(57)【要約】  窒化物半導体装置は、基板上に形成された窒化物半導体の第１半導体層(１)と、上記第１半導体層(１)上に積層されて、ヘテロ界面(４)を形成する窒化物半導体の第２半導体層(２)と、上記第１半導体層(１)の上記第２半導体層(２)とのヘテロ界面(４)に形成された二次元電子層(５)と、上記第２半導体層(２)を貫通して上記第１半導体層(１)の一部まで到達する凹部(７)と、上記凹部(７)内に一部が埋め込まれたオーミック電極(６)を備え、上記へテロ界面(４)と、上記オーミック電極(６)における上記第２半導体層(２)との接触面とが成す鋭角側の角度が６０°以上且つ８５°以下に設定されている。こうして、上記第１半導体層(１)と上記オーミック電極(６)との間のコンタクト抵抗を低減する。
2014148255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成された窒化物半導体からなる第１半導体層(１)と、
上記第１半導体層(１)上に積層されると共に、上記第１半導体層(１)とヘテロ界面(４)を形成する窒化物半導体からなる第２半導体層(２)と、
上記第１半導体層(１)における上記第２半導体層(２)とのヘテロ界面(４)に形成された二次元電子ガスの層である二次元電子層(５)と、
上記第２半導体層(２)を貫通して上記第１半導体層(１)の上側の一部まで到達するように形成された凹部(７)と、
上記凹部(７)内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極(６)と
を備え、
上記へテロ界面(４)と、上記凹部(７)内に一部が埋め込まれた上記オーミック電極(６)における上記第２半導体層(２)との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下に設定されている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
上記へテロ界面(４)と、上記オーミック電極(６)における上記第２半導体層(２)との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７５°以下に設定されている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体装置において、
上記へテロ界面(４)と、上記オーミック電極(６)における上記第２半導体層(２)との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７０°以下に設定されている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の窒化物半導体装置において、
上記オーミック電極(６)は、少なくともＴi層とＡl層とがこの順序で上記基板側から積層されて成るＴiＡl系材料の積層金属膜である
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
基板上に、窒化物半導体からなる第１半導体層(１)と、上記第１半導体層(１)とヘテロ界面(４)を形成する窒化物半導体からなる第２半導体層(２)とを順に積層して、窒化物半導体層を形成するステップと、
エッチングによって、上記第２半導体層(２)を貫通して上記第１半導体層(１)の上側の一部まで到達する凹部(７)を形成するステップと、
上記窒化物半導体層上に、ＴiＡl系材料から成る金属膜(１０)を、スパッタリングによって形成するステップと、
上記金属膜(１０)をエッチングして、上記凹部(７)内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極(６)を形成するステップと、
上記オーミック電極(６)が形成された上記基板に対してアニールを行うステップと
を含み、
上記凹部(７)を形成するステップにおいては、上記へテロ界面(４)と上記凹部(７)の側壁とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下になるように設定される
ことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異なる窒化物半導体からなる電子走行層と電子供給層とのヘテロ界面に形成された二次元電子ガスをチャネルとする半導体装置として、特開２００７‐５３１８５号公報(特許文献１)に開示されたものがある。【０００３】
この半導体装置においては、オーミック電極を、その基板の主面側の端部が、上記電子供給層の上面からこの電子供給層を貫通して上記へテロ界面以上の深さであって、且つ上記電子走行層を貫通しない深さに配置するようにしている。こうして、オーミック電極をヘテロ界面未満の深さに配置した場合に比して、上記オーミック電極と上記電子走行層との間のコンタクト抵抗を低減するようにしている。【０００４】
さらに、上記半導体装置においては、上記オーミック電極の表面の接平面と、上記ヘテロ界面の延在する面とのなす角度の鋭角側を、０°より大きく、且つ５６°以下の角度に設定することによって、上記オーミック電極と上記電子走行層との間のコンタクト抵抗をさらに低減するようにしている。【０００５】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された半導体装置においては、実際に上記構造のオーミック電極を形成したところ、上記オーミック電極の表面の接平面と上記ヘテロ界面の延在する面とのなす角度が０°より大きく、且つ５６°以下であっても、十分に低いコンタクト抵抗を得ることができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７‐５３１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の課題は、オーミック電極と窒化物半導体層とのコンタクト抵抗を低減できる窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の窒化物半導体装置は、
基板と、
上記基板上に形成された窒化物半導体からなる第１半導体層と、
上記第１半導体層上に積層されると共に、上記第１半導体層とヘテロ界面を形成する窒化物半導体からなる第２半導体層と、
上記第１半導体層における上記第２半導体層とのヘテロ界面に形成された二次元電子ガスの層である二次元電子層と、
上記第２半導体層を貫通して上記第１半導体層の上側の一部まで到達するように形成された凹部と、
上記凹部内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極と
を備え、
上記へテロ界面と、上記凹部内に一部が埋め込まれた上記オーミック電極における上記第２半導体層との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下に設定されている
ことを特徴としている。【０００９】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記へテロ界面と、上記オーミック電極における上記第２半導体層との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７５°以下に設定されている。【００１０】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記へテロ界面と、上記オーミック電極における上記第２半導体層との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７０°以下に設定されている。【００１１】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記オーミック電極は、少なくともＴi層とＡl層とがこの順序で上記基板側から積層されて成るＴiＡl系材料の積層金属膜である。【００１２】
また、この発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
基板上に、窒化物半導体からなる第１半導体層と、上記第１半導体層とヘテロ界面を形成する窒化物半導体からなる第２半導体層とを順に積層して、窒化物半導体層を形成するステップと、
エッチングによって、上記第２半導体層を貫通して上記第１半導体層の上側の一部まで到達する凹部を形成するステップと、
上記窒化物半導体層上に、ＴiＡl系材料から成る金属膜を、スパッタリングによって形成するステップと、
上記金属膜をエッチングして、上記凹部内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極を形成するステップと、
上記オーミック電極が形成された上記基板に対してアニールを行うステップと
を含み、
上記凹部を形成するステップにおいては、上記へテロ界面と上記凹部の側壁とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下になるように設定される
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
以上より明らかなように、この発明の窒化物半導体装置あるいは窒化物半導体装置の製造方法では、上記第１半導体層と上記第２半導体層とのヘテロ界面と、上記凹部内に一部が埋め込まれた上記オーミック電極における上記第２半導体層との接触面とが成す鋭角側の角度を、６０°以上且つ８５°以下になるようにしている。したがって、上記第１半導体層を含む窒化物半導体層と上記オーミック電極との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の窒化物半導体装置における断面図である。
【図２】この発明の窒化物半導体装置の製造方法における一工程での断面図である。
【図３】図２に続く工程での断面図である。
【図４】図３に続く工程での断面図である。
【図５】図４に続く工程での断面図である。
【図６】図５に続く工程での断面図である。
【図７】リセス角度とコンタクト抵抗値との関係を示す図である。
【図８】リセス角度とコンタクト抵抗のウエハ面内でのバラツキとの関係を示す図である。
【図９】リセス角度とコンタクト抵抗のロット間でのバラツキとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１６】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の窒化物半導体装置における断面図である。
【００１７】
この窒化物半導体装置は、図１に示すように、Ｓi基板(図示せず)上に、上記第１半導体層の一例としてのアンドープＧaＮ層１と、上記第２半導体層の一例としてのアンドープＡlＧaＮ層２とを積層して、窒化物半導体層３を形成している。その際に、アンドープＧaＮ層１におけるアンドープＡlＧaＮ層２とのヘテロ界面４に、２ＤＥＧ(二次元電子ガス)が分布する層である二次元電子層５が発生する。
【００１８】
尚、上記Ｓi基板とアンドープＧaＮ層(第１半導体層)１との間にバッファ層を形成してもよい。あるいは、アンドープＧaＮ層(第１半導体層)１とアンドープＡlＧaＮ層(第２半導体層)２との間にヘテロ改善層を形成してもよい。
【００１９】
上記ＡlＧaＮ層２上に、互いに間隔を空けて２つのオーミック電極６を形成している。その場合、ＡlＧaＮ層２におけるオーミック電極６を形成する場所には、電子供給層であるＡlＧaＮ層２を貫通して電子走行層であるＧaＮ層１の上側の一部に達する凹部７を形成する。ここで、この凹部７をオーミックリセス部７と呼ぶことにする。そして、オーミックリセス部７にオーミック電極６の少なくとも一部が埋め込まれた構造を有している。
【００２０】
その場合に、上記へテロ界面４と、オーミックリセス部７に埋め込まれたオーミック電極６におけるＡlＧaＮ層２との接触面とが成す鋭角側の角度θが、６０°以上且つ８５°以下に設定されている。
【００２１】
そして、上記オーミック電極６が形成された領域を除くＡlＧaＮ層２上に、ＡlＧaＮ層２を保護するために、ＳiＮからなる絶縁膜８を形成している。尚、絶縁膜８は、ＳiＮに限らず、ＳiＯ２やＡl２Ｏ３等で形成してもよい。
【００２２】
以下、上記構成を有する窒化物半導体装置の製造方法について、図２〜図６にしたがって説明する。
【００２３】
先ず、図２に示すように、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)法により、Ｓi基板(図示せず)上に、アンドープＡlＧaＮバッファ層(図示せず)、アンドープＧaＮ層１、および、アンドープＡlＧaＮ層２を順に形成する。その場合、アンドープＧaＮ層１の厚さを例えば１μｍ、アンドープＡlＧaＮ層２の厚さを例えば３０ｎｍとする。このＧaＮ層１とＡlＧaＮ層２とが窒化物半導体層３を構成する。
【００２４】
次に、上記ＡlＧaＮ層２上に絶縁膜８(例えばＳiＮ)を例えばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長))法によって、膜厚２００ｎｍで成膜する。図２において、５は、ＧaＮ層１におけるＡlＧaＮ層２とのヘテロ界面４に形成される二次元電子ガス(２ＤＥＧ)の層である二次元電子層である。
【００２５】
次に、図３に示すように、上記絶縁膜８上にフォトレジスト９を塗布してパターニングした後、ウェットエッチングによって、オーミック電極を形成すべき領域の絶縁膜８を除去する。
【００２６】
次に、図４に示すように、図３で形成されたレジストパターン９を用いて、ドライエッチングによって、窒化物半導体層３のオーミック電極を形成すべき部分を除去して、ＡlＧaＮ層２を貫通してＧaＮ層１の上側の一部に至るオーミックリセス部７を形成する。ここで、オーミックリセス部７の深さは、ＡlＧaＮ層２の表面から二次元電子層５における２ＤＥＧの濃度ピークまでの深さ以上であればよく、例えば５０ｎｍとする。
【００２７】
その場合、上記へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが形成する鋭角側の角度θが、６０°以上且つ８５°以下となるようにする。この角度制御は、ドライエッチング条件(ガス組成,ガス圧力およびプラズマ生成条件等)を調整してエッチングの異方性を制御することによって可能である。
【００２８】
そして、上記レジストパターン９を剥離した後、例えば５００℃〜８５０℃の温度でアニールを行う。
【００２９】
次に、図５に示すように、上記絶縁膜８上およびオーミックリセス部７内に、スパッタリングによってＴi/Ａl/ＴiＮを積層して、オーミック電極となる積層金属膜１０を形成する。ここで、上記ＴiＮ層は、後工程から上記Ｔi/Ａl層を保護するためのキャップ層である。
【００３０】
尚、上記積層金属膜１０のスパッタ時における上記Ｔi層のスパッタリング中に、チャンバー内に酸素を流すことによって、形成されるオーミック電極６中の酸素濃度を１×１０16ｃｍ-3以上且つ１×１０20ｃｍ-3以下にする。あるいは、積層金属膜１０のスパッタ時における上記Ｔi層のスパッタリング後に、当該Ｔi層の表面に対して酸素プラズマ処理を行うことによって、形成されるオーミック電極６中の酸素濃度を１×１０16ｃｍ-3以上且つ１×１０20ｃｍ-3以下にする。あるいは、積層金属膜１０のスパッタ前にチャンバー内に酸素を流すことにより、形成されるオーミック電極６中の酸素濃度を１×１０16ｃｍ-3以上且つ１×１０20ｃｍ-3以下にしてもよい。こうすることによって、窒化物半導体層３のアンドープＧaＮ層１とオーミック電極６とのコンタクト抵抗のさらなる低減を図ることができる。
【００３１】
次に、図６に示すように、上記積層金属膜１０に対して通常のフォトリソグラフィおよびドライエッチングを行って、オーミック電極６のパターンを形成する。その場合、オーミック電極６の一部が、アンドープＡlＧaＮ層２(第２半導体層)の上面まで延在している構造とすることが望ましい。
【００３２】
本窒化物半導体装置によって電界効果型トランジスタ(ＨＥＭＴ)を形成する場合には、２つのオーミック電極６のうちの何れか一方がソース電極(図示せず)となり、他方がドレイン電極(図示せず)となる。その場合に、オーミック電極６の一部がアンドープＡlＧaＮ層２の上面まで延在した構造になっていない場合には、上記ドレイン電極として機能するオーミック電極６での高電界により二次元電子層５の空乏化が大きくなり、コンタクト抵抗の増大に繋がるためである。本実施の形態の場合には、オーミック電極６がアンドープＡlＧaＮ層２の上面に０.２５μｍ程度の長さで延在している構造になっている。
【００３３】
次に、上記オーミック電極６が形成された基板を、例えば４００℃以上且つ５００℃以下の温度で１０分以上アニールすることによって、二次元電子層５とオーミック電極６との間にオーミックコンタクトが得られる。その場合、５００℃よりも高温でアニールした場合に比べて、コンタクト抵抗を大幅に低減することができる。また、４００℃以上且つ５００℃以下の低温でアニールすることによって、絶縁膜８の特性に悪影響を与えることがない。
【００３４】
上述したように、本窒化物半導体装置によって電界効果型トランジスタを形成する場合には、２つのオーミック電極６が上記ソース電極と上記ドレイン電極となり、後の工程で２つのオーミック電極６の間にＴiＮあるいはＷＮ等からなるゲート電極(図示せず)が形成される。
【００３５】
以上のごとく、本実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法によれば、上記へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが形成する鋭角側の角度θを、６０°以上且つ８５°以下となるようにすることができ、へテロ界面４とオーミック電極６におけるＡlＧaＮ層２との接触面とが成す鋭角側の角度θを、６０°以上且つ８５°以下に設定することが可能になる。これによって、上記アニール後における窒化物半導体層３のアンドープＧaＮ層１とオーミック電極６とのコンタクト抵抗を低減することができるのである。
【００３６】
発明者らは、上記へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが成す鋭角側の角度θを、上記ドライエッチング条件を調整することによって様々な角度に設定した場合における、上記角度(リセス角度)θと上記コンタクト抵抗値との関係を調査した。その結果を図７に示す。図７において、縦軸は上記コンタクト抵抗Ｒc[Ωmm]であり、横軸はリセス角度θ[°]である。
【００３７】
図７から分かるように、上記へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが成す鋭角側の角度(リセス角度)θを６０°以上且つ８５°以下とした場合に、上記コンタクト抵抗Ｒcを１Ωmm以下に低減することができる。
【００３８】
窒化物半導体装置のオーミックコンタクトに関するメカニズムについては、未だ不明な点もある。しかしながら、図７の結果が得られた理由としては、例えば、以下のように考えられる。
【００３９】
すなわち、上記リセス角度θを６０°以上且つ８５°以下とした場合には、オーミックリセス部７の側壁の傾斜が急になるため、アンドープＡlＧaＮ層２(第２半導体層)が上記Ｔi/Ａl/ＴiＮ(オーミックメタル)と接触する近傍において、アンドープＡlＧaＮ層２の厚さはへテロ界面４からアンドープＡlＧaＮ層２の上面までとなる。
【００４０】
これに対して、上記リセス角度θを６０°よりも小さくした場合には、オーミックリセス部７の側壁の傾斜が緩やかになるために、アンドープＡlＧaＮ層２が上記Ｔi/Ａl/ＴiＮと接触する近傍において、アンドープＡlＧaＮ層２の厚さはへテロ界面４から上記Ｔi/Ａl/ＴiＮとの接触面(傾斜面)までとなる。
【００４１】
その結果、上記リセス角度θを６０°以上且つ８５°以下とした場合の方が、アンドープＡlＧaＮ層２が上記Ｔi/Ａl/ＴiＮ(オーミックメタル)と接触する近傍におけるアンドープＡlＧaＮ層２の厚さを厚くでき、そのために二次元電子層５の電子ガス濃度が高くなり、コンタクト抵抗が低減できたのではないかと考えられる。
【００４２】
・第２実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態で図４に示すオーミックリセス部７を形成する工程において、オーミックリセス部７を形成する際に、へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが成す鋭角側の角度である上記リセス角度θが、６０°以上且つ７５°以下になるように設定したものである。尚、その他の工程は、上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００４３】
発明者らは、上記リセス角度θを、ドライエッチング条件(ガス組成,ガス圧力,プラズマ生成条件等)を調整することによって様々な角度に設定し場合における、上記リセス角度θと上記コンタクト抵抗Ｒcのウエハ面内でのバラツキσとの関係を調査した。その結果を図８に示す。
【００４４】
図８から分かるように、上記リセス角度θを６０°以上且つ７５°以下とした場合に、コンタクト抵抗Ｒcのウエハ面内でのバラツキσを、±０.２Ωmm以下に低減することができる。すなわち、本実施の形態のごとく、リセス角度θを、特に６０°以上且つ７５°以下とすることは、コンタクト抵抗Ｒcのウエハ面内でのバラツキσを低減するためには有効なのである。
【００４５】
・第３実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態で図４に示すオーミックリセス部７を形成する工程において、オーミックリセス部７を形成する際に、上記リセス角度θが６０°以上且つ７０°以下になるように設定したものである。尚、その他の工程は、上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００４６】
発明者らは、上記リセス角度θを、ドライエッチング条件(ガス組成,ガス圧力,プラズマ生成条件等)を調整することによって様々な角度に設定し場合における、上記リセス角度θと上記コンタクト抵抗Ｒcのロット間でのバラツキσとの関係を調査した。その結果を図９に示す。
【００４７】
図９から分かるように、上記リセス角度θを６０°以上且つ７０°以下とした場合に、コンタクト抵抗Ｒcのロット間でのバラツキσを、±０.２Ωmm以下に低減することができる。すなわち、本実施の形態のごとく、リセス角度θを、特に６０°以上且つ７０°以下とすることは、コンタクト抵抗Ｒcのロット間でのバラツキσを低減するためには有効なのである。
【００４８】
尚、上記第１〜第３実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法においては、上記絶縁膜８におけるオーミック電極６を形成すべき領域を、ウェットエッチングにより除去している。しかしながら、この発明はこれに限定するものではなく、絶縁膜８におけるオーミック電極を形成すべき領域をドライエッチングによって除去し、その後オーミック電極を形成すべき領域のＡlＧaＮ層２およびＧaＮ層１をドライエッチングによって除去することにより、オーミックリセス部７を形成してもよい。
【００４９】
また、上記第１〜第３実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法においては、上記Ｔi/Ａl/ＴiＮを積層してオーミック電極６を形成している。しかしながら、この発明はこれに限定するものではなく、ＴiＮ層はなくてもよく、また、上記Ｔi/Ａlを積層した後に、その上にＡu,Ａg,Ｐt等を積層してもよい。
【００５０】
また、上記第１〜第３実施の形態においては、上記Ｓi基板を用いた窒化物半導体装置について説明したが、Ｓi基板に限らず、サファイヤ基板やＳiＣ基板を用いてもよい。また、サファイヤ基板やＳiＣ基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、ＧaＮ基板にＡlＧaＮ層を成長させた場合等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。また、基板と窒化物半導体層との間にバッファ層を形成してもよいし、窒化物半導体層３におけるアンドープＧaＮ層(第１半導体層)１とアンドープＡlＧaＮ層(第２半導体層)２との間にヘテロ改善層を形成してもよい。
【００５１】
また、上記第１〜第３実施の形態の窒化物半導体装置における窒化物半導体は、ＡlxＩnyＧa１−x−yＮ(ｘ≦０,ｙ≦０,０≦ｘ＋ｙ≦１)で表される組成であればよい。
【００５２】
上述のように、上記各実施の形態においては、この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５３】
以上のごとく、この発明の窒化物半導体装置は、
基板と、
上記基板上に形成された窒化物半導体からなる第１半導体層１と、
上記第１半導体層１上に積層されると共に、上記第１半導体層１とヘテロ界面４を形成する窒化物半導体からなる第２半導体層２と、
上記第１半導体層１における上記第２半導体層２とのヘテロ界面４に形成された二次元電子ガスの層である二次元電子層５と、
上記第２半導体層２を貫通して上記第１半導体層１の上側の一部まで到達するように形成された凹部７と、
上記凹部７内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極６と
を備え、
上記へテロ界面４と、上記凹部７に一部が埋め込まれた上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下に設定されている
ことを特徴としている。
【００５４】
上記構成によれば、上記第１半導体層１と第２半導体層２とのヘテロ界面４と、上記凹部７に一部が埋め込まれた上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度を、６０°以上且つ８５°以下に設定している。したがって、図７に示すように、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
【００５５】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記へテロ界面４と、上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７５°以下に設定されている。
【００５６】
この実施の形態によれば、上記角度θを６０°以上且つ７５°以下に設定することにより、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６との間のコンタクト抵抗のウエハ面内でのバラツキを、±０.２Ωmm以下に低減することができる。
【００５７】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記へテロ界面４と、上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７０°以下に設定されている。
【００５８】
この実施の形態によれば、上記角度θを６０°以上且つ７０°以下に設定することにより、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６との間のコンタクト抵抗のロット間でのバラツキを、±０.２Ωmm以下に低減することができる。
【００５９】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記オーミック電極６は、少なくともＴi層とＡl層とがこの順序で上記基板側から積層されて成るＴiＡl系材料の積層金属膜である。
【００６０】
この実施の形態によれば、ＴiＡl系材料の積層金属膜で成る上記オーミック電極６の形成時において、上記Ｔi層の形成中に、または上記Ｔi層の形成後に、または、上記Ｔi層の形成前に酸素を供給することにより、上記オーミック電極６中の酸素濃度を１×１０16ｃｍ-3以上且つ１×１０20ｃｍ-3以下にすることができ、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６とのコンタクト抵抗のさらなる低減を図ることができる。
【００６１】
また、この発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
基板上に、窒化物半導体からなる第１半導体層１と、上記第１半導体層１とヘテロ界面４を形成する窒化物半導体からなる第２半導体層２とを順に積層して、窒化物半導体層を形成するステップと、
エッチングによって、上記第２半導体層２を貫通して上記第１半導体層１の上側の一部まで到達する凹部７を形成するステップと、
上記窒化物半導体層上に、ＴiＡl系材料から成る金属膜１０を、スパッタリングによって形成するステップと、
上記金属膜１０をエッチングして、上記凹部７内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極６を形成するステップと、
上記オーミック電極６が形成された上記基板に対してアニールを行うステップと
を含み、
上記凹部７を形成するステップにおいては、上記へテロ界面４と上記凹部７の側壁とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下になるように設定される
ことを特徴としている。
【００６２】
上記構成によれば、上記第１半導体層１と上記第２半導体層２とのへテロ界面４と、上記凹部７の側壁とが成す鋭角側の角度を、６０°以上且つ８５°以下に設定している。したがって、上記ヘテロ界面４と、上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度を、６０°以上且つ８５°以下にできる。その結果、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…アンドープＧaＮ層(第１半導体層)、
２…アンドープＡlＧaＮ層(第２半導体層)、
３…窒化物半導体層、
４…ヘテロ界面、
５…二次元電子層、
６…オーミック電極、
７…オーミックリセス部、
８…絶縁膜、
９…フォトレジスト、
１０…積層金属膜。
【図１】
2014148255.tif 000003
【図２】
2014148255.tif 000004
【図３】
2014148255.tif 000005
【図４】
2014148255.tif 000006
【図５】
2014148255.tif 000007
【図６】
2014148255.tif 000008
【図７】
2014148255.tif 000009
【図８】
2014148255.tif 000010
【図９】
2014148255.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月9日(2015.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成された窒化物半導体からなると共に、アンドープ層である第１半導体層(１)と、
上記第１半導体層(１)上に積層されると共に、上記第１半導体層(１)とヘテロ界面(４)を形成する窒化物半導体からなると共に、アンドープ層である第２半導体層(２)と、
上記第１半導体層(１)における上記第２半導体層(２)とのヘテロ界面(４)に形成された二次元電子ガスの層である二次元電子層(５)と、
上記第２半導体層(２)を貫通して上記第１半導体層(１)の上側の一部まで到達するように形成された凹部(７)と、
上記凹部(７)内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極(６)と
を備え、
上記へテロ界面(４)と、上記凹部(７)内に一部が埋め込まれた上記オーミック電極(６)における上記第２半導体層(２)との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下に設定されている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
上記へテロ界面(４)と、上記オーミック電極(６)における上記第２半導体層(２)との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７５°以下に設定されている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体装置において、
上記へテロ界面(４)と、上記オーミック電極(６)における上記第２半導体層(２)との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７０°以下に設定されている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の窒化物半導体装置において、
上記オーミック電極(６)は、少なくともＴi層とＡl層とがこの順序で上記基板側から積層されて成るＴiＡl系材料の積層金属膜である
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
基板上に、窒化物半導体からなると共に、アンドープ層である第１半導体層(１)と、上記第１半導体層(１)とヘテロ界面(４)を形成する窒化物半導体からなると共に、アンドープ層である第２半導体層(２)とを順に積層して、窒化物半導体層を形成するステップと、
エッチングによって、上記第２半導体層(２)を貫通して上記第１半導体層(１)の上側の一部まで到達する凹部(７)を形成するステップと、
上記窒化物半導体層上に、ＴiＡl系材料から成る金属膜(１０)を、スパッタリングによって形成するステップと、
上記金属膜(１０)をエッチングして、上記凹部(７)内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極(６)を形成するステップと、
上記オーミック電極(６)が形成された上記基板に対してアニールを行うステップと
を含み、
上記凹部(７)を形成するステップにおいては、上記へテロ界面(４)と上記凹部(７)の側壁とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下になるように設定される
ことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異なる窒化物半導体からなる電子走行層と電子供給層とのヘテロ界面に形成された二次元電子ガスをチャネルとする半導体装置として、特開２００７‐５３１８５号公報(特許文献１)に開示されたものがある。
【０００３】
この半導体装置においては、オーミック電極を、その基板の主面側の端部が、上記電子供給層の上面からこの電子供給層を貫通して上記へテロ界面以上の深さであって、且つ上記電子走行層を貫通しない深さに配置するようにしている。こうして、オーミック電極をヘテロ界面未満の深さに配置した場合に比して、上記オーミック電極と上記電子走行層との間のコンタクト抵抗を低減するようにしている。
【０００４】
さらに、上記半導体装置においては、上記オーミック電極の表面の接平面と、上記ヘテロ界面の延在する面とのなす角度の鋭角側を、０°より大きく、且つ５６°以下の角度に設定することによって、上記オーミック電極と上記電子走行層との間のコンタクト抵抗をさらに低減するようにしている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された半導体装置においては、実際に上記構造のオーミック電極を形成したところ、上記オーミック電極の表面の接平面と上記ヘテロ界面の延在する面とのなす角度が０°より大きく、且つ５６°以下であっても、十分に低いコンタクト抵抗を得ることができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７‐５３１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の課題は、オーミック電極と窒化物半導体層とのコンタクト抵抗を低減できる窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の窒化物半導体装置は、
基板と、
上記基板上に形成された窒化物半導体からなると共に、アンドープ層である第１半導体層と、
上記第１半導体層上に積層されると共に、上記第１半導体層とヘテロ界面を形成する窒化物半導体からなると共に、アンドープ層である第２半導体層と、
上記第１半導体層における上記第２半導体層とのヘテロ界面に形成された二次元電子ガスの層である二次元電子層と、
上記第２半導体層を貫通して上記第１半導体層の上側の一部まで到達するように形成された凹部と、
上記凹部内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極と
を備え、
上記へテロ界面と、上記凹部内に一部が埋め込まれた上記オーミック電極における上記第２半導体層との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下に設定されている
ことを特徴としている。
【０００９】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記へテロ界面と、上記オーミック電極における上記第２半導体層との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７５°以下に設定されている。
【００１０】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記へテロ界面と、上記オーミック電極における上記第２半導体層との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７０°以下に設定されている。
【００１１】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記オーミック電極は、少なくともＴi層とＡl層とがこの順序で上記基板側から積層されて成るＴiＡl系材料の積層金属膜である。
【００１２】
また、この発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
基板上に、窒化物半導体からなると共に、アンドープ層である第１半導体層と、上記第１半導体層とヘテロ界面を形成する窒化物半導体からなると共に、アンドープ層である第２半導体層とを順に積層して、窒化物半導体層を形成するステップと、
エッチングによって、上記第２半導体層を貫通して上記第１半導体層の上側の一部まで到達する凹部を形成するステップと、
上記窒化物半導体層上に、ＴiＡl系材料から成る金属膜を、スパッタリングによって形成するステップと、
上記金属膜をエッチングして、上記凹部内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極を形成するステップと、
上記オーミック電極が形成された上記基板に対してアニールを行うステップと
を含み、
上記凹部を形成するステップにおいては、上記へテロ界面と上記凹部の側壁とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下になるように設定される
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
以上より明らかなように、この発明の窒化物半導体装置あるいは窒化物半導体装置の製造方法では、上記第１半導体層と上記第２半導体層とのヘテロ界面と、上記凹部内に一部が埋め込まれた上記オーミック電極における上記第２半導体層との接触面とが成す鋭角側の角度を、６０°以上且つ８５°以下になるようにしている。したがって、上記第１半導体層を含む窒化物半導体層と上記オーミック電極との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の窒化物半導体装置における断面図である。
【図２】この発明の窒化物半導体装置の製造方法における一工程での断面図である。
【図３】図２に続く工程での断面図である。
【図４】図３に続く工程での断面図である。
【図５】図４に続く工程での断面図である。
【図６】図５に続く工程での断面図である。
【図７】リセス角度とコンタクト抵抗値との関係を示す図である。
【図８】リセス角度とコンタクト抵抗のウエハ面内でのバラツキとの関係を示す図である。
【図９】リセス角度とコンタクト抵抗のロット間でのバラツキとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１６】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の窒化物半導体装置における断面図である。
【００１７】
この窒化物半導体装置は、図１に示すように、Ｓi基板(図示せず)上に、上記第１半導体層の一例としてのアンドープＧaＮ層１と、上記第２半導体層の一例としてのアンドープＡlＧaＮ層２とを積層して、窒化物半導体層３を形成している。その際に、アンドープＧaＮ層１におけるアンドープＡlＧaＮ層２とのヘテロ界面４に、２ＤＥＧ(二次元電子ガス)が分布する層である二次元電子層５が発生する。
【００１８】
尚、上記Ｓi基板とアンドープＧaＮ層(第１半導体層)１との間にバッファ層を形成してもよい。あるいは、アンドープＧaＮ層(第１半導体層)１とアンドープＡlＧaＮ層(第２半導体層)２との間にヘテロ改善層を形成してもよい。
【００１９】
上記ＡlＧaＮ層２上に、互いに間隔を空けて２つのオーミック電極６を形成している。その場合、ＡlＧaＮ層２におけるオーミック電極６を形成する場所には、電子供給層であるＡlＧaＮ層２を貫通して電子走行層であるＧaＮ層１の上側の一部に達する凹部７を形成する。ここで、この凹部７をオーミックリセス部７と呼ぶことにする。そして、オーミックリセス部７にオーミック電極６の少なくとも一部が埋め込まれた構造を有している。
【００２０】
その場合に、上記へテロ界面４と、オーミックリセス部７に埋め込まれたオーミック電極６におけるＡlＧaＮ層２との接触面とが成す鋭角側の角度θが、６０°以上且つ８５°以下に設定されている。
【００２１】
そして、上記オーミック電極６が形成された領域を除くＡlＧaＮ層２上に、ＡlＧaＮ層２を保護するために、ＳiＮからなる絶縁膜８を形成している。尚、絶縁膜８は、ＳiＮに限らず、ＳiＯ２やＡl２Ｏ３等で形成してもよい。
【００２２】
以下、上記構成を有する窒化物半導体装置の製造方法について、図２〜図６にしたがって説明する。
【００２３】
先ず、図２に示すように、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)法により、Ｓi基板(図示せず)上に、アンドープＡlＧaＮバッファ層(図示せず)、アンドープＧaＮ層１、および、アンドープＡlＧaＮ層２を順に形成する。その場合、アンドープＧaＮ層１の厚さを例えば１μｍ、アンドープＡlＧaＮ層２の厚さを例えば３０ｎｍとする。このＧaＮ層１とＡlＧaＮ層２とが窒化物半導体層３を構成する。
【００２４】
次に、上記ＡlＧaＮ層２上に絶縁膜８(例えばＳiＮ)を例えばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長))法によって、膜厚２００ｎｍで成膜する。図２において、５は、ＧaＮ層１におけるＡlＧaＮ層２とのヘテロ界面４に形成される二次元電子ガス(２ＤＥＧ)の層である二次元電子層である。
【００２５】
次に、図３に示すように、上記絶縁膜８上にフォトレジスト９を塗布してパターニングした後、ウェットエッチングによって、オーミック電極を形成すべき領域の絶縁膜８を除去する。
【００２６】
次に、図４に示すように、図３で形成されたレジストパターン９を用いて、ドライエッチングによって、窒化物半導体層３のオーミック電極を形成すべき部分を除去して、ＡlＧaＮ層２を貫通してＧaＮ層１の上側の一部に至るオーミックリセス部７を形成する。ここで、オーミックリセス部７の深さは、ＡlＧaＮ層２の表面から二次元電子層５における２ＤＥＧの濃度ピークまでの深さ以上であればよく、例えば５０ｎｍとする。
【００２７】
その場合、上記へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが形成する鋭角側の角度θが、６０°以上且つ８５°以下となるようにする。この角度制御は、ドライエッチング条件(ガス組成,ガス圧力およびプラズマ生成条件等)を調整してエッチングの異方性を制御することによって可能である。
【００２８】
そして、上記レジストパターン９を剥離した後、例えば５００℃〜８５０℃の温度でアニールを行う。
【００２９】
次に、図５に示すように、上記絶縁膜８上およびオーミックリセス部７内に、スパッタリングによってＴi/Ａl/ＴiＮを積層して、オーミック電極となる積層金属膜１０を形成する。ここで、上記ＴiＮ層は、後工程から上記Ｔi/Ａl層を保護するためのキャップ層である。
【００３０】
尚、上記積層金属膜１０のスパッタ時における上記Ｔi層のスパッタリング中に、チャンバー内に酸素を流すことによって、形成されるオーミック電極６中の酸素濃度を１×１０16ｃｍ-3以上且つ１×１０20ｃｍ-3以下にする。あるいは、積層金属膜１０のスパッタ時における上記Ｔi層のスパッタリング後に、当該Ｔi層の表面に対して酸素プラズマ処理を行うことによって、形成されるオーミック電極６中の酸素濃度を１×１０16ｃｍ-3以上且つ１×１０20ｃｍ-3以下にする。あるいは、積層金属膜１０のスパッタ前にチャンバー内に酸素を流すことにより、形成されるオーミック電極６中の酸素濃度を１×１０16ｃｍ-3以上且つ１×１０20ｃｍ-3以下にしてもよい。こうすることによって、窒化物半導体層３のアンドープＧaＮ層１とオーミック電極６とのコンタクト抵抗のさらなる低減を図ることができる。
【００３１】
次に、図６に示すように、上記積層金属膜１０に対して通常のフォトリソグラフィおよびドライエッチングを行って、オーミック電極６のパターンを形成する。その場合、オーミック電極６の一部が、アンドープＡlＧaＮ層２(第２半導体層)の上面まで延在している構造とすることが望ましい。
【００３２】
本窒化物半導体装置によって電界効果型トランジスタ(ＨＥＭＴ)を形成する場合には、２つのオーミック電極６のうちの何れか一方がソース電極(図示せず)となり、他方がドレイン電極(図示せず)となる。その場合に、オーミック電極６の一部がアンドープＡlＧaＮ層２の上面まで延在した構造になっていない場合には、上記ドレイン電極として機能するオーミック電極６での高電界により二次元電子層５の空乏化が大きくなり、コンタクト抵抗の増大に繋がるためである。本実施の形態の場合には、オーミック電極６がアンドープＡlＧaＮ層２の上面に０.２５μｍ程度の長さで延在している構造になっている。
【００３３】
次に、上記オーミック電極６が形成された基板を、例えば４００℃以上且つ５００℃以下の温度で１０分以上アニールすることによって、二次元電子層５とオーミック電極６との間にオーミックコンタクトが得られる。その場合、５００℃よりも高温でアニールした場合に比べて、コンタクト抵抗を大幅に低減することができる。また、４００℃以上且つ５００℃以下の低温でアニールすることによって、絶縁膜８の特性に悪影響を与えることがない。
【００３４】
上述したように、本窒化物半導体装置によって電界効果型トランジスタを形成する場合には、２つのオーミック電極６が上記ソース電極と上記ドレイン電極となり、後の工程で２つのオーミック電極６の間にＴiＮあるいはＷＮ等からなるゲート電極(図示せず)が形成される。
【００３５】
以上のごとく、本実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法によれば、上記へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが形成する鋭角側の角度θを、６０°以上且つ８５°以下となるようにすることができ、へテロ界面４とオーミック電極６におけるＡlＧaＮ層２との接触面とが成す鋭角側の角度θを、６０°以上且つ８５°以下に設定することが可能になる。これによって、上記アニール後における窒化物半導体層３のアンドープＧaＮ層１とオーミック電極６とのコンタクト抵抗を低減することができるのである。
【００３６】
発明者らは、上記へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが成す鋭角側の角度θを、上記ドライエッチング条件を調整することによって様々な角度に設定した場合における、上記角度(リセス角度)θと上記コンタクト抵抗値との関係を調査した。その結果を図７に示す。図７において、縦軸は上記コンタクト抵抗Ｒc[Ωmm]であり、横軸はリセス角度θ[°]である。
【００３７】
図７から分かるように、上記へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが成す鋭角側の角度(リセス角度)θを６０°以上且つ８５°以下とした場合に、上記コンタクト抵抗Ｒcを１Ωmm以下に低減することができる。
【００３８】
窒化物半導体装置のオーミックコンタクトに関するメカニズムについては、未だ不明な点もある。しかしながら、図７の結果が得られた理由としては、例えば、以下のように考えられる。
【００３９】
すなわち、上記リセス角度θを６０°以上且つ８５°以下とした場合には、オーミックリセス部７の側壁の傾斜が急になるため、アンドープＡlＧaＮ層２(第２半導体層)が上記Ｔi/Ａl/ＴiＮ(オーミックメタル)と接触する近傍において、アンドープＡlＧaＮ層２の厚さはへテロ界面４からアンドープＡlＧaＮ層２の上面までとなる。
【００４０】
これに対して、上記リセス角度θを６０°よりも小さくした場合には、オーミックリセス部７の側壁の傾斜が緩やかになるために、アンドープＡlＧaＮ層２が上記Ｔi/Ａl/ＴiＮと接触する近傍において、アンドープＡlＧaＮ層２の厚さはへテロ界面４から上記Ｔi/Ａl/ＴiＮとの接触面(傾斜面)までとなる。
【００４１】
その結果、上記リセス角度θを６０°以上且つ８５°以下とした場合の方が、アンドープＡlＧaＮ層２が上記Ｔi/Ａl/ＴiＮ(オーミックメタル)と接触する近傍におけるアンドープＡlＧaＮ層２の厚さを厚くでき、そのために二次元電子層５の電子ガス濃度が高くなり、コンタクト抵抗が低減できたのではないかと考えられる。
【００４２】
・第２実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態で図４に示すオーミックリセス部７を形成する工程において、オーミックリセス部７を形成する際に、へテロ界面４とオーミックリセス部７の側壁とが成す鋭角側の角度である上記リセス角度θが、６０°以上且つ７５°以下になるように設定したものである。尚、その他の工程は、上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００４３】
発明者らは、上記リセス角度θを、ドライエッチング条件(ガス組成,ガス圧力,プラズマ生成条件等)を調整することによって様々な角度に設定し場合における、上記リセス角度θと上記コンタクト抵抗Ｒcのウエハ面内でのバラツキσとの関係を調査した。その結果を図８に示す。
【００４４】
図８から分かるように、上記リセス角度θを６０°以上且つ７５°以下とした場合に、コンタクト抵抗Ｒcのウエハ面内でのバラツキσを、±０.２Ωmm以下に低減することができる。すなわち、本実施の形態のごとく、リセス角度θを、特に６０°以上且つ７５°以下とすることは、コンタクト抵抗Ｒcのウエハ面内でのバラツキσを低減するためには有効なのである。
【００４５】
・第３実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態で図４に示すオーミックリセス部７を形成する工程において、オーミックリセス部７を形成する際に、上記リセス角度θが６０°以上且つ７０°以下になるように設定したものである。尚、その他の工程は、上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００４６】
発明者らは、上記リセス角度θを、ドライエッチング条件(ガス組成,ガス圧力,プラズマ生成条件等)を調整することによって様々な角度に設定し場合における、上記リセス角度θと上記コンタクト抵抗Ｒcのロット間でのバラツキσとの関係を調査した。その結果を図９に示す。
【００４７】
図９から分かるように、上記リセス角度θを６０°以上且つ７０°以下とした場合に、コンタクト抵抗Ｒcのロット間でのバラツキσを、±０.２Ωmm以下に低減することができる。すなわち、本実施の形態のごとく、リセス角度θを、特に６０°以上且つ７０°以下とすることは、コンタクト抵抗Ｒcのロット間でのバラツキσを低減するためには有効なのである。
【００４８】
尚、上記第１〜第３実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法においては、上記絶縁膜８におけるオーミック電極６を形成すべき領域を、ウェットエッチングにより除去している。しかしながら、この発明はこれに限定するものではなく、絶縁膜８におけるオーミック電極を形成すべき領域をドライエッチングによって除去し、その後オーミック電極を形成すべき領域のＡlＧaＮ層２およびＧaＮ層１をドライエッチングによって除去することにより、オーミックリセス部７を形成してもよい。
【００４９】
また、上記第１〜第３実施の形態における窒化物半導体装置の製造方法においては、上記Ｔi/Ａl/ＴiＮを積層してオーミック電極６を形成している。しかしながら、この発明はこれに限定するものではなく、ＴiＮ層はなくてもよく、また、上記Ｔi/Ａlを積層した後に、その上にＡu,Ａg,Ｐt等を積層してもよい。
【００５０】
また、上記第１〜第３実施の形態においては、上記Ｓi基板を用いた窒化物半導体装置について説明したが、Ｓi基板に限らず、サファイヤ基板やＳiＣ基板を用いてもよい。また、サファイヤ基板やＳiＣ基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、ＧaＮ基板にＡlＧaＮ層を成長させた場合等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。また、基板と窒化物半導体層との間にバッファ層を形成してもよいし、窒化物半導体層３におけるアンドープＧaＮ層(第１半導体層)１とアンドープＡlＧaＮ層(第２半導体層)２との間にヘテロ改善層を形成してもよい。
【００５１】
また、上記第１〜第３実施の形態の窒化物半導体装置における窒化物半導体は、ＡlxＩnyＧa１−x−yＮ(ｘ≦０,ｙ≦０,０≦ｘ＋ｙ≦１)で表される組成であればよい。
【００５２】
上述のように、上記各実施の形態においては、この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５３】
以上のごとく、この発明の窒化物半導体装置は、
基板と、
上記基板上に形成された窒化物半導体からなる第１半導体層１と、
上記第１半導体層１上に積層されると共に、上記第１半導体層１とヘテロ界面４を形成する窒化物半導体からなる第２半導体層２と、
上記第１半導体層１における上記第２半導体層２とのヘテロ界面４に形成された二次元電子ガスの層である二次元電子層５と、
上記第２半導体層２を貫通して上記第１半導体層１の上側の一部まで到達するように形成された凹部７と、
上記凹部７内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極６と
を備え、
上記へテロ界面４と、上記凹部７に一部が埋め込まれた上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下に設定されている
ことを特徴としている。
【００５４】
上記構成によれば、上記第１半導体層１と第２半導体層２とのヘテロ界面４と、上記凹部７に一部が埋め込まれた上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度を、６０°以上且つ８５°以下に設定している。したがって、図７に示すように、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
【００５５】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記へテロ界面４と、上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７５°以下に設定されている。
【００５６】
この実施の形態によれば、上記角度θを６０°以上且つ７５°以下に設定することにより、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６との間のコンタクト抵抗のウエハ面内でのバラツキを、±０.２Ωmm以下に低減することができる。
【００５７】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記へテロ界面４と、上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ７０°以下に設定されている。
【００５８】
この実施の形態によれば、上記角度θを６０°以上且つ７０°以下に設定することにより、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６との間のコンタクト抵抗のロット間でのバラツキを、±０.２Ωmm以下に低減することができる。
【００５９】
また、一実施の形態の窒化物半導体装置では、
上記オーミック電極６は、少なくともＴi層とＡl層とがこの順序で上記基板側から積層されて成るＴiＡl系材料の積層金属膜である。
【００６０】
この実施の形態によれば、ＴiＡl系材料の積層金属膜で成る上記オーミック電極６の形成時において、上記Ｔi層の形成中に、または上記Ｔi層の形成後に、または、上記Ｔi層の形成前に酸素を供給することにより、上記オーミック電極６中の酸素濃度を１×１０16ｃｍ-3以上且つ１×１０20ｃｍ-3以下にすることができ、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６とのコンタクト抵抗のさらなる低減を図ることができる。
【００６１】
また、この発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
基板上に、窒化物半導体からなる第１半導体層１と、上記第１半導体層１とヘテロ界面４を形成する窒化物半導体からなる第２半導体層２とを順に積層して、窒化物半導体層を形成するステップと、
エッチングによって、上記第２半導体層２を貫通して上記第１半導体層１の上側の一部まで到達する凹部７を形成するステップと、
上記窒化物半導体層上に、ＴiＡl系材料から成る金属膜１０を、スパッタリングによって形成するステップと、
上記金属膜１０をエッチングして、上記凹部７内に少なくとも一部が埋め込まれたオーミック電極６を形成するステップと、
上記オーミック電極６が形成された上記基板に対してアニールを行うステップと
を含み、
上記凹部７を形成するステップにおいては、上記へテロ界面４と上記凹部７の側壁とが成す鋭角側の角度が、６０°以上且つ８５°以下になるように設定される
ことを特徴としている。
【００６２】
上記構成によれば、上記第１半導体層１と上記第２半導体層２とのへテロ界面４と、上記凹部７の側壁とが成す鋭角側の角度を、６０°以上且つ８５°以下に設定している。したがって、上記ヘテロ界面４と、上記オーミック電極６における上記第２半導体層２との接触面とが成す鋭角側の角度を、６０°以上且つ８５°以下にできる。その結果、上記第１半導体層１と上記オーミック電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…アンドープＧaＮ層(第１半導体層)、
２…アンドープＡlＧaＮ層(第２半導体層)、
３…窒化物半導体層、
４…ヘテロ界面、
５…二次元電子層、
６…オーミック電極、
７…オーミックリセス部、
８…絶縁膜、
９…フォトレジスト、
１０…積層金属膜。
【国際調査報告】
2014148255.tif 000012
2014148255.tif 000013