JP2009158745A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ｐ型窒化物半導体層に対するオーミック電極の接触抵抗を低減でき、かつ長期的に安定した動作が実現可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 電極形成工程において、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上に、第１ｐ型オーミック電極１０であるＰｄ膜および第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜を順次形成して、Ｐｄ膜およびＴａ膜から成る金属膜で構成されるｐ型オーミック電極を形成するとき、金属膜中に酸素原子が含まれるように金属膜を形成する。このように金属膜中に酸素原子が存在する状態で、金属膜で構成されるｐ型オーミック電極を、熱処理工程において、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理する。
【選択図】 図７
【解決手段】 電極形成工程において、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上に、第１ｐ型オーミック電極１０であるＰｄ膜および第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜を順次形成して、Ｐｄ膜およびＴａ膜から成る金属膜で構成されるｐ型オーミック電極を形成するとき、金属膜中に酸素原子が含まれるように金属膜を形成する。このように金属膜中に酸素原子が存在する状態で、金属膜で構成されるｐ型オーミック電極を、熱処理工程において、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理する。
【選択図】 図７
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、より詳細には、窒化物半導体装置のｐ型層上にオーミック電極を形成するときに好適に用いられる半導体装置の製造方法に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）などの窒化物半導体を用いた半導体装置では、ｐ型窒化物半導体層に低抵抗のオーミック電極を形成することが課題の一つである。特に半導体レーザ装置などのような高い電流密度で動作する半導体装置において、長期的に安定した動作を実現するには、ｐ型窒化物半導体層に対して安定なオーミック電極を形成することが不可欠である。
特許文献１には、オーミック電極を形成した後に、酸素を含む雰囲気で熱処理することによって、窒化物半導体層中のガリウム（Ｇａ）が外方拡散してＧａ空孔が形成され、Ｇａ空孔がアクセプタとして働くことによってホール濃度が高くなり、接触抵抗が低減することが示されている。
特許文献２には、パラジウム（Ｐｄ）などを用いてオーミック電極を形成し、酸素を含む雰囲気で熱処理することによって、オーミック電極の接触抵抗が低減できることが示されている。
ｐ型窒化物半導体層に対するオーミック電極の接触抵抗を低減するために、酸素を含む雰囲気で熱処理を行った場合、オーミック電極の表面に金属酸化物が形成される。金属酸化物は抵抗が高いので、半導体レーザ装置などのような高い電流密度で動作する半導体装置では、長時間動作させると発熱によってオーミック電極の接触抵抗が時間に比例して高くなり、半導体装置が長期的に安定して動作しないという問題がある。したがって上記の問題を解決するためには、ｐ型窒化物半導体層に対するオーミック電極の接触抵抗を低減し、かつオーミック電極の表面に金属酸化物が形成されないようにする必要がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ｐ型窒化物半導体層に対するオーミック電極の接触抵抗を低減でき、かつ長期的に安定した動作が実現可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
本発明の半導体装置の製造方法は、窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層上に、パラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜を順次形成して、前記パラジウム（Ｐｄ）膜および前記タンタル（Ｔａ）膜から成る金属膜で構成されるオーミック電極を形成する工程を、前記金属膜中に酸素原子が含まれるように実行する電極形成工程と、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で、前記オーミック電極を熱処理する熱処理工程とを備えることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、ｐ型コンタクト層に対するオーミック電極の接触抵抗が低減される。したがって高い電流密度で動作させても発熱せず、長期的に安定した動作が可能な半導体装置を得ることができる。
＜第１の実施の形態＞
図１〜図７は、本発明の第１の実施の形態である窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体装置２０の製造方法における各工程の状態を示す断面図である。図１は、エピタキシャル成長工程が終了した段階の状態を示す断面図である。まず、エピタキシャル成長工程において、図１に示すように、ｎ型低抵抗ＧａＮ基板１上に、キャリアおよび光を閉じ込めるためのｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）クラッド層２、光を伝播させるためのｎ型ＧａＮガイド層３、発光領域である窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）量子井戸活性層４、光を伝播させるためのｐ型ＧａＮガイド層５、キャリアおよび光を閉じ込めるためのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｐ型接触を得るためのｐ型ＧａＮコンタクト層７を、たとえば有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；略称：ＭＯＣＶＤ）法を用いて順にエピタキシャル成長させる。
図１〜図７は、本発明の第１の実施の形態である窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体装置２０の製造方法における各工程の状態を示す断面図である。図１は、エピタキシャル成長工程が終了した段階の状態を示す断面図である。まず、エピタキシャル成長工程において、図１に示すように、ｎ型低抵抗ＧａＮ基板１上に、キャリアおよび光を閉じ込めるためのｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）クラッド層２、光を伝播させるためのｎ型ＧａＮガイド層３、発光領域である窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）量子井戸活性層４、光を伝播させるためのｐ型ＧａＮガイド層５、キャリアおよび光を閉じ込めるためのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｐ型接触を得るためのｐ型ＧａＮコンタクト層７を、たとえば有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；略称：ＭＯＣＶＤ）法を用いて順にエピタキシャル成長させる。
ｎ型ＧａＮガイド層３は、ｎ型ＩｎＧａＮガイド層であってもよい。ｐ型ＧａＮガイド層５は、ｐ型ＩｎＧａＮガイド層であってもよい。ｐ型ＧａＮコンタクト層７には、アクセプタとしてマグネシウム（Ｍｇ）が１×１０19／ｃｍ3以上の濃度でドーピングされている。
図２は、リッジ構造の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。前述のエピタキシャル成長工程が終了すると、次に、リッジ構造形成工程において、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上部のうちリッジ部８を形成する部分、換言すればｐ型オーミック電極を形成する部分（以下「ｐ型電極形成部分」という場合がある）に、エッチングマスクを形成する。エッチングマスクは、たとえばレジストによって形成される。このようにエッチングマスクを形成して、ドライエッチングをｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６内まで行うことによって、図２に示すようなリッジ構造を形成する。
図３は、絶縁膜９の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。図２に示すリッジ構造の形成後は、絶縁膜形成工程において、図３に示すように、リッジ部８の側面部、およびリッジ部８以外の部分のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６の表面部に、換言すればｐ型電極形成部分以外の部分に絶縁膜９を形成する。絶縁膜９は、たとえばリフトオフによって形成される。具体的には、図２に示すリッジ構造の形成に用いたエッチングマスクを残したまま、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；略称：ＣＶＤ）法、真空蒸着法およびスパッタリング法のうちのいずれか１つの方法によって、絶縁膜９を形成する。絶縁膜９としては、たとえば厚み寸法が０．２μｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜または酸化ケイ素（ＳｉＯx）膜を形成する。そして、エッチングマスクを除去するとともにリッジ部８の上部に形成された絶縁膜９を除去することによって、ｐ型電極形成部分以外の部分に絶縁膜９を形成することができる。この絶縁膜９は、電流をリッジ部８のみに流すとともに、その膜厚、誘電率または屈折率によってリッジ部８での光分布の制御をも行う機能を有する。
図４は、第１ｐ型オーミック電極１０の形成が終了した段階の状態を示す断面図であり、図５は、第２ｐ型オーミック電極１１の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。図３に示す絶縁膜９の形成後は、電極形成工程において、図４に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上部および絶縁膜９の表面部に第１ｐ型オーミック電極１０を形成し、続いて図５に示すように、第１ｐ型オーミック電極１０の表面部に第２ｐ型オーミック電極１１を形成する。このようにｐ型ＧａＮコンタクト層７上に第１ｐ型オーミック電極１０および第２ｐ型オーミック電極１１を順次形成して、ｐ型オーミック電極を形成する。その後、熱処理工程において、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下、具体的には、酸素原子を含まないガス、たとえば窒素およびアルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下または真空中で、４００℃〜７００℃の範囲の熱処理温度で、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の熱処理を行う。これによって、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗を低減することができる。第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１を形成する電極形成工程の詳細については、後述する。
図６は、パッド電極１２の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。前述のようにして第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１を熱処理した後は、パッド電極形成工程において、図６に示すように、第２ｐ型オーミック電極１１の表面部にパッド電極１２を形成する。パッド電極１２の具体的な構造は、たとえばチタン（Ｔｉ）膜、タンタル（Ｔａ）膜、もう一つのＴｉ膜および金（Ａｕ）膜がこの順に第２ｐ型オーミック電極１１の表面部に形成されて成るＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造である。パッド電極１２は、Ｔｉ膜、モリブデン（Ｍｏ）膜、もう一つのＴｉ膜およびＡｕ膜がこの順に第２ｐ型オーミック電極１１の表面部に形成されて成るＴｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕの四層構造であってもよい。
図７は、半導体装置２０の構成を示す断面図である。パッド電極１２の形成後は、図７に示すように、薄層化工程において、ｎ型低抵抗ＧａＮ基板１のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２が形成される表面部とは反対側の表面部を研磨によって１００μｍ程度まで薄層化する。その後、薄層化した表面部に、ｎ型電極形成工程において、ｎ型オーミック電極１３を形成する。このようにして、エピタキシャル成長工程、リッジ構造形成工程、絶縁膜形成工程、電極形成工程、熱処理工程、パッド電極形成工程、薄層化工程およびｎ型電極形成工程を含むウエハ工程を完了する。ｎ型オーミック電極１３の具体的な構造は、たとえば、Ｔｉ膜、白金（Ｐｔ）膜およびＡｕ膜がこの順に、ｎ型低抵抗ＧａＮ基板１のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２が形成される表面部とは反対側の表面部に形成されて成るＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの三層構造である。
ウエハ工程の後、へき開による共振器形成、へき開面に所望の反射率となる誘電体膜または金属膜を単膜または多層膜形成する端面コート膜形成、および個別の素子に分離して組立てる分離組立、の各工程を経ることによって半導体装置２０の製造が完了する。
ここで、電極形成工程について説明する。電極形成工程では、まず、真空蒸着法によって、第１ｐ型オーミック電極１０としてパラジウム（Ｐｄ）膜を約５０ｎｍ成膜する。Ｐｄ膜の成膜後、たとえば酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）および一酸化窒素（ＮＯ）などの酸素原子を含むガスを蒸着チャンバー内に供給し、Ｐｄ膜の表面を酸化させ、Ｐｄ膜中に酸素を取り込む。その後、再度真空にし、真空蒸着法によって、第２ｐ型オーミック電極１１としてタンタル（Ｔａ）膜を約２０ｎｍ成膜する。Ｐｄ膜は、ｐ型ＧａＮコンタクト層７とのオーミック性を得るために必要であり、Ｔａ膜は、後述する熱処理時のＰｄ膜の凝集抑制およびオーミック性反応促進のために必要となる。
Ｐｄ膜およびＴａ膜を成膜する一連の作業を同一の真空蒸着装置で行った後、熱処理工程において、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下、具体的には、酸素原子を含まないガス、たとえば窒素およびアルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下または真空中で、４００℃〜７００℃の範囲の熱処理温度で、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の熱処理を行う。これによって、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗を低減することができる。
Ｐｄ膜中に酸素を取り込むときに、Ｐｄ膜が形成されたｎ型低抵抗ＧａＮ基板１を１００℃〜３００℃に昇温すると、Ｐｄ膜への酸素の取り込み量が増え、熱処理後におけるｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗がより低くなる。またこの昇温は、酸素原子を含むガスを供給しながら行ってもよいし、酸素原子を含むガスを供給した後、ガス供給を停止して真空にした後に昇温を行ってもよい。
本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、電極形成工程において、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上に、第１ｐ型オーミック電極１０であるＰｄ膜および第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜から成り、ｐ型オーミック電極を構成する金属膜を形成するとき、金属膜は、金属膜中に酸素原子が含まれるように形成される。より詳細には、第１ｐ型オーミック電極１０であるＰｄ膜は、酸素原子が含まれるように形成される。具体的には、Ｐｄ膜を成膜した後、蒸着チャンバー内に酸素原子を含むガスを供給してＰｄ膜の表面を酸化させることによって、Ｐｄ膜が形成される。これによって、第１ｐ型オーミック電極１０を構成するＰｄ膜中に酸素原子が取り込まれ、ｐ型オーミック電極を構成する金属膜中に酸素原子が取り込まれる。
このように金属膜中に酸素原子が存在する状態で、金属膜で構成されるｐ型オーミック電極が、熱処理工程で熱処理される。これによって、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理を行っても、金属膜中に含まれる酸素原子、より詳細には第１ｐ型オーミック電極１０を構成するＰｄ膜中に取り込まれた酸素原子によって、ｐ型ＧａＮコンタクト層７中のガリウム（Ｇａ）が外方拡散してＧａ空孔が形成される。このＧａ空孔がアクセプタとして働くので、ホール濃度が高くなり、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗が低減され、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対するｐ型オーミック電極の接触抵抗が低減される。
またｐ型オーミック電極の熱処理は、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で行われるので、ｐ型オーミック電極の表面部である第２ｐ型オーミック電極１１の表面部には金属酸化膜が形成されない。したがってｐ型オーミック電極を構成する金属膜中に高抵抗の膜が形成されないので、高い電流密度で動作させても発熱せず、長期的に安定した動作が可能な半導体装置２０を得ることができる。
また本実施の形態では、ｐ型オーミック電極を構成する金属膜は、Ｐｄ膜およびＴａ膜から成るので、他の材料から成る場合に比べて、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対するｐ型オーミック電極の接触抵抗をより低減することができる。
また本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜の成膜後には酸素が供給されておらず、Ｔａ膜は、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で形成される。すなわちＴａ膜は、Ｔａ膜中に酸素原子が含まれないように形成される。このように第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜は、酸素原子を含まないように形成されるので、前述のように酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理を行ったときに、Ｔａ膜が酸化されることをより確実に防ぎ、ｐ型オーミック電極の表面部である第２ｐ型オーミック電極１１の表面部に、Ｔａ酸化膜のような高抵抗の金属酸化膜が形成されることをより確実に防ぐことができる。これによって、ｐ型オーミック電極中に高抵抗の膜が形成されることをより確実に防ぐことができるので、高い電流密度で動作させても発熱せず、長期的に安定して動作する半導体装置２０をより確実に得ることができる。
＜第２の実施の形態＞
次に本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、前述の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法と類似しており、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の形成工程である電極形成工程が異なる。したがって、前述の第１の実施の形態と異なる電極形成工程について説明し、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１の実施の形態と共通する説明を省略する。
次に本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、前述の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法と類似しており、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の形成工程である電極形成工程が異なる。したがって、前述の第１の実施の形態と異なる電極形成工程について説明し、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１の実施の形態と共通する説明を省略する。
本実施の形態の電極形成工程では、まず、真空蒸着法によって、第１ｐ型オーミック電極１０として第１のＰｄ膜をｐ型ＧａＮコンタクト層７上に約２０ｎｍ成膜する。第１のＰｄ膜の成膜後、たとえば酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）および一酸化窒素（ＮＯ）などの酸素原子を含むガスを蒸着チャンバー内に供給し、第１のＰｄ膜の表面を酸化させ、第１のＰｄ膜中に酸素を取り込む。その後、再度真空にし、真空蒸着法によって、第１ｐ型オーミック電極１０として第２のＰｄ膜を第１のＰｄ膜上に約３０ｎｍ成膜する。このようにして、第１および第２のＰｄ膜から成る第１ｐ型オーミック電極１０を形成する。続いて、第２ｐ型オーミック電極１１としてＴａ膜を約２０ｎｍ成膜する。
第１ｐ型オーミック電極１０を構成する各膜、すなわち第１および第２のＰｄ膜の膜厚は、第１ｐ型オーミック電極１０の膜厚が、第１の実施の形態における第１ｐ型オーミック電極１０の膜厚に等しくなるように選ばれる。第１および第２のＰｄ膜は、ｐ型ＧａＮコンタクト層７とのオーミック性を得るために必要であり、Ｔａ膜は、後述する熱処理時の第１および第２のＰｄ膜の凝集抑制およびオーミック性反応促進のために必要となる。
第１および第２のＰｄ膜およびＴａ膜を成膜する一連の作業を同一の真空蒸着装置で行った後、第１の実施の形態と同様に、熱処理工程において、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下、具体的には、酸素原子を含まないガス、たとえば窒素およびアルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下または真空中で、４００℃〜７００℃の範囲の熱処理温度で、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の熱処理を行う。これによって、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗を低減することができる。
第１のＰｄ膜中に酸素を取り込むときに、第１のＰｄ膜が形成されたｎ型低抵抗ＧａＮ基板１を１００℃〜３００℃に昇温すると、第１のＰｄ膜への酸素の取り込み量が増えて、熱処理後におけるｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗がより低くなる。またこの昇温は、酸素原子を含むガスを供給しながら行ってもよいし、酸素原子を含むガスを供給した後、ガス供給を停止して真空にした後に昇温を行ってもよい。
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、第１ｐ型オーミック電極１０を構成する第１のＰｄ膜は、酸素原子が含まれるように形成される。具体的には、第１のＰｄ膜を成膜した後、蒸着チャンバー内に酸素原子を含むガスを供給して第１のＰｄ膜の表面を酸化させることによって、第１のＰｄ膜が形成される。これによって、第１のＰｄ膜中に酸素原子が取り込まれて、第１ｐ型オーミック電極１０中に酸素原子が取り込まれる。つまり、ｐ型オーミック電極を構成する金属膜中に酸素原子が取り込まれる。したがって、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理を行っても、第１ｐ型オーミック電極１０に取り込まれた酸素原子により、ｐ型ＧａＮコンタクト層７中のＧａが外方拡散してＧａ空孔が形成されてアクセプタとして働くので、ホール濃度が高くなり、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗が低減される。
また第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜の成膜後に酸素を供給していないこと、ならびに酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理を行っていることによって、熱処理を行ったときに金属酸化膜が形成されない。特に、Ｔａ膜と接する第２のＰｄ膜には酸素が含まれないので、第１の実施の形態よりもＴａ膜の酸化をさらに抑制することができる。これによって、ｐ型オーミック電極中に高抵抗の膜が形成されることをさらに確実に防ぐことができるので、高い電流密度で動作させても発熱せず、長期的に安定して動作する半導体装置をさらに確実に得ることができる。
＜第３の実施の形態＞
次に本発明の第３の実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、前述の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法と類似しており、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の形成工程である電極形成工程が異なる。したがって、前述の第１の実施の形態と異なる電極形成工程について説明し、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１の実施の形態と共通する説明を省略する。
次に本発明の第３の実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、前述の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法と類似しており、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の形成工程である電極形成工程が異なる。したがって、前述の第１の実施の形態と異なる電極形成工程について説明し、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１の実施の形態と共通する説明を省略する。
第１の実施の形態の電極形成工程では、真空蒸着法によって第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１を形成するが、本実施の形態の電極形成工程では、スパッタリング法によって第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１を形成する。具体的には、まず、スパッタリング法によって、第１ｐ型オーミック電極１０としてＰｄ膜を約５０ｎｍ成膜する。Ｐｄ膜の成膜後、たとえば酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）および一酸化窒素（ＮＯ）などの酸素原子を含むガスをスパッタチャンバー内に供給し、Ｐｄ膜の表面を酸化させ、Ｐｄ膜中に酸素を取り込む。酸素原子を含むガスを供給するときに、プラズマを発生させてもよい。その後、再度真空にし、スパッタリング法によって、第２ｐ型オーミック電極１１としてＴａ膜を約２０ｎｍ成膜する。
Ｐｄ膜およびＴａ膜を成膜する一連の作業を同一のスパッタ装置で行った後、第１の実施の形態と同様に、熱処理工程において、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下、具体的には、酸素原子を含まないガス、たとえば窒素およびアルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下または真空中で、４００℃〜７００℃の範囲の熱処理温度で、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の熱処理を行う。これによって、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗を低減することができる。
Ｐｄ膜中に酸素を取り込むときに、Ｐｄ膜が形成されたｎ型低抵抗ＧａＮ基板１を１００〜３００℃に昇温すると、Ｐｄ膜への酸素の取り込み量が増えて、熱処理後におけるｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗がより低くなる。またこの昇温は、酸素原子を含むガスを供給しながら行ってもよいし、酸素原子を含むガスを供給した後、ガス供給を停止して真空にした後に昇温を行ってもよい。
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、電極形成工程において、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上に、第１ｐ型オーミック電極１０であるＰｄ膜および第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜から成り、ｐ型オーミック電極を構成する金属膜を形成するとき、金属膜は、金属膜中に酸素原子が含まれるように形成される。より詳細には、第１ｐ型オーミック電極１０であるＰｄ膜は、酸素原子が含まれるように形成される。具体的には、Ｐｄ膜を成膜した後、スパッタチャンバー内に酸素原子を含むガスを供給してＰｄ膜の表面を酸化させることによって、Ｐｄ膜が形成される。これによって、第１ｐ型オーミック電極１０を構成するＰｄ膜中に酸素原子が取り込まれ、ｐ型オーミック電極を構成する金属膜中に酸素原子が取り込まれる。
このように金属膜中に酸素原子が存在する状態で、金属膜で構成されるｐ型オーミック電極が、熱処理工程で熱処理される。これによって、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理を行っても、金属膜中に含まれる酸素原子、より詳細には第１ｐ型オーミック電極１０を構成するＰｄ膜中に取り込まれた酸素原子によって、ｐ型ＧａＮコンタクト層７中のガリウム（Ｇａ）が外方拡散してＧａ空孔が形成される。このＧａ空孔がアクセプタとして働くので、ホール濃度が高くなり、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗が低減され、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対するｐ型オーミック電極の接触抵抗が低減される。
またｐ型オーミック電極の熱処理は、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で行われるので、ｐ型オーミック電極の表面部である第２ｐ型オーミック電極１１の表面部には金属酸化膜が形成されない。したがってｐ型オーミック電極を構成する金属膜中に高抵抗の膜が形成されないので、高い電流密度で動作させても発熱せず、長期的に安定した動作が可能な半導体装置を得ることができる。
また本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜の成膜後には酸素が供給されておらず、Ｔａ膜は、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で形成される。すなわちＴａ膜は、Ｔａ膜中に酸素原子が含まれないように形成される。このように第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜は、酸素原子を含まないように形成されるので、前述のように酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理を行ったときに、Ｔａ膜が酸化されることをより確実に防ぎ、ｐ型オーミック電極の表面部である第２ｐ型オーミック電極１１の表面部に、Ｔａ酸化膜のような高抵抗の金属酸化膜が形成されることをより確実に防ぐことができる。これによって、ｐ型オーミック電極中に高抵抗の膜が形成されることをより確実に防ぐことができるので、高い電流密度で動作させても発熱せず、長期的に安定して動作する半導体装置をより確実に得ることができる。
＜第４の実施の形態＞
次に本発明の第４の実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、前述の第１および第２の実施の形態の半導体装置の製造方法と類似しており、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の形成工程である電極形成工程が異なる。したがって、前述の第１および第２の実施の形態と異なる電極形成工程について説明し、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１の実施の形態と共通する説明を省略する。
次に本発明の第４の実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、前述の第１および第２の実施の形態の半導体装置の製造方法と類似しており、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の形成工程である電極形成工程が異なる。したがって、前述の第１および第２の実施の形態と異なる電極形成工程について説明し、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１の実施の形態と共通する説明を省略する。
第１および第２の実施の形態の電極形成工程では、真空蒸着法によって第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１を形成するが、本実施の形態の電極形成工程では、スパッタリング法によって第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１を形成する。具体的には、まず、スパッタリング法によって、第１ｐ型オーミック電極１０として第１のＰｄ膜をｐ型ＧａＮコンタクト層７上に約２０ｎｍ成膜する。第１のＰｄ膜の成膜後、たとえば酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）および一酸化窒素（ＮＯ）などの酸素原子を含むガスをスパッタチャンバー内に供給し、第１のＰｄ膜の表面を酸化させ、第１のＰｄ膜中に酸素を取り込む。酸素原子を含むガスを供給するときに、プラズマを発生させてもよい。その後、再度真空にし、スパッタリング法によって、第１ｐ型オーミック電極１０として第２のＰｄ膜を第１のＰｄ膜上に約３０ｎｍ成膜する。このようにして、第１および第２のＰｄ膜から成る第１ｐ型オーミック電極１０を形成する。続いて第２ｐ型オーミック電極１１としてＴａ膜を約２０ｎｍ成膜する。
第１および第２のＰｄ膜およびＴａ膜を成膜する一連の作業を同一のスパッタ装置で行った後、第１および第２の実施の形態と同様に、熱処理工程において、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下、具体的には、酸素原子を含まないガス、たとえば窒素およびアルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下または真空中で、４００℃〜７００℃の範囲の熱処理温度で、第１および第２ｐ型オーミック電極１０，１１の熱処理を行う。これによって、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗を低減することができる。
第１のＰｄ膜中に酸素を取り込むときに、第１のＰｄ膜が形成されたｎ型低抵抗ＧａＮ基板１を１００℃〜３００℃に昇温すると、第１のＰｄ膜への酸素の取り込み量が増えて、熱処理後におけるｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗がより低くなる。またこの昇温は、酸素原子を含むガスを供給しながら行ってもよいし、酸素原子を含むガスを供給した後、ガス供給を停止して真空にした後に昇温を行ってもよい。
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、第１ｐ型オーミック電極１０を構成する第１のＰｄ膜は、成膜した後、表面を酸化させることによって形成されるので、第１のＰｄ膜中に酸素原子が取り込まれて、第１ｐ型オーミック電極１０中に酸素原子が取り込まれる。第１ｐ型オーミック電極１０に取り込まれた酸素原子により、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理を行っても、ｐ型ＧａＮコンタクト層７中のＧａが外方拡散してＧａ空孔が形成されてアクセプタとして働くので、ホール濃度が高くなり、ｐ型ＧａＮコンタクト層７に対する第１ｐ型オーミック電極１０の接触抵抗が低減される。
また第２ｐ型オーミック電極１１であるＴａ膜の成膜後に酸素を供給していないこと、ならびに酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で熱処理を行っていることによって、熱処理を行ったときに金属酸化膜が形成されない。特に、Ｔａ膜と接する第２のＰｄ膜には酸素が含まれないので、第１の実施の形態よりもＴａ膜の酸化をさらに抑制することができる。これによって、ｐ型オーミック電極中に高抵抗の膜が形成されることをさらに確実に防ぐことができるので、高い電流密度で動作させても発熱せず、長期的に安定して動作する半導体装置をさらに確実に得ることができる。
１ ｎ型低抵抗ＧａＮ基板、２ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、３ ｎ型ＧａＮガイド層、４ ＩｎＧａＮ量子井戸活性層、５ ｐ型ＧａＮガイド層、６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、７ ｐ型ＧａＮコンタクト層、８ リッジ部、９ 絶縁膜、１０ 第１ｐ型オーミック電極、１１ 第２ｐ型オーミック電極、１２ パッド電極、１３ ｎ型オーミック電極、２０ 半導体装置。
Claims (3)
- 窒化物半導体から成るｐ型コンタクト層上に、パラジウム（Ｐｄ）膜およびタンタル（Ｔａ）膜を順次形成して、前記パラジウム（Ｐｄ）膜および前記タンタル（Ｔａ）膜から成る金属膜で構成されるオーミック電極を形成する工程を、前記金属膜中に酸素原子が含まれるように実行する電極形成工程と、
酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で、前記オーミック電極を熱処理する熱処理工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記電極形成工程では、
前記パラジウム（Ｐｄ）膜を、前記パラジウム（Ｐｄ）膜中に酸素原子が含まれるように形成し、
前記タンタル（Ｔａ）膜を、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記パラジウム（Ｐｄ）膜は、第１および第２のパラジウム（Ｐｄ）膜から成り、
前記電極形成工程では、
前記第１のパラジウム（Ｐｄ）膜中に酸素原子が含まれるように、前記第１のパラジウム（Ｐｄ）膜を前記ｐ型コンタクト層上に形成し、前記第１のパラジウム（Ｐｄ）膜上に、酸素原子を含むガスを含まない雰囲気下で前記第２のパラジウム（Ｐｄ）膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
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Legal Events
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101018 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20111020 |