(57)【要約】【課題】オーミック電極のコンタクト抵抗を低くし、しかも熱処理による特性の劣化を抑制する。【解決手段】膜厚が０．５ｎｍから１００ｎｍの低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物）膜である第１層１１、膜厚が１０ｎｍから４００ｎｍであるＴｉ膜である第２層１２からなる多層膜をＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上に堆積し、８００℃以下の熱処理を行なうことによって、窒化物半導体１上にオーミック電極１０を形成する。【選択図】図１
2009124033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を用いた半導体装置において、上記窒化物半導体上にｎ層（ｎ≧２）の無機材料膜からなり、第１層から第ｎ−１層が融点が８００℃未満である上記無機材料膜であり、第ｎ層がＴｉ膜である多層膜を堆積し、熱処理することによって形成されたオーミック電極を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
窒化物半導体を用いた半導体装置において、上記窒化物半導体上にｍ層（ｍ≧３）の無機材料膜からなり、第１層から第ｎ−１層が融点が８００℃未満である上記無機材料膜であり、第ｎ層（２≦ｎ＜ｍ）がＴｉ膜である多層膜を堆積し、熱処理することによって形成されたオーミック電極を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
上記第１層から第ｎ−１層の無機材料膜が、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記第ｎ＋１層から第ｍ層の無機材料膜が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
上記窒化物半導体がＡｌＧａＩｎＮであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
窒化物半導体を用いた半導体装置を製造する方法において、上記窒化物半導体の表面の所定の領域に、融点が８００℃未満である無機材料膜を第１層から第ｎ−１層（ｎ≧２）まで順次堆積し、第ｎ層にＴｉ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
窒化物半導体を用いた半導体装置を製造する方法において、窒化物半導体の表面の所定の領域に、融点が８００℃未満である無機材料膜を第１層から第ｎ−１層（ｎ≧２）まで順次堆積し、第ｎ層にＴｉ膜を堆積し、第ｎ＋１層から第ｍ層（ｍ＞ｎ、ｍ≧３）に無機材料膜を順次堆積した後に、８００℃未満で熱処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
上記第１層から第ｎ−１層の無機材料膜が、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜であることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
上記第ｎ＋１層から第ｍ層の無機材料膜が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
上記窒化物半導体がＡｌＧａＩｎＮであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体を用いた半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のIII族元素のうち少なくとも一つ以上の元素と、Ｖ族元素である窒素との化合物であり、一般式Ａｌ１−ａ−ｂＧａａＩｎｂＮで表される。窒化物半導体は直接遷移であり、その組成により最大６．２ｅＶから０．８ｅＶまでの幅広い禁制帯幅を有する。また、広い禁制帯幅を有する組成においては、熱的安定性、絶縁破壊電界、飽和電子速度が大きい。以上の特性から、窒化物半導体を用いて、遠赤外から紫外領域での受光・発光デバイス、および、耐高温・高出力・高周波トランジスタ等の電子デバイスヘの応用が期待され開発が進められている。
【０００３】
窒化物半導体を用いた半導体装置の特性向上のためには、電極のコンタクト抵抗の低減が必要不可欠である。電極のコンタクト抵抗を低減することにより、半導体装置の電力効率を向上することが可能となる。しかし、従来の窒化物半導体を用いた半導体装置においては、その広い禁制帯幅のために、理想的な金属、半導体のオーミック接合が得られにくい。
【０００４】
従来、窒化物半導体と電極とのコンタクト抵抗の低減のために、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／ＡｕなどのＴｉ／Ａｌ系の金属材料膜を堆積した後に、高温で熱処理を施すことによりオーミック電極を形成する手法がとられている。特に、低いコンタクト抵抗を得るためには、８３０℃以上の高温での熱処理が必要である（非特許文献１）。
【非特許文献１】Ｔ．  Ｎａｋａｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ８５（２００４）３７７５
【非特許文献２】Ｋ．  Ｓｈｉｏｊｉｍａ  ｅｔ  ａＩ．，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ４３（２００４）１００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の窒化物半導体を用いた半導体装置のＴｉ／Ａｌ系のオーミック電極において、熱処理により低接触抵抗化が可能となる機構は下記のように考えられている。高温中において窒化物半導体との反応によりＴｉＮが形成され、界面近傍の窒化物半導体は、Ｎ空孔が形成されｎ型となるため、接触抵抗が低減する。ただし、窒化物半導体の原子結合力が強いため、高濃度のＮ空孔の生成のためには、８００から８５０℃の高温の熱処理が必要である。
【０００６】
図１１は従来の窒化物半導体を用いた半導体装置のオーミック電極（Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）における熱処理温度と固有接触抵抗率との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、熱処理温度８００℃未満において、固有接触抵抗率は１×１０−５Ωｃｍ２以上に上昇した。さらに、熱処理温度７００℃以下ではショットキー接触となった。
【０００７】
しかしながら、８００℃以上の高温での熱処理は、窒化物半導体表面において酸化や表面欠陥の発生を招きやすく、また不純物の拡散が生じる恐れがある。例えば、電界効果トランジスタとして用いられるＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造において、８００℃以上の高温での熱処理を施すことにより、ヘテロ界面の２次元電子ガス濃度が減少するといった現象が報告されている（非特許文献２）。熱処理により発生する酸化膜や表面欠陥、不純物の混入は、半導体禁制帯中に、準位を形成するため、特性や信頼性の劣化を生じる恐れがある。
【０００８】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、オーミック電極のコンタクト抵抗が低く、しかも熱処理による特性の劣化が抑制される半導体装置、そ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】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明においては、窒化物半導体を用いた半導体装置において、上記窒化物半導体上にｎ層（ｎ≧２）の無機材料膜からなり、第１層から第ｎ−１層が融点が８００℃未満である上記無機材料膜であり、第ｎ層がＴｉ膜である多層膜を堆積し、熱処理することによって形成されたオーミック電極を形成する。
【００１０】
また、窒化物半導体を用いた半導体装置において、上記窒化物半導体上にｍ層（ｍ≧３）の無機材料膜からなり、第１層から第ｎ−１層が融点が８００℃未満である上記無機材料膜であり、第ｎ層（２≦ｎ＜ｍ）がＴｉ膜である多層膜を堆積し、熱処理することによって形成されたオーミック電極を形成する。
【００１１】
これらの場合、上記第１層から第ｎ−１層の無機材料膜を、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜としてもよい。
【００１２】
また、上記第ｎ＋１層から第ｍ層の無機材料膜を、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜としてもよい。
【００１３】
これらの場合、上記窒化物半導体をＡｌＧａＩｎＮとしてもよい。
【００１４】
また、窒化物半導体を用いた半導体装置を製造する方法において、上記窒化物半導体の表面の所定の領域に、融点が８００℃未満である上記無機材料膜を第１層から第ｎ−１層（ｎ≧２）まで順次堆積し、第ｎ層にＴｉ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理する工程を行なう。
【００１５】
また、窒化物半導体を用いた半導体装置を製造する方法において、上記窒化物半導体の表面の所定の領域に、融点が８００℃未満である無機材料膜を第１層から第ｎ−１層（ｎ≧２）まで順次堆積し、第ｎ層にＴｉ膜を堆積し、第ｎ＋１層から第ｍ層（ｍ＞ｎ、ｍ≧３）に無機材料膜を順次堆積した後に、８００℃未満で熱処理する工程を行なう。
【００１６】
これらの場合、上記第１層から第ｎ−１層の無機材料膜を、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜としてもよい。
【００１７】
また、上記第ｎ＋１層から第ｍ層の無機材料膜を、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜としてもよい。
【００１８】
これらの場合、上記窒化物半導体をＡｌＧａＩｎＮとしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る半導体装置、その製造方法においては、８００℃未満の熱処理を行なったときに、窒化物半導体に高濃度ｎ型化を促進するから、オーミック電極のコンタクト抵抗が低くなり、また８００℃未満の熱処理を行なえばよいから、熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る半導体装置を示す概略断面図で、オーミック電極は熱処理前の状態を示す。図に示すように、例えばＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上にオーミック電極１０が形成されており、第１層（低融点金属層）１１が低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物（合金））膜すなわち融点が８００℃以下である無機材料膜であり、第２層（Ｔｉ層）１２がＴｉ膜である多層膜を堆積し、８００℃以下の熱処理を行なうことによってオーミック電極１０が形成されている。そして、第１層１１の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜の望ましい膜厚は０．５ｎｍから１００ｎｍである。また、第１層１１に低融点金属の合金膜を用いたときも望ましい膜厚は０．５ｎｍから１００ｎｍである。さらに、第２層１２のＴｉ膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから４００ｎｍである。
【００２１】
つぎに、図１に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、窒化物半導体１の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびその化合物のいずれかから構成された膜である第１層１１を堆積し、第２層１２にＴｉ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理（加熱）することによりオーミック電極１０を形成する。
【００２２】
この半導体装置、その製造方法においては、８００℃未満の熱処理を行なったときに、第１層１１の低融点金属膜が融解して、窒化物半導体１と腐食反応を起こして窒化物半導体１の界面近傍に高濃度ｎ型化を促進し、あるいは第２層１２のＴｉと第１層１１の低融点金属との合金となり、その合金と窒化物半導体１との反応により窒化物半導体１の界面近傍に高濃度ｎ型化を促進するから、オーミック電極１０のコンタクト抵抗が低くなる。また、８００℃未満の熱処理を行なえばよいから、熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【００２３】
第１層１１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が０．５ｎｍ未満のときには、上述の低融点金属による効果は低融点金属が少なすぎるので得られない。したがって、第１層１１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は０．５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００２４】
また、オーミック金属のコンタクト抵抗を低くするためには、窒化物半導体１（例えばＡｌＧａＩｎＮ）と第２層１２のＴｉが反応する必要がある。このとき、第１層１１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が１００ｎｍより厚くなると、窒化物半導体１と第２層１２のＴｉが反応できなくなる。したがって、第１層１１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図２は本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図で、オーミック電極は熱処理前の状態を示す。図に示すように、例えばＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上にオーミック電極２０が形成されており、第１層（低融点金属層）２１、第２層（低融点金属層）２２が低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物）膜であり、第３層（Ｔｉ層）２３がＴｉ膜である多層膜を堆積し、８００℃未満の熱処理を行なうことによってオーミック電極２０が形成されている。そして、第１層２１の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜またはそれらの化合物膜の膜厚をｈ１とし、第２層２２の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜またはそれらの化合物膜の膜厚をｈ２としたとき、０．５ｎｍ≦ｈ１＜１００ｎｍ、０．５ｎｍ≦ｈ２＜１００ｎｍ、１ｎｍ≦ｈ１＋ｈ２≦１００ｎｍを満たす膜厚にするのが望ましい。また、第３層２３のＴｉ膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから４００ｎｍである。
【００２６】
つぎに、図２に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、窒化物半導体１の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびその化合物のいずれかから構成された膜である第１層２１、第２層２２を堆積し、第３層２３にＴｉ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理することによりオーミック電極２０を形成する。
【００２７】
この半導体装置、その製造方法においても、オーミック電極２０のコンタクト抵抗が低くなり、また熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【００２８】
第１層２１、第２層２２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が０．５ｎｍ未満のときには、上述の低融点金属による効果は低融点金属が少なすぎるので得られない。したがって、第１層２１、第２層２２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は０．５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００２９】
また、オーミック金属のコンタクト抵抗を低くするためには、窒化物半導体１（例えばＡｌＧａＩｎＮ）と第３層２３のＴｉが反応する必要がある。このとき、第１層２１、第２層２２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚（ｈ１＋ｈ２）が１００ｎｍより厚くなると、窒化物半導体１と第３層２３のＴｉが反応できなくなる。したがって、第１層２１、第２層２２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚（ｈ１＋ｈ２）は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
（第３の実施の形態）
図３は本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図で、オーミック電極は熱処理前の状態を示す。図に示すように、例えばＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上にオーミック電極３０が形成されており、第１層（低融点金属層）３１が低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物）膜であり、第２層（Ｔｉ層）３２がＴｉ膜であり、第３層（Ａｕ層）３３がＡｕ膜である多層膜を堆積し、８００℃未満の熱処理を行なうことによってオーミック電極３０が形成されている。そして、第１層３１の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜の望ましい膜厚は０．５ｎｍから１００ｎｍである。また、第１層３１に低融点金属の合金膜を用いたときも望ましい膜厚は０．５ｎｍから１００ｎｍである。第２層３２のＴｉ膜の望ましい膜厚は２０ｎｍから３００ｎｍである。第１、第２の実施の形態と異なり、第２層３２のＴｉ膜の膜厚が２０ｎｍ以下では、熱処理の際に第３層３３のＡｕの拡散が生じ、接触抵抗が増加するので、第３層３３のＡｕ膜の膜厚は２０ｎｍから４００ｎｍである。
【００３１】
つぎに、図３に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、窒化物半導体１の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびその化合物のいずれかから構成された膜である第１層３１を堆積し、第２層３２にＴｉ膜を堆積し、第３層３３にＡｕ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理することによりオーミック電極３０を形成する。
【００３２】
この半導体装置、その製造方法においても、オーミック電極３０のコンタクト抵抗が低くなり、また熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。また、第３層３３のＡｕ膜は酸化防止やプローブのパッドとしての役割を果たし、半導体装置の保管や測定の安定性に優れている。
【００３３】
第１層３１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が０．５ｎｍ未満のときには、上述の低融点金属による効果は低融点金属が少なすぎるので得られない。したがって、第１層３１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は０．５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００３４】
また、オーミック金属のコンタクト抵抗を低くするためには、窒化物半導体１（例えばＡｌＧａＩｎＮ）と第２層３２のＴｉが反応する必要がある。このとき、第１層３１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が１００ｎｍより厚くなると、窒化物半導体１と第２層３２のＴｉが反応できなくなる。したがって、第１層３１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００３５】
（第４の実施の形態）
図４は本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図で、オーミック電極は熱処理前の状態を示す。図に示すように、例えばＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上にオーミック電極４０が形成されており、第１層（低融点金属層）４１、第２層（低融点金属層）４２が低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物）膜であり、第３層（Ｔｉ層）４３がＴｉ膜であり、第４層（Ａｕ層）４４がＡｕ膜である多層膜を堆積し、８００℃未満の熱処理を行なうことによってオーミック電極４０が形成されている。そして、第１層４１の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜またはそれらの化合物膜の膜厚をｈ１とし、第２層４２の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜またはそれらの化合物膜の膜厚をｈ２としたとき、０．５ｎｍ≦ｈ１＜１００ｎｍ、０．５ｎｍ≦ｈ２＜１００ｎｍ、１ｎｍ≦ｈ１＋ｈ２≦１００ｎｍを満たす膜厚にするのが望ましい。第３層４３のＴｉ膜の望ましい膜厚は２０ｎｍから４００ｎｍである。第１、第２の実施の形態と異なり、第３層４３のＴｉ膜の膜厚が２０ｎｍ以下では、熱処理の際に第４層４４のＡｕの拡散が生じ、接触抵抗が増加するので、第４層４４のＡｕ膜の膜厚は２０ｎｍから３００ｎｍである。
【００３６】
つぎに、図４に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、窒化物半導体１の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびその化合物のいずれかから構成された膜である第１層４１、第２層４２を堆積し、第３層４３にＴｉ膜を堆積し、第４層４４にＡｕ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理することによりオーミック電極４０を形成する。
【００３７】
この半導体装置、その製造方法においても、オーミック電極４０のコンタクト抵抗が低くなり、また熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。また、第４層４４のＡｕ膜は酸化防止やプローブのパッドとしての役割を果たし、半導体装置の保管や測定の安定性に優れている。
【００３８】
第１層４１、第２層４２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が０．５ｎｍ未満のときには、上述の低融点金属による効果は低融点金属が少なすぎるので得られない。したがって、第１層４１、第２層４２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は０．５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００３９】
また、オーミック金属のコンタクト抵抗を低くするためには、窒化物半導体１（例えばＡｌＧａＩｎＮ）と第３層４３のＴｉが反応する必要がある。このとき、第１層４１、第２層４２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚（ｈ１＋ｈ２）が１００ｎｍより厚くなると、窒化物半導体１と第３層４３のＴｉが反応できなくなる。したがって、第１層４１、第２層４２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚（ｈ１＋ｈ２）は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００４０】
（第５の実施の形態）
図５は本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図で、オーミック電極は熱処理前の状態を示す。図に示すように、例えばＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上にオーミック電極５０が形成されており、第１層（低融点金属層）５１が低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物）膜であり、第２層（Ｔｉ層）５２がＴｉ膜であり、第３層（他金属層）５３が無機材料膜すなわちＭｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜およびそれらの化合物膜のいずれかであり、第４層（Ａｕ層）５４がＡｕ膜である多層膜を堆積し、８００℃未満の熱処理を行なうことによってオーミック電極５０が形成されている。そして、第１層５１の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜の望ましい膜厚は０．５ｎｍから１００ｎｍである。また、第１層５１に低融魚金属の合金膜を用いたときも望ましい膜厚は０．５ｎｍから１００ｎｍである。Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかにより構成される第３層５３が熱処理の際の第４層５４のＡｕの拡散を抑制する役割を果たすため、第２層５２のＴｉの望ましい膜厚は１０ｎｍから４００ｎｍと第３の実施の形態よりも広範囲である。第３層５３のＭｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜またはそれらの化合物膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから１００ｎｍである、第４層５４のＡｕ膜の膜厚は２０ｎｍから３００ｎｍである。
【００４１】
つぎに、図５に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、窒化物半導体１の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびその化合物のいずれかから構成された膜である第１層５１を堆積し、第２層５２にＴｉ膜を堆積し、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかにより構成される膜である第３層５３を堆積し、第４層５４にＡｕ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理することによりオーミック電極５０を形成する。
【００４２】
この半導体装置、その製造方法においても、オーミック電極５０のコンタクト抵抗が低くなり、また熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。また、第４層５４のＡｕ膜は酸化防止やプローブのパッドとしての役割を果たし、半導体装置の保管や測定の安定性に優れている。
【００４３】
第１層５１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が０．５ｎｍ未満のときには、上述の低融点金属による効果は低融点金属が少なすぎるので得られない。したがって、第１層５１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は０．５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００４４】
また、オーミック金属のコンタクト抵抗を低くするためには、窒化物半導体１（例えばＡｌＧａＩｎＮ）と第２層５２のＴｉが反応する必要がある。このとき、第１層５１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が１００ｎｍより厚くなると、窒化物半導体１と第２層５２のＴｉが反応できなくなる。したがって、第１層５１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００４５】
（第６の実施の形態）
図６は本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図で、オーミック電極は熱処理前の状態を示す。図に示すように、例えばＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上にオーミック電極６０が形成されており、第１層（低融点金属層）６１、第２層（低融点金属層）６２が低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物）膜であり、第３層（Ｔｉ層）６３がＴｉ膜であり、第４層（他金属層）６４がＭｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜およびそれらの化合物膜のいずれかであり、第５層（Ａｕ層）６５がＡｕ膜である多層膜を堆積し、８００℃未満の熱処理を行なうことによってオーミック電極６０が形成されている。そして、第１層６１の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜またはそれらの化合物膜の膜厚をｈ１とし、第２層６２の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜またはそれらの化合物膜の膜厚をｈ２としたとき、０．５ｎｍ≦ｈ１＜１００ｎｍ、０．５ｎｍ≦ｈ２＜１００ｎｍ、１ｎｍ≦ｈ１＋ｈ２≦１００ｎｍを満たす膜厚にするのが望ましい。また、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜およびそれらの化合物膜のいずれかである第４層６４が、熱処理の際の第５層６５のＡｕの拡散を抑制する役割を果たすため、第３層６３のＴｉ膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから４００ｎｍと第４の実施の形態よりも広範囲である。第４層６４のＭｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜またはそれらの化合物膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから１００ｎｍである。第５層６５のＡｕ膜の膜厚は２０ｎｍから３００ｎｍである。
【００４６】
つぎに、図６に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、窒化物半導体１の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびその化合物のいずれかから構成された膜である第１層６１、第２層６２を堆積し、第３層６３にＴｉ膜を堆積し、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかにより構成される膜である第４層６４を堆積し、第５層６５にＡｕ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理することによりオーミック電極６０を形成する。
【００４７】
この半導体装置、その製造方法においても、オーミック電極６０のコンタクト抵抗が低くなり、また熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。また、第４層６４のＡｕ膜は酸化防止やプローブのパッドとしての役割を果たし、半導体装置の保管や測定の安定性に優れている。
【００４８】
第１層６１、第２層６２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が０．５ｎｍ未満のときには、上述の低融点金属による効果は低融点金属が少なすぎるので得られない。したがって、第１層６１、第２層６２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は０．５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００４９】
また、オーミック金属のコンタクト抵抗を低くするためには、窒化物半導体１（例えばＡｌＧａＩｎＮ）と第３層６３のＴｉが反応する必要がある。このとき、第１層６１、第２層６２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚（ｈ１＋ｈ２）が１００ｎｍより厚くなると、窒化物半導体１と第３層６３のＴｉが反応できなくなる。したがって、第１層６１、第２層６２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚（ｈ１＋ｈ２）は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００５０】
（第７の実施の形態）
図７は本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図で、オーミック電極は熱処理前の状態を示す。図に示すように、例えばＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上にオーミック電極７０が形成されており、第１層（低融点金属層）７１が低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物）膜であり、第２層（Ｔｉ層）７２がＴｉ膜であり、第３層（Ａｌ層）７３がＡｌ膜であり、第４層（他金属層）７４がＭｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜およびそれらの化合物膜のいずれかであり、第５層（Ａｕ層）７５がＡｕ膜である多層膜を堆積し、８００℃未満の熱処理を行なうことによってオーミック電極７０が形成されている。そして、第１層７１の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜の望ましい膜厚は０．５ｎｍから１００ｎｍである。また、第１層７１に低融点金属の合金膜を用いたときも望ましい膜厚は０．５ｎｍから１００ｎｍである。第２層７２のＴｉ膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから４００ｎｍである。第３層７３のＡｌ膜の望ましい膜厚は、１０ｎｍから２００ｎｍの間である。第４層７４のＭｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜またはそれらの化合物膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから１００ｎｍである。第５層７５のＡｕ膜の膜厚は２０ｎｍから３００ｎｍである。
【００５１】
つぎに、図７に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、窒化物半導体１の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびその化合物のいずれかから構成された膜である第１層７１を堆積し、第２層７２にＴｉ膜を堆積し、第３層７３にＡｌ膜を堆積し、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかにより構成される膜である第４層７４を堆積し、第５層７５にＡｕ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理することによりオーミック電極７０を形成する。
【００５２】
この半導体装置、その製造方法においても、オーミック電極７０のコンタクト抵抗が低くなり、また熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。また、第５層７５のＡｕ膜は酸化防止やプローブのパッドとしての役割を果たし、半導体装置の保管や測定の安定性に優れている。また、第３層７３のＡｌは熱処理の際に窒化物半導体１側に拡散するため、より安定的にオーミック特性を得ることができ、接触抵抗の面内分布が第１〜第６の実施の形態では２０％程度であったところが１０％以内に改善された。
【００５３】
第１層７１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が０．５ｎｍ未満のときには、上述の低融点金属による効果は低融点金属が少なすぎるので得られない。したがって、第１層７１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は０．５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００５４】
また、オーミック金属のコンタクト抵抗を低くするためには、窒化物半導体１（例えばＡｌＧａＩｎＮ）と第２層７２のＴｉが反応する必要がある。このとき、第１層７１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が１００ｎｍより厚くなると、窒化物半導体１と第２層７２のＴｉが反応できなくなる。したがって、第１層７１の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００５５】
（第８の実施の形態）
図８は本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図で、オーミック電極は熱処理前の状態を示す。図に示すように、例えばＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物半導体１上にオーミック電極８０が形成されており、第１層（低融点金属層）８１、第２層（低融点金属層）８２が低融点金属（Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物）膜であり、第３層（Ｔｉ層）８３がＴｉ膜であり、第４層（Ａｌ層）８４がＡｌ膜であり、第５層（他金属層）８５がＭｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜およびそれらの化合物膜のいずれかであり、第６層（Ａｕ層）８６がＡｕ膜である多層膜を堆積し、８００℃未満の熱処理を行なうことによってオーミック電極８０が形成されている。そして、第１層８１の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜またはそれらの化合物膜の膜厚をｈ１とし、第２層８２の低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ膜またはそれらの化合物膜の膜厚をｈ２としたとき、０．５ｎｍ≦ｈ１＜１００ｎｍ、０．５ｎｍ≦ｈ２＜１００ｎｍ、１ｎｍ≦ｈ１＋ｈ２≦１００ｎｍを満たす膜厚にするのが望ましい。第３層８３のＴｉ膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから４００ｎｍである。第４層８４のＡｌ膜の望ましい膜厚は、１０ｎｍから２００ｎｍの間である。第５層８５のＭｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕ膜またはそれらの含金膜の望ましい膜厚は１０ｎｍから１００ｎｍである。第６層８６のＡｕ膜の膜厚は２０ｎｍから３００ｎｍである。
【００５６】
つぎに、図８に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、窒化物半導体１の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇおよびその化合物のいずれかから構成された膜である第１層８１、第２層８２を堆積し、第３層８３にＴｉ膜を堆積し、第４層８４にＡｌ膜を堆積し、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかにより構成される膜である第５層８５を堆積し、第６層８６にＡｕ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理することによりオーミック電極８０を形成する。
【００５７】
この半導体装置、その製造方法においても、オーミック電極８０のコンタクト抵抗が低くなり、また熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。また、第６層８６のＡｕ膜は酸化防止やプローブのパッドとしての役割を果たし、半導体装置の保管や測定の安定性に優れている。また、第４層８４のＡｌは熱処理の際に窒化物半導体１側に拡散するため、より安定的にオーミック特性を得ることができ、接触抵抗の面内分布が第１〜第６の実施の形態では２０％程度であったところが１０％以内に改善された。
【００５８】
第１層８１、第２層８２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚が０．５ｎｍ未満のときには、上述の低融点金属による効果は低融点金属が少なすぎるので得られない。したがって、第１層８１、第２層８２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚は０．５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００５９】
また、オーミック金属のコンタクト抵抗を低くするためには、窒化物半導体１（例えばＡｌＧａＩｎＮ）と第３層８３のＴｉが反応する必要がある。このとき、第１層８１、第２層８２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚（ｈ１＋ｈ２）が１００ｎｍより厚くなると、窒化物半導体１と第３層８３のＴｉが反応できなくなる。したがって、第１層８１、第２層８２の低融点金属膜またはその合金膜の膜厚（ｈ１＋ｈ２）は１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００６０】
（第９の実施の形態）
図９は本発明に係るＦＥＴを示す概略断面図である。図に示すように、ＧａＮ層９１上にＡｌＧａＩｎＮ層９２が形成され、ＧａＮ層９１とＡｌＧａＩｎＮ層９２とでヘテロ構造を有するＦＥＴの本体が構成されている。また、ＡｌＧａＩｎＮ層９２上に図１〜図８に示したオーミック電極からなるソース電極９３、ドレイン電極９４が形成され、ソース電極９３とドレイン電極９４との間に、ＡｌＧａＩｎＮ層９２とショットキー接合となる例えばＮｉ／Ａｕからなるゲート電極９５が形成されている。
【００６１】
つぎに、図９に示した半導体装置の製造方法を説明する。まず、ＡｌＧａＩｎＮ層９２の表面の所定の領域に、図１〜図８に示した膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理することにより、ソース電極９３、ドレイン電極９４を形成する。つぎに、ソース電極９３とドレイン電極９４との間にゲート電極９４を形成する。
【００６２】
このＦＥＴ、その製造方法においても、ソース電極９３、ドレイン電極９４のコンタクト抵抗が低くなり、また熱処理によるＦＥＴの特性劣化を抑制することができる。
【００６３】
なお、上述のいずれの実施の形態においても、全ての金属はＥＢ（Electron Beam）蒸着装置もしくはスパッタ装置により堆積された。また、各低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇは、それぞれＳｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇブロックを原料として用いた。さらに、低融点金属Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇの合金は、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇのうち少なくとも２種類の金属を融解により合成した合金を原料として用いた。
【００６４】
図１０は図７に示した半導体装置のオーミック電極（Ｓｎ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｉｎ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｚｎ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｍｇ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）、すなわち第１層７１にＳｎ、Ａｌ、Ｉｎ、ＺｎまたはＭｇを用いたオーミック電極における熱処理温度と固有接触抵抗率との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、いずれの低融点金属を用いた場合においても、７５０℃未満の熱処理において１×１０−５Ωｃｍ２以下の固有接触抵抗率が得られた。また、従来技術ではオーミック特性を得られなかった７００℃以下においても良好なオーミック特性が得られた。なお、他の実施の形態においても、ここに示したのと同様の結果が得られており、本発明の効果に影響を与えるものではなかった。
【００６５】
また、第１層７１に合金（Ｓｎ−Ｍｇ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｉｎ−Ｚｎ、Ｉｎ−Ｍｇ、Ｚｎ−Ｍｇ）を用いた図７に示した半導体装置のオーミック電極においても、７５０℃未満の熱処理において１×１０−５Ωｃｍ２以下の固有接触抵抗率が得られた。また、従来技術ではオーミック特性を得られなかった７００℃以下においても良好なオーミック特性が得られた。なお、他の実施の形態においても、ここに示したのと同様の結果が得られており、本発明の効果に影響を与えるものではなかった。
【００６６】
また、上述実施の形態においては、熱処理前のオーミック電極の層数が２〜６の場合について説明したが、熱処理前のオーミック電極の層数は２以上であればよい。この場合、窒化物半導体上に、第１層から第ｎ−１層（ｎ≧２）がＳｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜であり、第ｎ層がＴｉ膜である多層膜を堆積し、熱処理することによってオーミック電極を形成する。また、窒化物半導体上に、第１層から第ｎ−１層がＳｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜であり、第ｎ層がＴｉ膜であり、第ｎ＋１層から第ｍ層（ｍ＞ｎ、ｍ≧３）がＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｃｕおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜である多層膜を堆積し、熱処理することによってオーミック電極を形成する。また、窒化物半導体の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜を第１層から第ｎ−１層まで順次堆積し、第ｎ層にＴｉ膜を堆積した後に、８００℃未満で熱処理する工程を行なう。また、窒化物半導体の表面の所定の領域に、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｚｎ、Ｍｇおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜を第１層から第ｎ−１層まで順次堆積し、第ｎ層にＴｉ膜を堆積し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｂおよびそれらの化合物のいずれかから構成された膜を第ｎ＋１層から第ｍ層まで順次堆積した後に、８００℃未満で熱処理する工程を行なう。
【００６７】
また、上述実施の形態においては、第１層から第ｎ−１層を融点が８００℃未満である無機材料膜としたが、第１層から第ｎ−１層を融点が７５０℃以下または７００℃以下である無機材料膜としてもよく、この場合には７５０℃以下または７００℃以下の熱処理を行なえばよいから、熱処理による半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る半導体装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図である。
【図４】本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図である。
【図５】本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図である。
【図６】本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図である。
【図７】本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図である。
【図８】本発明に係る他の半導体装置を示す概略断面図である。
【図９】本発明に係るＦＥＴを示す概略断面図である。
【図１０】図７に示した半導体装置のオーミック電極における熱処理温度と固有接触抵抗率との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の半導体装置のオーミック電極における熱処理温度と固有接触抵抗率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１…窒化物半導体
１０…オーミック電極            １１…第１層（低融点金属層）
１２…第２層（Ｔｉ層）
２０…オーミック電極            ２１…第１層（低融点金属層）
２２…第２層（低融点金属層）    ２３…第３層（Ｔｉ層）
３０…オーミック電極            ３１…第１層（低融点金属層）
３２…第２層（Ｔｉ層）          ３３…第３層（Ａｕ層）
４０…オーミック電極            ４１…第１層（低融点金属層）
４２…第２層（低融点金属層）    ４３…第３層（Ｔｉ層）
４４…第４層（Ａｕ層）
５０…オーミック電極            ５１…第１層（低融点金属層）
５２…第２層（Ｔｉ層）          ５３…第３層（他金属層）
５４…第４層（Ａｕ層）
６０…オーミック電極            ６１…第１層（低融点金属層）
６２…第２層（低融点金属層）    ６３…第３層（Ｔｉ層）
６４…第４層（他金属層）        ６５…第５層（Ａｕ層）
７０…オーミック電極            ７１…第１層（低融点金属層）
７２…第２層（Ｔｉ層）          ７３…第３層（Ａｌ層）
７４…第４層（他金属層）        ７５…第５層（Ａｕ層）
８０…オーミック電極            ８１…第１層（低融点金属層）
８２…第２層（低融点金属層）    ８３…第３層（Ｔｉ層）
８４…第４層（Ａｌ層）          ８５…第５層（他金属層）
８６…第６層（Ａｕ層）
９１…ＧａＮ層                  ９２…ＡｌＧａＩｎＮ層
９３…ソース電極                ９４…ドレイン電極
９５…ゲート電極
【図１】
2009124033.tif 000003
【図２】
2009124033.tif 000004
【図３】
2009124033.tif 000005
【図４】
2009124033.tif 000006
【図５】
2009124033.tif 000007
【図６】
2009124033.tif 000008
【図７】
2009124033.tif 000009
【図８】
2009124033.tif 000010
【図９】
2009124033.tif 000011
【図１０】
2009124033.tif 000012
【図１１】
2009124033.tif 000013