(57)【要約】【課題】  窒化物半導体に対するコンタクト抵抗が低い電極を有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  窒化物半導体層上に炭素を含有する炭素含有層を形成する炭素含有層形成工程Ｓ４と、炭素含有層上にチタンを含有するチタン含有層を形成するチタン含有層形成工程Ｓ６を有する半導体装置の製造方法。チタン含有層と窒化物半導体層との間にＴｉＮとＴｉＣの全率固溶体Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）の層が形成される。これにより、チタン含有層が、その境界部全体で窒化物半導体層に対してオーミック接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層上に炭素を含有する炭素含有層を形成する炭素含有層形成工程と、
炭素含有層上にチタンを含有するチタン含有層を形成するチタン含有層形成工程、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
チタン含有層形成工程後に、半導体基板を加熱するアニール工程をさらに有する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
窒化物半導体層と、
窒化物半導体層上に形成されており、炭化チタンと窒化チタンの全率固溶体からなる全率固溶体層と、
全率固溶体層上に形成されており、チタンを含有するチタン含有層、
を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体層に対してオーミック接続された電極を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているように、ＧａＮ層に対してオーミック接続される電極の材料には、一般に、Ｔｉが用いられる。この電極を形成する際には、一般に、ＧａＮ層上にＴｉ層が形成され、その後、半導体基板が熱処理される。半導体基板が熱処理されると、Ｔｉ層とＧａＮ層との境界部にＴｉＮ層が形成される。ＴｉＮ層は、ＧａＮ層に対して良好なオーミック性を示す。これによって、Ｔｉ層は、ＧａＮ層に対するオーミック電極となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９０７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した電極形成方法では、Ｔｉ層とＧａＮ層との境界部にアイランド状にＴｉＮ層が形成される。すなわち、Ｔｉ層とＧａＮ層との境界部全体にはＴｉＮ層が形成されず、その境界部に部分的にＴｉＮ層が形成される。これは、熱処理時にＴｉ層とＧａＮ層の境界部においてＴｉＮが偏析するためである。このように、Ｔｉ層とＧａＮ層の境界部にアイランド状にＴｉＮ層が形成されると、Ｔｉ層とＧａＮ層の間のコンタクト抵抗が大きくなる。
【０００５】
本発明は、上述した実情に鑑みて創作されたものであり、窒化物半導体に対するコンタクト抵抗が低い電極を有する半導体装置の製造方法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】
【０００６】
本発明の半導体装置の製造方法は、炭素含有層形成工程と、チタン含有層形成工程を有する。炭素含有層形成工程では、窒化物半導体層上に炭素を含有する炭素含有層を形成する。チタン含有層形成工程では、炭素含有層上にチタンを含有するチタン含有層を形成する。
【０００７】
炭素含有層上にチタン含有層を形成すると、窒化物半導体層中のＮと、炭素含有層中のＣと、チタン含有層中のＴｉによって、ＴｉＮとＴｉＣの全率固溶体であるＴｉ（Ｃ，Ｎ）が形成される。Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）は、窒化物半導体層に対して良好なオーミック性を示す。また、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）は全率固溶体であるため、偏析し難い。このため、チタン含有層は、窒化物半導体層と広い範囲でオーミック接続される。したがって、チタン含有層と窒化物半導体層の間のコンタクト抵抗が、従来の電極に比べて低くなる。この製造方法によれば、従来の電極よりも窒化物半導体層に対するコンタクト抵抗が低い電極（すなわち、チタン含有層）を有する半導体装置が得られる。
【０００８】
上述した製造方法は、チタン含有層形成工程後に、半導体基板を加熱するアニール工程をさらに有していてもよい。
チタン含有層形成工程後にアニール工程を実施すると、窒化物半導体層とチタン含有層の間のコンタクト抵抗がさらに低くなる。これは、アニール工程によって、窒化物半導体層中のＮ、炭素含有層中のＣ、及び、チタン含有層中のＴｉから全率固溶体Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）が生成される反応が促進されるためであると考えられる。
【０００９】
また、本発明は、窒化物半導体層に対するコンタクト抵抗が低い電極を有する半導体装置を提供する。この半導体装置は、窒化物半導体層と、全率固溶体層と、チタン含有層を有する。全率固溶体層は、窒化物半導体層上に形成されており、炭化チタンと窒化チタンの全率固溶体からなる。チタン含有層は、全率固溶体層上に形成されており、チタンを含有する。
【００１０】
この半導体装置では、チタン含有層が全率固溶体層を介して窒化物半導体層に接続されているので、チタン含有層と窒化物半導体層の間のコンタクト抵抗が低い。チタン含有層は、窒化物半導体層に対する良好なオーミック電極となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の半導体装置の製造方法における電極を形成する工程を示すフローチャート。
【図２】Ｃ層１２形成後におけるｎ型ＧａＮ層１０の表面近傍の断面図。
【図３】Ｔｉ層１４形成後におけるｎ型ＧａＮ層１０の表面近傍の断面図。
【図４】従来の方法により形成した電極の電流−電圧特性を示すグラフ。
【図５】実施例１及び実施例２の方法により形成した電極の電流−電圧特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１２】
実施例に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、本製造方法は、電極を形成する工程に特徴を有するので、その他の工程（半導体基板内に各種の領域を形成する工程等）については説明を省略する。
【実施例１】
【００１３】
実施例１の製造方法では、図１のフローチャートに従って、半導体基板の表面に電極を形成する。本実施例では、半導体基板のうち、ｎ型のＧａＮ層の表面に電極を形成する。ステップＳ２では、半導体基板の表面をスパッタクリーニングする。ステップＳ４では、図２に示すように、スパッタリングにより、ｎ型のＧａＮ層１０の表面に炭素からなるＣ層１２を形成する。ステップＳ６では、スパッタリングにより、Ｃ層１２の表面にチタンからなるＴｉ層１４を形成する。ステップＳ６でＴｉ層１４を形成すると、図３に示すように、Ｔｉ層１４とＧａＮ層１０の間に、ＴｉＣとＴｉＮの全率固溶体であるＴｉ（Ｃ，Ｎ）の層１６が形成される。これは、Ｔｉ層１４中のＴｉと、Ｃ層１２中のＣと、ＧａＮ層１０中のＮが、Ｔｉ層１４のスパッタリング時に生じる熱により反応するためであると考えられる。ステップＳ６で形成されたＴｉ層１４が、半導体装置の電極となる。
【００１４】
なお、ステップＳ４、Ｓ６では、電極を形成すべき範囲に選択的にＣ層１２及びＴｉ層１４を形成する。Ｃ層１２及びＴｉ層１４は、従来公知の技術により、選択的に形成することができる。また、ステップＳ６では、Ｔｉ層１４を、ステップＳ４で形成したＣ層１２よりも厚く形成する。
【００１５】
Ｔｉ層１４を形成すると、Ｔｉ層１４とＧａＮ層１０の間でコンタクト抵抗が低いオーミック接続が得られる。これは、以下のように考えられる。ｎ型のＧａＮの仕事関数は約３．１ｅＶである。一方、ＴｉＣの仕事関数は約３．５ｅＶであり、ＴｉＮの仕事関数は約３．７５ｅＶであり、ＴｉＣ及びＴｉＮは何れもｎ型のＧａＮよりも高い仕事関数を有する。このため、ＴｉＣ及びＴｉＮは、ｎ型のＧａＮに対してオーミック性を有する。したがって、ＴｉＣとＴｉＮの全率固溶体であるＴｉ（Ｃ，Ｎ）も、ｎ型のＧａＮに対してオーミック性を有する。また、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）は全率固溶体であるので、偏析し難い。したがって、ステップＳ６において、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）層１６が、Ｔｉ層１４とＧａＮ層１０の間に均一に形成される。このため、ステップＳ６で形成されたＴｉ層１４は、ＧａＮ層１０との境界部の全体に亘って、ＧａＮ層１０とオーミック接続される。このため、ＧａＮ層に対してアイランド状にオーミック接続される従来の電極に比べて、Ｔｉ層１４はＧａＮ層に対するコンタクト抵抗が低い。
【００１６】
図４は、従来の方法（すなわち、ｎ型ＧａＮ層上に直接、Ｔｉ層を形成し、その後、半導体基板をアニールする方法）によりＴｉ層を形成した場合における、Ｔｉ層とｎ型ＧａＮ層の間の電流−電圧特性を示している。また、図５のグラフＡ１は、実施例１の製造方法により形成したＴｉ層１４とｎ型ＧａＮ層１０の間の電流−電圧特性を示している。図４及び５を比較することで明らかなように、実施例１の製造方法により形成されたＴｉ層１４は、従来技術により形成されたＴｉ層に比べて、コンタクト抵抗が低い。したがって、実施例１の製造方法により形成されたＴｉ層１４は、良好なオーミック電極となる。
【実施例２】
【００１７】
次に実施例２の半導体装置の製造方法について説明する。実施例２の製造方法では、実施例１の製造方法と同様に、ステップＳ２〜Ｓ６を実施する。さらに、実施例２の製造方法では、ステップＳ６の後に、半導体基板をアニール処理する。アニール処理では、半導体基板を約８７３Ｋの温度に約３００秒間保持する。
【００１８】
図５のグラフＡ２は、実施例２の製造方法により形成したＴｉ層１４とｎ型ＧａＮ層１０の間の電流−電圧特性を示している。図５に示すように、半導体基板をアニール処理することで、Ｔｉ層１４のＧａＮ層１０に対するコンタクト抵抗がさらに低くなる。実施例２の製造方法によれば、よりコンタクト抵抗が低い電極を有する半導体装置を製造することができる。
【００１９】
以上に説明したように、実施例１及び実施例２の製造方法によれば、従来に比べてｎ型ＧａＮ層１０に対するコンタクト抵抗が低い電極（すなわち、Ｔｉ層１４）を有する半導体装置を製造することができる。また、実施例１の製造方法によれば、Ｔｉ層１４形成後に半導体基板をアニールしなくても、Ｔｉ層１４とＧａＮ層１０がオーミック接続される。したがって、従来に比べて高い製造効率で半導体装置を製造することができる。また、実施例２の製造方法によれば、実施例１よりもさらにコンタクト抵抗が低い電極を有する半導体装置を製造することができる。
【００２０】
また、上述した実施例１及び実施例２では、ステップＳ６において、Ｔｉ層１４をＣ層１２より厚く形成した。Ｔｉ層１４をＣ層１２より厚く形成することで、Ｃ層１２の全体を反応させて、ＧａＮ層１０とＴｉ層１４の間全体にＴｉ（Ｃ，Ｎ）層１６を形成することができる。すなわち、ＧａＮ層１０とＴｉ層１４の間にＣ層１２が残存することが防止される。これによって、Ｔｉ層１４のコンタクト抵抗をより低減させることができる。
【００２１】
なお、上述した実施例１及び実施例２では、スパッタリングによりＣ層１２を形成したが、蒸着等によりＣ層１２を形成してもよい。また、実施例１及び実施例２では、スパッタリングによりＴｉ層１４を形成したが、蒸着等によりＴｉ層１４を形成してもよい。実施例１及び実施例２において、蒸着によりＴｉ層１４を形成しても、低いコンタクト抵抗が得られる。
【００２２】
また、上述した実施例１及び実施例２では、Ｔｉ層１４が最表面に露出していたが、Ｔｉ層１４上に他の金属層（例えば、Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ等）を形成し、電極を多層構造としてもよい。
【００２３】
また、実施例１及び実施例２の製造方法は、種々の半導体装置の製造に用いることができる。例えば、ＬＥＤや、ＧａＮ系パワーデバイス（ダイオード、トランジスタ等）の製造に用いることができる。
【００２４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２５】
１０：ｎ型ＧａＮ層
１２：Ｃ層
１４：Ｔｉ層
１６：Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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