。ＴｉＮ−ｃａｐ層は酸化防止の役目を果たすもので、ＡｒガスとＮ2ガスを７：３で混合して成膜した。
【００５８】
次いで、リムーバー（Ｎメチル２ピロリドン）中での超音波処理でリフトオフを行った。ひきつづき、フォーミングガス（ＦＧ，３％のＨ２と９７％Ｎ２の混合ガス）雰囲気中で赤外線ランプアニール装置ＲＴＡを用いてランプ加熱による熱処理を１分間施し、実施例１の半導体装置を得た。
【００５９】
得られた実施例１の半導体装置では、ｐＧａＮ基板のｐＧａＮ層と中間層との間に、ＺｎＯ酸化膜が形成されていた。
実施例２
実施例１で説明したのと同様なｐＧａＮ基板に対し、実施例１と同様にしてリソグラフィーを行った。次いで、ｐＧａＮ基板にＲＦスパッタリングによってＭｇに次いでＴｉＮを堆積させ、ｐＧａＮ基板上に中間層として厚さ２０ｎｍのＭｇ層を、Ｍｇ層上に金属配線層として厚さ１００ｎｍのＴｉＮ−ｃａｐ層を設けた。スパッタ中のチャンバー内の圧力の設定、及び、ＴｉＮ−ｃａｐの成膜は実施例１と同様にした。
【００６０】
次いで、リムーバー（Ｎメチル２ピロリドン）中での超音波処理でリフトオフを行った。ひきつづき、フォーミングガス（ＦＧ，３％のＨ２と９７％Ｎ２の混合ガス）雰囲気中で赤外線ランプアニール装置ＲＴＡを用いてランプ加熱による熱処理を１分間施し、実施例２の半導体装置を得た。
【００６１】
得られた実施例２の半導体装置では、ｐＧａＮ基板のｐＧａＮ層と中間層との間に、ＭｇＯ酸化膜が形成されていた。
実施例３
実施例１で説明したのと同様なｐＧａＮ基板に対し、実施例１と同様にしてリソグラフィーを行った。次いで、ｐＧａＮ基板にＲＦスパッタリングによってＦｅに次いでＴｉＮを堆積させ、ｐＧａＮ基板上に中間層として厚さ１〜１０ｎｍのＦｅ層を、Ｆｅ層上に金属配線層として厚さ１００ｎｍのＴｉＮ−ｃａｐ層を設けた。スパッタ中のチャンバー内の圧力の設定、及び、ＴｉＮ−ｃａｐの成膜は実施例１と同様にした。
【００６２】
次いで、リムーバー（Ｎメチル２ピロリドン）中での超音波処理でリフトオフを行った。ひきつづき、フォーミングガス（ＦＧ，３％のＨ２と９７％Ｎ２の混合ガス）雰囲気中で赤外線ランプアニール装置ＲＴＡを用いてランプ加熱による熱処理を１分間施し、実施例３の半導体装置を得た。
【００６３】
得られた実施例３の半導体装置では、ｐＧａＮ基板のｐＧａＮ層と中間層との間に、酸化鉄（ＦｅＯｘ）の酸化膜が形成されていた。
実施例４
実施例１で説明したのと同様なｐＧａＮ基板に対し、実施例１と同様にしてリソグラフィーを行った。次いで、ｐＧａＮ基板にＲＦスパッタリングによってＣに次いでＴｉＮを堆積させ、ｐＧａＮ基板上に中間層として厚さ２０ｎｍのＣ層を、Ｃ層上に金属配線層として厚さ１００ｎｍのＴｉＮ−ｃａｐ層を設けた。スパッタ中のチャンバー内の圧力の設定、及び、ＴｉＮ−ｃａｐの成膜は実施例１と同様にした。
【００６４】
次いで、リムーバー（Ｎメチル２ピロリドン）中での超音波処理でリフトオフを行った。ひきつづき、フォーミングガス（ＦＧ，３％のＨ２と９７％Ｎ２の混合ガス）雰囲気中で赤外線ランプアニール装置ＲＴＡを用いてランプ加熱による熱処理を１分間施し、実施例４の半導体装置を得た。
比較例１
実施例１で説明したのと同様なｐＧａＮ基板に対し、実施例１と同様にしてリソグラフィーを行った。次いで、ｐＧａＮ基板にＲＦスパッタリングによってＴｉＮを堆積させ、ｐＧａＮ基板上に厚さ１００ｎｍのＴｉＮ−ｃａｐ層を設けた。スパッタ中のチャンバー内の圧力の設定、及び、ＴｉＮ−ｃａｐの成膜は実施例１と同様にした。
【００６５】
次いで、リムーバー（Ｎメチル２ピロリドン）中での超音波処理でリフトオフを行った。ひきつづき、フォーミングガス（ＦＧ，３％のＨ２と９７％Ｎ２の混合ガス）雰囲気中で赤外線ランプアニール装置ＲＴＡを用いてランプ加熱による熱処理を１分間施し、比較例１の半導体装置を得た。
比較例２
実施例１で説明したのと同様なｐＧａＮ基板に対し、実施例１と同様にしてリソグラフィーを行った。次いで、ｐＧａＮ基板にＲＦスパッタリングによってＡｕに次いでＮｉ、次いでＴｉＮを堆積させ、ｐＧａＮ基板上に厚さ１０ｎｍのＡｕ層、厚さ１０ｎｍのＮｉ層、厚さ１００ｎｍのＴｉＮ−ｃａｐ層を設けた。スパッタ中のチャンバー内の圧力の設定、及び、ＴｉＮ−ｃａｐの成膜は実施例１と同様にした。
【００６６】
次いで、リムーバー（Ｎメチル２ピロリドン）中での超音波処理でリフトオフを行った。ひきつづき、Ａｉｒ雰囲気中で赤外線ランプアニール装置ＲＴＡを用いてランプ加熱による熱処理を１分間施し、比較例２の半導体装置を得た。
【００６７】
得られた実施例１〜３及び比較例１，２の半導体装置に対し、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を測定した。測定は４端子で行い、測定針とＴｉＮ−ｃａｐの接触抵抗の成分を取り除いた。なお、間隔ｄを１５μｍとした。その結果を図３に示す。図３には、実施例１については熱処理温度を３００℃にして得られた半導体装置、実施例２については熱処理温度を３６０℃にして得られた半導体装置、実施例３については熱処理温度を３６０℃にして得られた半導体装置、比較例１については熱処理温度を４００℃にして得られた半導体装置、比較例２についてはＡｉｒ雰囲気での熱処理温度を５２０℃にして得られた半導体装置の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す。図３において、横軸がApplied voltage（印加電圧）(V)で、縦軸がCurrent（電流値）(A)である。
【００６８】
図３に示す通り、Ｚｎを含む中間層を備える実施例１、Ｍｇを含む中間層を備える実施例２、Ｆｅを含む中間層を備える実施例３の半導体装置では、印加電圧がー１．０Ｖ〜１．０Ｖの範囲で電流が流れた。これに対し、中間層を備えていない比較例１の半導体装置（ＴｉＮ）では、印加電圧がー１．０Ｖ〜１．０Ｖの範囲において電流が流れなかった。中間層の代わりにＡｕ／Ｎｉ層を備えた比較例２の半導体装置では、印加電圧がー０．５Ｖ〜０．５Ｖの範囲で電流が流れた。
【００６９】
実施例１〜４及び比較例１の半導体装置に対し、熱処理温度を５２０℃以下の範囲で変化させた際の印加電圧Ｖが１Ｖでの電流値（Ｉ）を測定した。なお、間隔ｄを１５μｍとした。測定結果を図４に示す。図４において、横軸がAnnealing temperature（アニール温度）(℃)で、縦軸がCurrent（電流値）(A)である。
【００７０】
図４に示す通り、実施例１の半導体装置では、熱処理温度が２００〜３００℃の範囲で電流値が最大になり、熱処理温度が３００℃を超えると電流値が低下した。実施例２の半導体装置では、熱処理温度が３００〜４００℃の範囲で電流値が最大になり、熱処理温度が４００℃を超えると電流値が低下した。実施例３の半導体装置では、熱処理温度が３００〜４００℃の範囲で電流値が最大になり、熱処理温度が４００℃を超えると電流値が低下した。実施例４の半導体装置では、熱処理温度が４００℃付近で電流値が最大になった。一方、比較例１の半導体装置によると、いずれの熱処理温度においても電流値が実施例１〜４よりも低かった。
【００７１】
実施例１〜３の半導体装置のコンタクト抵抗を、得られたＩ−Ｖ特性のうち印加電圧が０Ｖ付近のものを用いて算出した。その結果を図５に示す。図５において、横軸がAnnealing temperature（アニール温度）(℃)で、縦軸がSpecific contact resistance（比コンタクト抵抗値）(Ωｃｍ2)である。
【００７２】
図５に示す通り、実施例１〜３の半導体装置いずれについても、１×１０-1〜１×１００(Ωｃｍ2)の範囲の比コンタクト抵抗値が得られた。また、Ｃを含む中間層を備えた実施例４の半導体装置は、図４に示す通りに比較例１の半導体装置よりも電流特性に優れており、コンタクト抵抗の低減化を期待できる。
実施例５〜実施例８
中間層を構成する材料としてＺｎの代わりに、Ｌｉ、Ｂｅ、ＣａまたはＣｄを用いること以外は、実施例１と同様にして実施例５〜８の半導体装置を得た。実施例５〜８の半導体装置の比コンタクト抵抗値(Ωｃｍ2)を表２に示す。
【００７３】
【表２】
2018156993.tif 000004
【００７４】
表２から明らかな通り、Ｂｅを含む中間層を備えた実施例６の半導体装置において、コンタクト抵抗の大幅な低減化を期待できる。
【００７５】
実施例１〜３，５〜８及び比較例１の半導体装置の比コンタクト抵抗値(Ωｃｍ2)を、図６に示す。各値がどの実施例と対応しているかを、各実施例の半導体装置の中間層に含まれる元素の種類で示す。なお、ＴｉＮと表示されている値は、比較例１の半導体装置の比コンタクト抵抗値(Ωｃｍ2)である。図６の縦軸は比コンタクト抵抗値(Ωｃｍ2)、横軸はΦ０（ｅＶ）を示す。Φ０（ｅＶ）は、ＧａＮに接触する金属の仕事関数の値（ｅＶ）とダイポールΔΦ（ｅＶ）との差を示す。なお、ＧａＮに接触する金属の仕事関数Φ´ｍは、Fermi level pinning（フェルミ準位ピニング）（Ｓ＝０．３）に基づき、下記数１で表される。
【００７６】
【数１】
2018156993.tif 000005
【００７７】
また、ダイポールΔΦは、下記数２で表される。
【００７８】
【数２】
2018156993.tif 000006
【００７９】
図６に示す通り、実施例１〜３，６，８の半導体装置は、実施例５，７の半導体装置に比して、低抵抗なオーミックコンタクトが期待できる。Ｌｉ、Ｃａは拡散係数がＴｉと比較して高い場合、低温でのオーミックコンタクトの実現が期待できる。
【００８０】
以上説明したうちの少なくとも一つの実施形態あるいは実施例によれば、（１）式を満たす元素か、マグネシウム、亜鉛、鉄、炭素、リチウム、ベリリウム、カルシウム及びカドミウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含有する中間層を導電部と金属配線層の間に備えるため、コンタクト抵抗の低い半導体装置を提供することができる。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８２】
１…金属配線層、２…中間層、３…酸化物層、４…Ｐ型窒化ガリウム（ｐＧａＮ）領域、５…導電部、６…緩衝層、７…基板、１０…半導体装置。
【図１】
2018156993.tif 000007
【図２】
2018156993.tif 000008
【図３】
2018156993.tif 000009
【図４】
2018156993.tif 000010
【図５】
2018156993.tif 000011
【図６】
2018156993.tif 000012