(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に半導体層をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と、
このエピタキシャル成長工程の直後の徐々に温度が下がる降温過程において、上記半導体層および半導体基板を含む半導体固体の表面に電極のための金属膜を堆積させる工程と、
この金属膜を堆積させた後の熱処理によって当該金属膜および上記半導体固体をオーミック接触の形成のための所定温度に保持することにより、上記金属膜を上記半導体固体にオーミック接触する電極とするオーミック電極形成工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体固体表面にオーミック接触する金属電極を有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオード（発光ダイオードを含む。）、トランジスタおよび集積回路に代表される半導体装置においては、半導体基板表面に半導体層をエピタキシャル成長させて作製された半導体固体の表面にオーミック接触する金属電極の形成が必要とされる場合がある。
従来からのオーミック電極の形成方法では、半導体固体の表面に電極材料の金属膜を形成し、その後に、熱処理（シンター）を行って、半導体固体と金属膜との間での材料の相互拡散を起こさせ、これにより、半導体固体と金属膜との界面にオーミック接合を形成するようにしている。
【０００３】
この場合、熱処理によって金属膜の材料が半導体固体内に入り込むことにより、半導体固体の表面付近において半導体原子の位置がずれ、中間的な準位が形成される。これにより、金属膜と半導体固体とのオーミック接触が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来の工程では、半導体層をエピタキシャル成長させた後に、これを冷却し、その後に、電極材料の金属膜を堆積させ、さらに、熱処理を行ってオーミック接合を形成するようにしている。そのため、オーミック接合のための熱処理時の再加熱による半導体装置（素子）へのダメージが大きいという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、熱処理によるダメージを軽減しつつオーミック接触電極を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体基板上に半導体層をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と、このエピタキシャル成長工程の直後の徐々に温度が下がる降温過程において、上記半導体層および半導体基板を含む半導体固体の表面に電極のための金属膜を堆積させる工程と、この金属膜を堆積させた後の熱処理によって当該金属膜および上記半導体固体をオーミック接触の形成のための所定温度に保持することにより、上記金属膜を上記半導体固体にオーミック接触する電極とするオーミック電極形成工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【０００７】
この発明によれば、半導体層をエピタキシャル成長させた直後の降温過程において、半導体固体の表面（とくにエピタキシャル成長させた半導体層の表面または半導体基板の表面）に電極材料の金属膜を堆積させ、その後の熱処理によって、その金属膜と半導体固体とをオーミック接触の形成のための所定温度に保持することにより、半導体固体にオーミック接触する電極を形成するようにしている。そのため、半導体固体が冷却した後の再加熱を回避することができ、これにより、半導体装置（素子）へのダメージを軽減することができる。その結果、良好な特性の半導体装置を作製することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を実施するための製造装置の構成を示す図解的な断面図である。また、図２は、図１の装置によって製造される半導体装置の各工程における状態を工程順に示す図解的な断面図である。この図２には、図１の装置によって発光ダイオードを製造する場合の工程例が示されている。
【０００９】
図１に示す製造装置は、図面の左側から右側に向かって、たとえば、Ｎ型ガリウム燐化合物半導体基板１を順次搬送していき、その過程で、この半導体基板１上に、Ｎ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層２（以下「Ｎ型エピタキシャル成長層２」という。）を成長させ（図２(a)参照）、さらに、その上に、Ｐ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層３（以下「Ｐ型エピタキシャル成長層３」という。）を成長させる（図２(b)参照）。そして、さらに、Ｐ型エピタキシャル成長層３の表面にアノード電極５を形成し、半導体基板１の表面（裏面）にカソード電極６を形成する（図２(c)参照）。その後、アノード電極５およびカソード電極６は、熱処理（シンター）によって半導体固体（Ｐ型エピタキシャル成長層３または半導体基板１）との界面が合金化されることにより（図２(d)において「×」で示す。）、当該半導体固体にオーミック接触することになる。
【００１０】
このような製造工程を実施するために、この製造装置は、エピタキシャル成長装置１１と、蒸着装置１２（金属膜堆積装置）と、熱処理（シンター）用の電気炉１３（熱処理装置）と、冷却部１６とを備えている。そして、エピタキシャル成長装置１１と蒸着装置１２との間、および蒸着装置１２と電気炉１３との間には、それぞれ、ゲートバルブ２１，２２が配置されていて、隣接する装置の処理室間で、雰囲気の遮断が行えるようになっている。
【００１１】
エピタキシャル成長装置１１は、石英などで形成された処理室３１内に、Ｎ型ガリウム燐化合物半導体の溶融物（メルト）を貯留したＮ型メルト部３２と、Ｐ型ガリウム燐半導体化合物の溶融物を貯留したＰ型メルト部３３とを、半導体基板１の搬送方向（図１において矢印で示す。）に沿って、この順に配置して構成されている。処理室３１の外周には、ヒータ３４が配置されていて、処理室３１内の温度をガリウム燐化合物半導体のエピタキシャル成長に適した温度（たとえば、約８００℃）に保持するようになっている。
【００１２】
半導体基板１は、Ｎ型メルト部３２においてＮ型ガリウム燐化合物半導体の溶融物に接触させられて、その表面にＮ型エピタキシャル成長層２が成長させられる（図２(a)参照）。
その後、半導体基板１は、Ｐ型メルト部３３へと移動させられてＰ型ガリウム燐化合物半導体の溶融物に接触させられ、Ｎ型エピタキシャル成長層２の表面に、Ｐ型エピタキシャル成長層３が成長させられる（図２(b)参照）。
【００１３】
この状態の半導体基板１は、ゲートバルブ２１を介して、図外の搬送機構によって、蒸着装置１２へと搬入されることになる。蒸着装置１２においては、エピタキシャル成長装置１１から搬出された直後の降温過程（徐々に温度が下がっている期間）にある半導体基板１上のＰ型エピタキシャル成長層３の表面と、半導体基板１の裏面とに、金属マスク４１，４２を用いて、選択的に金属膜の蒸着が行われる（図２(c)参照）。これらの金属膜は、たとえば、Ａｕ（合金）などからなり、アノード電極５およびカソード電極６をそれぞれ形成することになる。
【００１４】
金属膜がＰ型エピタキシャル成長層３の表面および半導体基板１の裏面にそれぞれ形成された状態の半導体基板１は、ゲートバルブ２２を介して電気炉１３へと搬入される。電気炉１３は、たとえば石英で構成した処理室４５の外周に電気ヒータ４６を配置した構成となっていて、処理室４５内に配置された半導体基板１の温度を約４００℃（半導体基板１と金属膜との間にオーミック接触を形成するための温度）に保持する。これにより、半導体基板１には熱処理（シンター）が施され、Ｐ型エピタキシャル成長層３および半導体基板１と各金属膜との界面において合金化反応が進行する。これにより、この界面はオーミック接合を形成することになる（図２(d)参照）。こうして、Ｐ型エピタキシャル成長層３の表面にオーミック接触するアノード電極５が形成され、半導体基板１の裏面にオーミック接触するカソード電極６が形成される。
【００１５】
この後は、半導体基板１は、冷却部１６を通って、冷却されながら搬送されていくことになる。
図３は、各工程における半導体基板１の温度変化を示すグラフである。Ｎ型およびＰ型エピタキシャル成長層２，３の成長は、約８００℃の温度で行われ、この直後の徐々に温度が下がっていく降温過程において、電極５，６のための金属膜が堆積させられる。そして、金属膜を堆積させた後の熱処理（シンター）によって半導体基板１を約４００℃に保持することにより、Ｐ型エピタキシャル成長層３および半導体基板１にそれぞれオーミック接触するアノード電極５およびカソード電極６が形成される。その後は、半導体基板１は常温へと冷却されていく。
【００１６】
以上のようにこの実施形態によれば、エピタキシャル成長工程直後の降温過程においてオーミック接触電極としてのアノード電極５およびカソード電極６のための金属膜を堆積させ、その後の熱処理によって半導体基板１を約４００℃に保持することにより、その金属膜をオーミック接触電極とするようにしているので、オーミック接触電極の形成のために半導体基板１を再加熱する必要がない。そのため、発光ダイオードへのダメージを著しく低減できるので、良好な特性の発光ダイオードを製造することができる。
【００１７】
なお、この発明は、他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、蒸着装置１２において、Ｐ型エピタキシャル成長層３および半導体基板１の表面（裏面）の両方に金属膜を同時に蒸着することとしているが、エピタキシャル成長工程直後の降温過程において、いずれか一方の金属膜の蒸着のみを行うようにしてもよい。この場合、半導体基板１の冷却後に他方の金属膜を堆積させ、この金属膜を半導体固体表面（半導体基板１またはＰ型エピタキシャル成長層３の表面）にオーミック接触させるための再加熱（シンター）が必要となるが、この場合であっても、アノード電極５およびカソード電極６のそれぞれの形成に際して半導体基板１を再熱する場合に比較すると、素子へのダメージを抑制することができる。
【００１８】
また、上述の実施形態では、発光ダイオードの製造工程を例にとったが、この発明は、トランジスタや集積回路素子などの他の種類の半導体装置の製造にも適用することができる。
また、上述の実施形態では、半導体の例として、ガリウム燐化合物半導体を例にとったが、この発明は、シリコン半導体、ゲルマニウム半導体、ガリウム砒素化合物半導体などの任意の種類の半導体固体表面にオーミック接触電極を形成する場合において広く適用することができる。
【００１９】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を実施するための製造装置の構成を示す図解的な断面図である。
【図２】上記実施形態の半導体装置の製造工程を工程順に示す図解的な断面図である。
【図３】製造工程中における半導体基板の温度変化を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１    Ｎ型ガリウム燐化合物半導体基板
２    Ｎ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層
３    Ｐ型ガリウム燐化合物半導体エピタキシャル成長層
５    アノード電極
６    カソード電極
１１  エピタキシャル成長装置
１２  蒸着装置
１３  電気炉
【図１】
0003913947.tif 000002
【図２】
0003913947.tif 000003
【図３】
0003913947.tif 000004