(57)【要約】【課題】窒化物半導体層とオーミック電極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その製造方法を提供する。【解決手段】このＧａＮ系ＨＦＥＴは、アンドープＧａＮ層１とアンドープＡｌＧａＮ層２とのヘテロ界面近傍に２ＤＥＧ層３が形成され、２ＤＥＧ層３を貫通する凹部１０６,１０９にＴｉ膜１０７,Ａｌ,ＴｉＮを順にスパッタリングし４００℃〜５５０℃でアニールすることでＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極(ソース電極１１,ドレイン電極１２)が形成されている。ソース電極１１,ドレイン電極１２を作製する際に形成するＴｉ膜１０７のＸ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭを７°以上とした。【選択図】図１
2013222800.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ていると共にヘテロ界面を有する窒化物半導体積層体と、
上記窒化物半導体積層体上または上記窒化物半導体積層体内に少なくとも一部が形成されたＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極と
を備え、
上記窒化物半導体積層体は、
上記基板上に形成された第１の窒化物半導体層と、
上記第１の窒化物半導体層上に形成されていると共に上記第１の窒化物半導体層とヘテロ界面を形成する第２の窒化物半導体層と
を有し、
上記ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極は、
上記窒化物半導体積層体上にＸ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜を形成し、このＴｉ膜上にＡｌ膜を積層し、上記Ａｌ膜に上記Ｔｉ膜のＴｉが拡散するように熱処理して作製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、
上記窒化物半導体積層体は、
上記第２の窒化物半導体層を貫通して上記ヘテロ界面近傍の２次元電子ガス層に達する凹部を有し、
上記凹部に上記オーミック電極の少なくとも一部が埋め込まれていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
基板上に第１,第２の窒化物半導体層を順に形成して上記第１,第２の窒化物半導体層によるヘテロ界面を有すると共に、上記ヘテロ界面の近傍に２次元電子ガス層が形成されるように、窒化物半導体積層体を形成し、
上記窒化物半導体積層体上に、５０℃以下の温度でＴｉをスパッタリングして、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜を形成し、上記Ｔｉ膜上にＡｌ膜を積層してＴｉ/Ａｌ層を形成し、
上記Ａｌ膜に上記Ｔｉ膜のＴｉが拡散するように上記Ｔｉ/Ａｌ層を熱処理して、ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極を形成することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板上に第１,第２の窒化物半導体層を順に形成して上記第１,第２の窒化物半導体層によるヘテロ界面を有すると共に、上記ヘテロ界面の近傍に２次元電子ガス層が形成されるように、窒化物半導体積層体を形成し、
スパッタチャンバー内に酸素を流してから上記窒化物半導体積層体上にＴｉをスパッタして、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜を形成し、上記Ｔｉ膜上にＡｌ膜を積層して、Ｔｉ/Ａｌ層を形成し、
上記Ａｌ膜に上記Ｔｉ膜のＴｉが拡散するように上記Ｔｉ/Ａｌ層を熱処理して、ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極を形成することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の窒化物半導体装置の製造方法において、
上記窒化物半導体積層体を形成した後、エッチングにより上記第２の窒化物半導体層を貫通して上記ヘテロ界面近傍の２次元電子ガス層に達する凹部を形成し、
上記オーミック電極は、上記窒化物半導体積層体の凹部に少なくとも一部が埋め込まれるように形成す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その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物半導体装置としては、ＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層が形成され、このＡｌＧａＮ層から上記ＧａＮ層に至るリセスに、ＴｉおよびＡｌをこの順序で蒸着し、７００℃で熱処理して、オーミック電極としたものが、特許文献１(特許第４３３３６５２号公報)に開示されている。
【０００３】
ところが、上記窒化物半導体装置について、本発明者が実際に実験を行ってオーミック電極を形成した場合、オーミック電極のコンタクト抵抗が高く、十分に低いコンタクト抵抗を得ることはどうしてもできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３３３６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、この発明の課題は、窒化物半導体層とオーミック電極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そ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】
【０００６】
本発明は、本発明者による種々の実験の過程で、窒化物半導体装置のＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極において、Ｔｉの結晶性を崩して形成した場合にコンタクト抵抗が低減しているという予想外の知見を得たことに基づいて、創出された。
【０００７】
すなわち、第１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ていると共にヘテロ界面を有する窒化物半導体積層体と、
上記窒化物半導体積層体上または上記窒化物半導体積層体内に少なくとも一部が形成されたＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極と
を備え、
上記窒化物半導体積層体は、
上記基板上に形成された第１の窒化物半導体層と、
上記第１の窒化物半導体層上に形成されていると共に上記第１の窒化物半導体層とヘテロ界面を形成する第２の窒化物半導体層と
を有し、
上記ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極は、
上記窒化物半導体積層体上にＸ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜を形成し、このＴｉ膜上にＡｌ膜を積層し、上記Ａｌ膜に上記Ｔｉ膜のＴｉが拡散するように熱処理して作製されていることを特徴としている。
【０００８】
この第１の発明の窒化物半導体装置によれば、上記ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極を作製する際に形成するＴｉ膜は、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であることにより、低いコンタクト抵抗(例えば２Ωｍｍ以下)を得ることができる。
【０００９】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記窒化物半導体積層体は、
上記第２の窒化物半導体層を貫通して上記ヘテロ界面近傍の２次元電子ガス層に達する凹部を有し、
上記凹部に上記オーミック電極の少なくとも一部が埋め込まれている。
【００１０】
この実施形態によれば、リセス構造の窒化物半導体装置において、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とのヘテロ界面近傍の２次元電子ガス層とオーミック電極とのコンタクト抵抗を低減できる。
【００１１】
また、第２の発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
基板上に第１,第２の窒化物半導体層を順に形成して上記第１,第２の窒化物半導体層によるヘテロ界面を有すると共に、上記ヘテロ界面の近傍に２次元電子ガス層が形成されるように、窒化物半導体積層体を形成し、
上記窒化物半導体積層体上に、５０℃以下の温度でＴｉをスパッタリングして、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜を形成し、上記Ｔｉ膜上にＡｌ膜を積層してＴｉ/Ａｌ層を形成し、
上記Ａｌ膜に上記Ｔｉ膜のＴｉが拡散するように上記Ｔｉ/Ａｌ層を熱処理して、ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極を形成することを特徴としている。
【００１２】
この第２の発明によれば、５０℃以下の温度でＴｉをスパッタリングして、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜を形成し、上記Ｔｉ膜上にＡｌ膜を積層して、上記熱処理によりオーミック電極にする上記Ｔｉ/Ａｌ層を形成する。これにより、低いコンタクト抵抗(例えば２Ωｍｍ以下)のオーミック電極を得ることができる。
【００１３】
また、第３の発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
基板上に第１,第２の窒化物半導体層を順に形成して上記第１,第２の窒化物半導体層によるヘテロ界面を有すると共に、上記ヘテロ界面の近傍に２次元電子ガス層が形成されるように、窒化物半導体積層体を形成し、
スパッタチャンバー内に酸素を流してから上記窒化物半導体積層体上にＴｉをスパッタして、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜を形成し、上記Ｔｉ膜上にＡｌ膜をスパッタして、Ｔｉ/Ａｌ層を形成し、
上記Ａｌ膜に上記Ｔｉ膜のＴｉが拡散するように上記Ｔｉ/Ａｌ層を熱処理して、ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極を形成することを特徴としている。
【００１４】
この第３の発明によれば、チャンバー内に酸素を流してから上記窒化物半導体積層体上にＴｉをスパッタして、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜を形成し、上記Ｔｉ膜上にＡｌを積層して上記熱処理によりオーミック電極にする上記Ｔｉ/Ａｌ層を形成する。これにより、低いコンタクト抵抗(例えば２Ωｍｍ以下)のオーミック電極を得ることができる。
【００１５】
また、一実施形態の窒化物半導体装置の製造方法は、上記Ｔｉ/Ａｌ層を４００℃以上かつ５５０℃以下で熱処理して上記ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極を形成する。
【００１６】
この実施形態によれば、４００℃〜５５０℃の低い温度の熱処理で低いコンタクト抵抗(例えば２Ωｍｍ以下)のオーミック電極を得ることができるので、半導体界面や素子自体に悪影響が出ることを回避でき、素子の信頼性や性能を向上できる。
【００１７】
一例として、窒化物半導体層からの窒素抜けによる電流コラプスの悪化を防止できる。ここで、「電流コラプス」とは、低電圧動作でのトランジスタのオン抵抗と比べて高電圧動作でのトランジスタのオン抵抗が高くなってしまう現象である。
【００１８】
また、一実施形態の窒化物半導体装置の製造方法は、上記窒化物半導体積層体を形成した後、エッチングにより上記第２の窒化物半導体層を貫通して上記ヘテロ界面近傍の２次元電子ガス層に達する凹部を形成し、
上記オーミック電極は、上記窒化物半導体積層体の凹部に少なくとも一部が埋め込まれるように形成する。
【００１９】
この実施形態によれば、リセス構造の窒化物半導体装置において、上記ヘテロ界面近傍の２次元電子ガス層とオーミック電極とのコンタクト抵抗を低減できる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の窒化物半導体装置によれば、ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極を作製する際に形成するＴｉ膜は、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であることにより、低いコンタクト抵抗(例えば２Ωｍｍ以下)を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施形態の窒化物半導体装置の断面図である。
【図２】上記窒化物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３】図２に続く工程断面図である。
【図４】図３に続く工程断面図である。
【図５】図４に続く工程断面図である。
【図６】図５に続く工程断面図である。
【図７】窒化物半導体積層体上に積層したＴｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅とオーミック電極のコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。
【図８】Ｔｉ膜の成膜温度と上記Ｔｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅との関係を示すグラフである。
【図９】Ｔｉ膜のスパッタ前にチャンバー内に流す(酸素＋窒素)の流量と上記Ｔｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
(第１の実施の形態)
図１は、この発明の第１実施形態の窒化物半導体装置の断面図を示しており、この窒化物半導体装置はＧａＮ系ＨＦＥＴ(Hetero-junction Field Effect Transistor；ヘテロ接合電界効果トランジスタ)である。
【００２４】
この半導体装置は、図１に示すように、Ｓｉ基板１０上に、アンドープＡｌＧａＮバッファ層１５、第１の窒化物半導体層の一例としてのアンドープＧａＮ層１と、第２の窒化物半導体層の一例としてのアンドープＡｌＧａＮ層２からなる窒化物半導体積層体２０を形成している。このアンドープＧａＮ層１とアンドープＡｌＧａＮ層２とのヘテロ界面近傍に２ＤＥＧ(２次元電子ガス)層３が発生する。
【００２５】
なお、上記ＧａＮ層１に替えて、上記ＡｌＧａＮ層２よりもバンドギャップの小さい組成を有するＡｌＧａＮ層としてもよい。また、上記ＡｌＧａＮ層２上にキャップ層として例えばＧａＮからなる約１ｎｍの厚さの層を設けてもよい。
【００２６】
また、ソース電極１１とドレイン電極１２とを、上記ＡｌＧａＮ層２と２ＤＥＧ層３を貫通してＧａＮ層１まで達する凹部１０６と凹部１０９とに互いに間隔をあけて形成している。また、ＡｌＧａＮ層２上に、ソース電極１１とドレイン電極１２との間かつソース電極１１側にゲート電極１３を形成している。ソース電極１１とドレイン電極１２はオーミック電極であり、ゲート電極１３はショットキー電極である。上記ソース電極１１と、ドレイン電極１２と、ゲート電極１３と、そのソース電極１１,ドレイン電極１２,ゲート電極１３が形成されたＧａＮ層１,ＡｌＧａＮ層２の活性領域でＨＦＥＴを構成している。
【００２７】
ここで、上記活性領域とは、ＡｌＧａＮ層２上のソース電極１１とドレイン電極１２との間に配置されたゲート電極１３に印加される電圧によって、ソース電極１１とドレイン電極１２との間でキャリアが流れる窒化物半導体積層体２０(ＧａＮ層１,ＡｌＧａＮ層２)の領域である。
【００２８】
そして、ソース電極１１とドレイン電極１２とゲート電極１３が形成された領域を除くＡｌＧａＮ層２上に、このＡｌＧａＮ層２を保護するため、ＳｉＯ２からなる絶縁膜３０を形成している。また、ソース電極１１とドレイン電極１２とゲート電極１３とが形成されたＳｉ基板１０上に、ポリイミドからなる層間絶縁膜４０を形成している。また、図１において、４１はコンタクト部としてのビア、４２はドレイン電極パッドである。なお、上記絶縁膜３０の材質は、ＳｉＯ２に限らず、ＳｉＮやＡｌ２Ｏ３などを用いてもよい。特に、上記絶縁膜としては、コラプス抑制のために半導体層表面にストイキオメトリックを崩したＳｉＮ膜と表面保護のためのＳｉＯ２やＳｉＮの多層膜構造とするのが好ましい。また、上記層間絶縁膜４０は、ポリイミドに限らず、ｐ−ＣＶＤ(プラズマＣＶＤ)で製造したＳｉＯ２膜やＳＯＧ(Spin On Glass)やＢＰＳＧ(ホウ素・リン・シリケート・ガラス)などの絶縁材料を用いてもよい。
【００２９】
上記構成の窒化物半導体装置において、ＧａＮ層１とＡｌＧａＮ層２とのヘテロ界面近傍に発生した２次元電子ガス層(２ＤＥＧ層)３でチャネルが形成され、このチャネルをゲート電極１３に電圧を印加することにより制御して、ソース電極１１とドレイン電極１２とゲート電極１３を有するＨＦＥＴをオンオフさせる。このＨＦＥＴは、ゲート電極１３に負電圧が印加されているときにゲート電極１３下のＧａＮ層１に空乏層が形成されてオフ状態となる一方、ゲート電極１３の電圧がゼロのときにゲート電極１３下のＧａＮ層１に空乏層がなくなってオン状態となるノーマリーオンタイプのトランジスタである。
【００３０】
次に、上記窒化物半導体装置の製造方法を図２〜図６に従って説明する。なお、図２〜図６では、図を見やすくするためにＳｉ基板やアンドープＡｌＧａＮバッファ層を図示せず、また、ソース電極とドレイン電極の大きさや間隔を変えている。
【００３１】
まず、図２に示すように、Ｓｉ基板(図示せず)上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)法を用いて、アンドープＡｌＧａＮバッファ層(図示せず)、アンドープＧａＮ層１０１とアンドープＡｌＧａＮ層１０２を順に形成する。アンドープＧａＮ層１０１の厚さは、例えば１μｍ、アンドープＡｌＧａＮ層１０２の厚さは例えば３０ｎｍとする。このＧａＮ層１０１とＡｌＧａＮ層１０２が窒化物半導体層１２０を構成している。
【００３２】
次に、ＡｌＧａＮ層１０２上に、絶縁膜１３０(例えばＳｉＯ２)を例えばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長))法により２００ｎｍの厚さで成膜する。図２において、１０３は、ＧａＮ層１０１とＡｌＧａＮ層１０２とのヘテロ界面近傍に形成される２次元電子ガス(２ＤＥＧ)層である。
【００３３】
次に、絶縁膜１３０上にフォトレジストを塗布してパターニングした後、ドライエッチングにより、図３に示すように、オーミック電極を形成すべき部分を除去して、ＡｌＧａＮ層１０２を貫通してＧａＮ層１０１の上側の一部に達する凹部１０６,１０９を形成する。この凹部１０６,１０９の深さはＡｌＧａＮ層１０２の表面から２ＤＥＧ層１０３までの深さ以上であればよく、例えば５０ｎｍとする。そして、上記ドライエッチング後に、例えば５００〜８５０℃でアニールを行う。
【００３４】
次に、図４に示すように、絶縁膜１３０上および凹部１０６,１０９にスパッタリングによりＴｉ膜１０７を形成する。このスパッタリングによるＴｉ膜１０７の成膜を５０℃以下の低温で行なう。これにより、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜１０７を形成する。なお、上記Ｔｉ膜のスパッタリング温度の下限値は、一例として室温(例えば２０℃)とすることができる。
【００３５】
次に、絶縁膜１３０上および凹部１０６,１０９に形成したＴｉ膜１０７上に、Ａｌ,ＴｉＮをＡｌ,ＴｉＮの順にスパッタリングして、Ａｌ膜上にＴｉＮ膜が積層したＡｌ/ＴｉＮ層をＴｉ膜１０７上に積層する。このスパッタリング温度は、例えば、５０℃〜２００℃で行なう。これにより、図５に示すように、オーミック電極となる積層金属膜１０８を形成する。ここで、上記ＴｉＮ層は、後工程からＴｉ/Ａｌ層を保護するためのキャップ層である。
【００３６】
次に、図６に示すように、通常のフォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、オーミック電極１１１,１１２のパターンを形成する。
【００３７】
そして、上記オーミック電極１１１,１１２が形成された基板を例えば４００℃以上かつ５５０℃以下で１０分以上アニールすることによって、２ＤＥＧ層１０３とオーミック電極１１１,１１２との間にオーミックコンタクトが得られる。この場合、５５０℃を超える高温でアニールした場合に比べてオーミック電極１１１,１１２のコンタクト抵抗を大幅に低減できる。また、４００℃以上かつ５５０℃以下の低温でアニールすることにより絶縁膜１３０への電極金属の拡散を抑制でき、絶縁膜１３０の特性に悪影響を与えることがない。また、上記低温のアニールにより、ＧａＮ層１０１からの窒素抜けによる電流コラプスの悪化や特性変動を防ぐことができる。なお、「電流コラプス」とは、低電圧動作でのトランジスタのオン抵抗と比べて高電圧動作でのトランジスタのオン抵抗が高くなってしまう現象である。
【００３８】
ここでは、上記アニール時間を１０分間以上としたが、上記アニール時間は、ＡｌにＴｉが十分に拡散する時間に設定すればよい。
【００３９】
上記オーミック電極１１１,１１２がソース電極１１とドレイン電極１２となり、後の工程でオーミック電極１１１,１１２の間にＴｉＮまたはＷＮなどからなるゲート電極が形成される。
【００４０】
本発明者らは、窒化物半導体装置の１つであるＧａＮ系ＨＦＥＴについて行った様々な実験の過程で、ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極において、Ｔｉの結晶性を崩した方がコンタクト抵抗が低減しているという予想外の知見を得た。
【００４１】
すなわち、この実施形態によれば、上記ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極１１１,１１２を作製する際に形成するＴｉ膜１０７のＸ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であることにより、低いコンタクト抵抗(一例として２Ωｍｍ以下)を得ることができる。
【００４２】
特に、ＧａＮデバイスのようなオン抵抗を小さくできる材料を用いた半導体装置では、オン抵抗にコンタクト抵抗が占める割合が相対的に高くなるので、コンタクト抵抗を２Ωｍｍ以下の低い値にまで低減できることは非常に有用であり、大電流駆動が可能でかつ高温動作に適した製品として性能面およびコスト面で商業的価値を有する。
【００４３】
図７は、上記窒化物半導体積層体２０の凹部１０６,１０９に積層するＴｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅と、オーミック電極のコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。このオーミック電極は、上述の如く、上記Ｔｉ膜上にＡｌ,ＴｉＮをＡｌ,ＴｉＮの順にスパッタリングしアニール(４００〜５５０℃)して作製したものである。図７に示すように、上記Ｔｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅が、７°以上であること(つまりＴｉの結晶性が低いこと)により、コンタクト抵抗を２Ωｍｍ以下の低い値にまで低減できる。一方、上記Ｔｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅が、７°未満になる(つまりＴｉの結晶性が高い)とコンタクト抵抗が急増している。
【００４４】
図８は、上記スパッタリングによるＴｉ膜の成膜の温度と、Ｘ線回折による上記Ｔｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭ(°)との関係を示すグラフである。図８に示すように、上記Ｔｉ膜の成膜の温度を５０°以下にすることで、スパッタによる成膜後のＴｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭ(°)が７°以上になる。一方、上記Ｔｉの成膜温度が５０℃を超えると、上記Ｔｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭ(°)が７°から急低下している。
【００４５】
このように、上記スパッタリングによるＴｉ膜の成膜の温度を、５０℃以下にすることで、Ｔｉの結晶性が低くなり、成膜後のＴｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭ(°)を７°以上にでき、オーミック電極１１１,１１２のコンタクト抵抗を２Ωｍｍ以下の低い値に低減できる。
【００４６】
(第２の実施の形態)
次に、この発明の第２実施形態としての窒化物半導体装置の製造方法を説明する。この第２実施形態は、前述の第１実施形態で説明した窒化物半導体装置の製造方法と比べて、上記Ｔｉ膜１０７の形成に関する点だけが異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態で説明した窒化物半導体装置の製造方法と異なる点を主に説明する。
【００４７】
この第２実施形態の製造方法では、前述の第１実施形態で図２、図３を参照して説明したのと同様に、アンドープＧａＮ層１０１とアンドープＡｌＧａＮ層１０２を順に形成し、ＡｌＧａＮ層１０２上に絶縁膜１３０を成膜し、ドライエッチングにより、凹部１０６,１０９を形成する。
【００４８】
次に、スパッタチャンバー内に、酸素ガスＯ２と窒素ガスＮ２とを、酸素ガスＯ２を２０ｓｃｃｍ,窒素ガスＮ２を８０ｓｃｃｍで５分間流してから、上記窒化物半導体積層体１２０上にＴｉをスパッタして、図４に示すように、絶縁膜１３０上および凹部１０６,１０９にＴｉ膜１０７を形成する。これにより、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜１０７を形成する。
【００４９】
次に、前述の第１実施形態で図５、図６を参照して説明したのと同様に、上記Ｔｉ膜１０７上にスパッタによりＡｌ/ＴｉＮを積層して、オーミック電極となる積層金属膜１０８を形成し、ドライエッチングにより、オーミック電極１１１,１１２のパターンを形成する。さらに、４００℃以上かつ５５０℃以下で１０分以上のアニールを行なうことによって、２ＤＥＧ層１０３とオーミック電極１１１,１１２との間にオーミックコンタクトが得られる。なお、上記Ｔｉ膜１０７およびＡｌ/ＴｉＮのスパッタ温度は、一例として、５０℃〜２００℃とした。
【００５０】
この第２実施形態の製造方法によれば、上記ＴｉＡｌ系材料からなるオーミック電極１１１,１１２を作製する際に形成するＴｉ膜１０７のＸ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であることにより、低いコンタクト抵抗(一例として２Ωｍｍ以下)を得ることができる。
【００５１】
図９は、上記スパッタチャンバー内に流す酸素ガスの体積 (ｃｃ)と窒素ガスの体積(ｃｃ)との和である(Ｎ２＋Ｏ２)パージ体積(ｃｃ)を横軸にとり、Ｘ線回折による上記Ｔｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭ(°)を縦軸にとったグラフである。図９を参照すれば、上記(Ｎ２＋Ｏ２)パージ体積(ｃｃ)を約４０ｃｃ以上にすることで上記半値幅ＦＷＨＭ(°)が７°以上になることが分かる。なお、ここで、上記窒素ガスの流量に対する上記酸素ガスの流量の割合は、４分の１とした。図９から、上記(Ｎ２＋Ｏ２)パージ体積(ｃｃ)が約４０(ｃｃ)を下回ると上記半値幅ＦＷＨＭ(°)が７°よりも小さくなることが分かる。なお、上記窒素ガスの流量に対する上記酸素ガスの流量の割合は４分の１に限らず、例えば、１０〜１００％でもよい。
【００５２】
すなわち、この第２実施形態の製造方法のように、上記Ｔｉ膜１０７のスパッタ前にスパッタチャンバー内に酸素ガスを流すことで、Ｘ線回折による(００２)面のロッキングカーブの半値幅が７°以上であるＴｉ膜１０７を形成できる。そして、このＴｉ膜１０７にＡｌ/ＴｉＮを積層してアニール(４００〜５５０℃,１０分)することで、オーミック電極１１１,１１２と２ＤＥＧ層１０３との間の低いコンタクト抵抗(例えば２Ωｍｍ以下)を達成できる。
【００５３】
なお、上記実施形態の窒化物半導体装置の製造方法によれば、絶縁膜１３０、ＡｌＧａＮ層１０２、ＧａＮ層１０１をドライエッチングにより除去し、凹部１０６,１０９を形成したが、絶縁膜１３０をウェットエッチングにより除去し、その後ＡｌＧａＮ層１０２、ＧａＮ層１０１をドライエッチングにより除去することにより、凹部１０６,１０９を形成してもよい。また、上記実施形態の図７〜図９に示される一例では、Ｔｉ膜の(００２)面のロッキングカーブの半値幅の上限は約７．２°であるが、スパッタリングによる成膜温度(５０℃以下)やスパッタチャンバー内に流す酸素ガス量の設定によっては、(００２)面のロッキングカーブの半値幅が９．０°であるＴｉ膜を成膜することができた。この場合にも上記Ｔｉ膜上にＡｌ,ＴｉＮをＡｌ,ＴｉＮの順にスパッタリングしアニール(４００〜５５０℃)して作製したオーミック電極のコンタクト抵抗を低い値２.０Ωｍｍにまで低減できた。例えば、上記Ｔｉ膜の成膜条件を、成膜温度２００℃で、スパッタチャンバーに酸素ガスを２０ｓｃｃｍで２.５分間流した後、窒素ガスを８０ｓｃｃｍで２.５分間流すというサイクルを２サイクル実施することで、Ｔｉ膜の(００２)面のＸ線回折によるロッキングカーブの半値幅ＦＷＨＭが９．０°で、上記オーミック電極のコンタクト抵抗を２．０Ωｍｍとすることができた。
【００５４】
また、上記実施形態の窒化物半導体装置の製造方法によれば、Ｔｉ/Ａｌ/ＴｉＮを積層してオーミック電極としたが、これに限らず、ＴｉＮはなくともよく、また、Ｔｉ/Ａｌを積層した後、その上にＡｕ,Ａｇ,Ｐｔなどを積層してもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、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基板を用いてもよく、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層を成長させる等のように、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、窒化物半導体積層体の第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との間にヘテロ改善層を形成してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、オーミック電極がＧａＮ層に達するリセス構造のＨＦＥＴについて説明したが、リセスを形成せずにアンドープＡｌＧａＮ層上にソース電極およびドレイン電極となるオーミック電極を形成したＨＦＥＴにこの発明を適用してもよい。また、この発明の窒化物半導体装置は、２ＤＥＧを利用するＨＦＥＴに限らず、他の構成の電界効果トランジスタであっても同様の効果が得られる。
【００５７】
また、上記実施形態では、ノーマリーオンタイプのＨＦＥＴについて説明したが、ノーマリーオフタイプの窒化物半導体装置にこの発明を適用してもよい。また、ショットキー電極に限らず、絶縁ゲート構造の電界効果トランジスタにこの発明を適用してもよい。また、この発明は、電界効果トランジスタに限らず、ショットキーダイオードのオーミック電極に適用してもよい。
【００５８】
この発明の窒化物半導体装置の窒化物半導体は、ＡｌxＩnyＧａ１−x−yＮ(ｘ≦０、ｙ≦０、０≦ｘ＋ｙ≦１)で表されるものであればよい。
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
１,１０１  ＧａＮ層
２,１０２  ＡｌＧａＮ層
３,１０３  ２ＤＥＧ層
１０  Ｓｉ基板
１１  ソース電極
１２  ドレイン電極
１３  ゲート電極
１５  ＡｌＧａＮバッファ層
２０,１２０  窒化物半導体積層体
３０,１３０  絶縁膜
４０  層間絶縁膜
４１  ビア
４２  ドレイン電極パッド
１０６,１０９  凹部
１１１,１１２  オーミック電極
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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