JP2011238866A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置において低抵抗なオーミック性を有し、酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を持つ電極を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明に係る第１の半導体装置は、窒化物半導体層１と、窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、窒化物半導体層１は電極下に、それ以外の部分よりも高濃度にｎ型不純物を含む高濃度不純物領域２を備え、電極は、窒化物半導体層１上に設けられた第一金属層３と、第一金属層３上に設けられた第二金属層４と、第二金属層４上に設けられた第三金属層５と、を備え、第一金属層３は第二金属層４よりも窒化物半導体層１との高い密着性を有する金属を含み、第三金属層５は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor : ＨＥＭＴ）、レーザーダイオードなどの半導体装置に関するものであり、特にｎ型窒化物半導体層への接触抵抗の低いオーミック性電極であって、酸・アルカリに対する腐食に耐性のある電極を安定的に形成する技術に関する。

III族窒化物半導体を用いたＨＥＭＴを高出力、高周波で動作させるための重要な課題の一つは、ソース・ドレイン電極のコンタクト抵抗を十分に低下させることである。コンタクト抵抗が大きいと寄生抵抗が増大し、その結果トランスコンダクタンスが低くなり、出力電圧、動作周波数が低下するからである。

ｎ型III族窒化物半導体層に対して良好なオーミックコンタクトを得る手段として、特許文献１では、ＳｉドープＧａＮ層にＴｉとＡｌが含まれる合金、又はＴｉとＡｌとが積層された多層膜を形成する方法が知られている。

特開平７−２２１１０３号公報（第２〜５頁）

しかし、接触抵抗を低くするためにＡｌを含む構造にすると、形成工程におけるエッチングで電極が損傷するために安定して形成することが困難である。

又、電極が酸やアルカリで腐食することにより、特性が低下したり半導体層から剥離するという問題もある。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、半導体装置において低抵抗なオーミック性を有し、酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を持つ電極を得ることを目的とする。

本発明に係る第１の半導体装置は、窒化物半導体層と、窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、窒化物半導体層は電極下に、それ以外の部分よりも高濃度にｎ型不純物を含む高濃度不純物領域を備え、電極は、窒化物半導体層上に設けられた第一金属層と、第一金属層上に設けられた第二金属層と、第二金属層上に設けられた第三金属層と、を備え、第一金属層は第二金属層よりも窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を含み、第三金属層は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含む。

本発明に係る第２の半導体装置は、窒化物半導体層と、窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、窒化物半導体層は少なくとも電極下においてｎ型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上含み、電極は、窒化物半導体層上に設けられた第一金属層と、第一金属層上に設けられた第二金属層と、第二金属層上に設けられた第三金属層と、を備え、第一金属層は第二金属層よりも窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を含み、第三金属層は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含む。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）窒化物半導体層を準備する工程と、（ｂ）窒化物半導体層上に電極を形成する工程とを備え、工程（ａ）は、少なくとも電極下となるべき所定領域に不純物としてＳｉイオンを１×１０¹⁵ｃｍ^-2以上の注入濃度で注入することにより、所定領域の不純物濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の窒化物半導体層を準備する工程であり、工程（ｂ）は、（ｂ１）窒化物半導体層上に第一金属層を形成する工程と、（ｂ２）第一金属層上に第二金属層を形成する工程と、（ｂ３）第二金属層上に第三金属層を形成する工程とを備え、工程（ｂ１）は、第二金属層よりも窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を用いて第一金属層を形成する工程であり、工程（ｂ３）は、水素よりもイオン化傾向の小さい金属を用いて第三金属層を形成する工程である。

本発明に係る第１の半導体装置において、窒化物半導体層は電極下に、それ以外の部分よりも高濃度にｎ型不純物を含む高濃度不純物領域を備える。また、第一金属層は第二金属層よりも窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を含み、第三金属層は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含む。高濃度不純物領域によって、金属と半導体の界面に生じるエネルギー障壁の幅が狭くなり、トンネル効果によってオーミック接触が実現する。さらに、窒化物半導体層との密着性が良い第一金属層によって電極は窒化物半導体層から剥離しにくく安定的である。また、第三金属層によって電極は酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を持つ。

また、本発明に係る第２の半導体装置において、窒化物半導体層は少なくとも電極下においてｎ型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上含み、第一金属層は第二金属層よりも窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を含み、第三金属層は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含む。窒化物半導体層がｎ型不純物を高濃度に含むことによって、金属と半導体の界面に生じるエネルギー障壁の幅が狭くなり、トンネル効果によってオーミック接触が実現する。さらに、窒化物半導体層との密着性が良い第一金属層によって電極は窒化物半導体層から剥離しにくく安定的である。また、第三金属層によって電極は酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を持つ。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、工程（ａ）において、少なくとも電極下となるべき所定領域に不純物としてＳｉイオンを１×１０¹⁵ｃｍ^-2以上の注入濃度で注入することにより、所定領域の不純物濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の窒化物半導体層を準備することにより、その上に形成される積層電極との間に良好なオーミック接触を得ることが出来る。そして、工程（ｂ１）において、第二金属層よりも窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を用いて第一金属層を第二金属層上に形成することにより、窒化物半導体層から剥離しにくい安定的な電極構造となる。また、工程（ｂ３）において、水素よりもイオン化傾向の小さい金属を用いて第三金属層を第二金属層上に形成することにより、腐食に耐性のある電極構造となる。

実施の形態１の電極構造を示す断面模式図である。 Ｓｉ添加の有無による電極の通電特性の違いを示す図である。 半導体層の深さ方向の不純物濃度分布を示す図である。 実施の形態１の電極を構成する各金属層の厚さを示した図である。 実施の形態１の電極の接触抵抗値のＴｉ膜厚依存性を示した図である。 実施の形態１の電極の接触抵抗値のＮｂ膜厚依存性を示した図である。 実施の形態２のＨＥＭＴの構造を示す断面模式図である。

（実施の形態１）
＜構成＞
図１は、実施の形態１に係る電極構造を示した断面図である。実施の形態１の電極構造は、図示しないＳｉＣ基板の上に形成されたＡｌＧａＮ層（窒化物半導体層）１のうち、高濃度にｎ型不純物を添加された高濃度不純物領域２を備え、高濃度にｎ型不純物を含むＡｌＧａＮ層２の上に電極層として順に形成された第一金属層３、第二金属層４、第三金属層５を備えている。

高濃度にｎ型不純物を含む窒化物半導体層２は、キャリア濃度を増大させることでオーミック電極と接触する領域のコンタクト抵抗を低減するためのものである。ここでは、ｎ型不純物はＳｉとする。Ｓｉを１×１０²⁰ｃｍ^-3で注入し、活性化率を１０％とすると不純物濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。この場合に図２に示すようにオーミック接触を得た。

図２は、ＡｌＧａＮ層１中にｎ型不純物としてＳｉを添加した場合と、添加していない場合の通電特性を示したグラフである。横軸が印加電圧、縦軸が流れた電流である。これによると、Ｓｉを添加した場合には、印加電圧の大きさに比例して電流値が増大しており、良好なオーミック性を確認できるが、Ｓｉを添加していない場合には印加電圧によらず、ほとんど電流が流れないことがわかる。発明者の実験によれば、少なくとも電極下の領域において、少なくとも上記濃度でｎ型不純物（例えばＳｉ）を注入することにより、下記の第一〜第三金属層３〜５よりなる電極と窒化物半導体層１との間で良好なオーミック接触が得られる。

第一金属層３は、ＡｌＧａＮ層１中の窒素と結合し、オーミック電極のＡｌＧａＮ層１への付着力を高めるためのものである。ここでは、Ｔｉとする。膜厚は２０ｎｍとする。

第二金属層４は第一金属層３よりもＡｌＧａＮ層１の電子親和力に近い仕事関数を有する。例えばＮｂが用いられる。膜厚は５０ｎｍとする。

第三金属層５は、酸・アルカリによる腐食に耐性を持つことを主目的とし、ドライエッチングにも耐性のあることが望ましい。このような観点から、水素よりもイオン化傾向の小さな金属とする。ここでは、Ａｕとする。膜厚は５５ｎｍとする。

このように、本実施の形態の半導体装置は、窒化物半導体層１と、窒化物半導体層上に設けられた電極とを備え、窒化物半導体層１は電極下に、それ以外の部分よりも高濃度にｎ型不純物を含む高濃度不純物領域２を備える。高濃度不純物領域２は例えばｎ型不純物としてＳｉを含み、その不純物濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上である。言い換えれば、窒化物半導体層１は少なくとも電極下において、Ｓｉなどのｎ型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上含む。電極は、窒化物半導体層１上に設けられた第一金属層３と、第一金属層３上に設けられた第二金属層４と、第二金属層４上に設けられた第三金属層５とを備える。第一金属層３は第二金属層４よりも窒化物半導体層１との高い密着性を有する金属を含み、第三金属層５は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含む。こうした構成により、耐腐食性を有し、且つ安定的なオーミック電極となる。

窒化物半導体層１にｎ型不純物が高濃度に添加されることと、窒化物半導体層１上に積層電極構造３，４，５が形成されることは、本発明の課題の解決に必須の要件である。一般に金属と半導体を接合した場合、熱平衡状態においてこれら二つの物質のフェルミ準位が一致しなければならないことから、金属と半導体の界面には理想的には金属の仕事関数と半導体の電子親和力の差分に相当するエネルギー障壁が存在することになる。

例えばイオン注入によって窒化物半導体層１中に高濃度のｎ型不純物が添加されることにより、金属・半導体接触によるエネルギーバンドは変調を受け、ｎ型不純物が添加された界面近傍の伝導帯エネルギーは引き下げられることになる。その結果、前述のエネルギー障壁は高さを変えないまま薄くなる。従って、エネルギー障壁を電子がトンネルする確率が上昇するためオーミック接触となり、コンタクト抵抗を低減する効果が得られる。

次に第一金属層３は、窒化物半導体層１中の窒素と結合し窒化物を形成することによって、電極の安定化を図り剥離が発生することを抑制している。また窒化物半導体層１中から窒素が抜けて生じる窒素空孔はｎ型不純物として作用するため、前述の通りエネルギー障壁を薄くしてコンタクト抵抗を低減する効果も奏する。第一金属層３の材料としてはＴｉ、Ｔａ、Ｎｉ等が考えられるが、窒化物を形成しやすいＴｉやＴａがより望ましい。

第一金属層３の選定主旨が窒化物形成の容易さであったことから、コンタクト抵抗が考慮されていない点を補う目的で第二金属層４が必要となる。前述の通り、金属・半導体接触界面に存在するエネルギー障壁の高さは金属の仕事関数と半導体の電子親和力の差分に相当する。従って、第二金属層４には仕事関数が半導体の電子親和力と近い金属を用いることでエネルギー障壁の高さを低くすることができ、電子のトンネル確率が上昇するためコンタクト抵抗を低減する。例えばＮｂを用いる。但し、第二金属層４が窒化物半導体層１と接触するためには、第一金属層３と相互拡散する必要があることから、電極形成後の熱処理は必須であり、また第一金属層３が厚すぎてはコンタクト抵抗が増大するため、第一金属層１の膜厚には上限が存在する。ここで参考までに金属の仕事関数及び半導体の電子親和力について示すと、Ｔｉ（４．３３ｅＶ）、Ｔａ（４．２５ｅＶ）、Ｎｉ（５．１５ｅＶ）、Ａｌ（４．２８ｅＶ）、Ｎｂ（４．３ｅＶ）、ＧａＮ（４．１ｅＶ）、ＡｌＮ（０．６ｅＶ）である。

次に、第三金属層５に化学的安定度の高い貴金属を用いることで酸・アルカリへの腐食耐性が劣化することを抑制できる。貴金属としては、水素イオンよりもイオン化傾向が小さければ良い。例えばＳｂ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒなどが用いられる。但し、自然酸化などによる電極材料の変成に伴い酸・アルカリへの腐食耐性が劣化することも防止するという観点からは、ＡｕかＰｔのように酸化しにくい金属が好ましい。

以上の構成により、腐食耐性を有し、且つ安定的な（剥離しにくい）オーミック電極となる。

＜製造工程＞
次に、実施の形態１の電極構造の製造工程について説明する。

まず、ＳｉＣ基板（図示せず）上に有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition : ＭＯＣＶＤ）法によりＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）層（ＡｌＧａＮ層１）をエピタキシャル成長させる。

図３は、Ｓｉイオンを加速エネルギー３０〜２００ＫｅＶ、注入濃度１×１０¹⁵ｃｍ^-2でＡｌＧａＮ層１に注入したときの、ＡｌＧａＮ層１中のＳｉ濃度の深さ依存性をモンテカルロ計算で求めたグラフである。図３から、５０ＫｅＶの加速エネルギーで１×１０¹⁵ｃｍ^-2の注入濃度のＳｉイオンを注入した場合のＡｌＧａＮ層１の表面におけるＳｉ濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上になることが分かる。

上記の結果に基づき、ＡｌＧａＮ層１にＳｉイオンを１×１０¹⁵ｃｍ^-2の注入濃度、５０ＫｅＶの加速エネルギーで注入し、Ｓｉ濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3とする。なお、Ｓｉイオン注入を実施しなくとも安定的な電極の形成自体に問題はないが、図２に示すようにコンタクト抵抗のオーミック性を良好に得るために実施しておく必要がある。

次に、ＡｌＧａＮ層１に１１００〜１２００℃の温度で短時間の急速加熱処理（ＲＴＡ）を行なう。

そして、上記の通りＳｉを添加したＡｌＧａＮ層１の上に以下の方法で電極を形成する。

まず、電極を形成する場所以外にレジストパターン（図示せず）を形成し、その上に第一金属層３、第二金属層４、第三金属層５を順に蒸着する。第一金属層３の厚さは２０ｎｍ、第二金属層４の厚さは５０ｎｍとし、第三金属層５の厚さは第一金属層３の厚さおよび第二金属層４の厚さと合わせて１２５ｎｍになるように設計する。

次にレジストパターンを除去し、４００〜７００℃の温度で短時間のＲＴＡ処理を行なう。この熱処理効果により、電極の各金属は相互に熱拡散することが分かっている。従って、第一金属層３が十分に薄ければ、相互拡散の結果、第二金属層４が窒化物半導体層１と接触することができ、第二金属層４は第一金属層３よりも仕事関数が低いため、電極金属と半導体の間のエネルギー障壁の高さを下げ、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極が得られる。

すなわち、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、（ａ）窒化物半導体層１を準備する工程と、（ｂ）窒化物半導体層１上に電極を形成する工程とを備える。工程（ａ）は、少なくとも電極下となるべき所定領域に不純物としてＳｉイオンを１×１０¹⁵ｃｍ^-2以上の注入濃度で注入することにより、所定領域の不純物濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の窒化物半導体層を準備する工程である。工程（ｂ）は、（ｂ１）窒化物半導体層１上に第一金属層３を形成する工程と、（ｂ２）第一金属層３上に第二金属層４を形成する工程と、（ｂ３）第二金属層４上に第三金属層５を形成する工程と、を備える。工程（ｂ１）は、第二金属層よりも窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を用いて第一金属層を形成する工程であり、工程（ｂ３）は、水素よりもイオン化傾向の小さい金属を用いて第三金属層を形成する工程である。このような製造工程により、半導体装置において低抵抗なオーミック性を有し、酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を持つ電極を得ることが出来る。

さらに、工程（ｂ２）は、窒化物半導体層に対して第一金属層３よりも窒化物半導体層の電子親和力に近い仕事関数を有する金属を用いて第二金属層４を形成する工程である。これにより、電極と窒化物半導体層１の接触界面に存在するエネルギー障壁の高さを低くすることができ、電子のトンネル確率が上昇するためコンタクト抵抗を低減する。

＜各金属層の厚さ＞
上記の説明では、第一金属層３の厚さを２０ｎｍ、第二金属層４の厚さを５０ｎｍ、第三金属層５の厚さを５５ｎｍとしたが、必ずしもこの厚さである必要はない。金属層の厚さの限界を調べるために、各金属層の厚さの組み合わせを変えて評価を実施した。

図４に、各金属層の厚みの組み合わせを示す。Ｎｂ（第二金属層４）は５０ｎｍで一定とし、Ｔｉ（第一金属層３）を１０ｎｍ，１５ｎｍ，２０ｎｍ，２５ｎｍと変化させ、それに伴いＡｕ（第三金属層５）を６５ｎｍ，６０ｎｍ，５５ｎｍ，５０ｎｍと変化させて各金属層の厚さの合計を１２５ｎｍとしている。

図４に示した組み合わせの金属層からなるオーミック電極のコンタクト抵抗ρ_cをＴＬＭ（Transfer Length Method）法により求めた値を図５に示す。横軸がＴｉ膜厚、縦軸がコンタクト抵抗である。これによると、Ｔｉ膜厚が１５ｎｍ以下になると急激にコンタクト抵抗が増大する傾向が得られた。よって、第一金属層３の厚さは１５ｎｍ以上必要であることが分かる。

第一金属層３の厚さの上限についても考慮する。第一金属層３の効果は、窒化物半導体層１中の窒素と結合してオーミック電極の半導体上への付着力を高める点にあり、低いコンタクト抵抗を得るための仕事関数やウェットエッチング耐性については考慮しない。したがって、第一金属層３をあまりに厚く形成してしまうと、第二金属層４の熱拡散による窒化物半導体層１との接触を妨げ、コンタクト抵抗の増加を招くばかりか課題としている酸・アルカリに対する腐食耐性を欠く結果となる。経験的には、第一金属層３は２５ｎｍ以下で形成すると良い。以上のことから、第一金属層３は１５ｎｍ〜２５ｎｍにすることが望ましい。

次に、第二金属層４の厚さについて考慮する。図６は、コンタクト抵抗のＮｂ（第二金属層４）膜厚依存性を示したグラフである。横軸がＮｂの膜厚であり、縦軸はコンタクト抵抗ρ_cである。第一金属層３はＴｉとし、その膜厚が２０ｎｍ，２５ｎｍのそれぞれについてＮｂの膜厚を変化させたときのコンタクト抵抗ρ_cを調べた。

図６において、コンタクト抵抗はＮｂの厚さが４０ｎｍ以下においては一定して１×１０^-5Ωｃｍ²以上を示しているのに対して、Ｎｂを５０ｎｍにすると１×１０^-5Ωｃｍ²以下の低いコンタクト抵抗が得られた。この傾向に関しては、Ｔｉ（第一金属層３）の膜厚が２０ｎｍのものと２５ｎｍのものとで差は見られない。以上の結果より、窒化物半導体層１と電極のコンタクト抵抗値を急激に低減するためには、Ｎｂ（第二金属層４）の厚さは４５ｎｍ以上必要であるといえる。

これらのことから、最も薄く電極層を形成するならば第一金属層３を１５ｎｍ、第二金属層４を４５ｎｍ、第三金属層を１０ｎｍとし、電極層は７０ｎｍとなる。

なお、上記の説明では窒化物半導体層１としてｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）層を用いたが、これに限らず、例えばｎ型Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を用いても良い。

又、窒化物半導体層１はＭＯＣＶＤ法で形成することとしたが、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などのほかのエピタキシャル成長法を用いて形成しても良い。

さらに、基板はＳｉＣ基板としたが、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ基板、サファイア基板であっても同様の効果を得ることが可能である。

＜効果＞
本実施の形態の半導体装置によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の半導体装置は、窒化物半導体層１と、窒化物半導体層１上に設けられた電極とを備え、窒化物半導体層１は電極下に、それ以外の部分よりも高濃度にｎ型不純物を含む高濃度不純物領域２を備え、電極は、窒化物半導体層１上に設けられた第一金属層３と、第一金属層３上に設けられた第二金属層４と、第二金属層４上に設けられた第三金属層５と、を備え、第一金属層３は第二金属層４よりも窒化物半導体層１との高い密着性を有する金属を含み、第三金属層５は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含むことを特徴とする。高濃度不純物領域２によって、金属と半導体の界面に生じるエネルギー障壁の幅が狭くなり、トンネル効果によってオーミック接触が実現する。さらに、窒化物半導体層１との密着性が良い第一金属層３によって電極は窒化物半導体層１から剥離しにくく安定的である。また、第三金属層５によって電極は酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を持つ。

また、高濃度不純物領域２はｎ型不純物としてＳｉを含み、その不純物濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上であることを特徴とする。高濃度のＳｉにより、金属と半導体の界面に生じるエネルギー障壁の幅が狭くなり、トンネル効果によってオーミック接触が実現する。

あるいは、本実施の形態の半導体装置は、窒化物半導体層１と、窒化物半導体層１上に設けられた電極とを備え、窒化物半導体層１は少なくとも電極下においてｎ型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上含み、電極は、窒化物半導体層１上に設けられた第一金属層３と、第一金属層３上に設けられた第二金属層４と、第二金属層４上に設けられた第三金属層５とを備え、第一金属層３は第二金属層４よりも窒化物半導体１層との高い密着性を有する金属を含み、第三金属層５は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含む。窒化物半導体層１がｎ型不純物を高濃度に含むことによって、金属と半導体の界面に生じるエネルギー障壁の幅が狭くなり、トンネル効果によってオーミック接触が実現する。さらに、窒化物半導体層１との密着性が良い第一金属層３によって電極は窒化物半導体層１から剥離しにくく安定的である。また、第三金属層５によって電極は酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を持つ。

また、ｎ型不純物としてＳｉを用いても、上述の効果を奏する。

さらに、第二金属層４は窒化物半導体層１に対して第一金属層３よりも窒化物半導体層１の電子親和力に近い仕事関数を有する金属を含む。これにより、窒化物半導体層１と電極の界面でのエネルギー障壁の高さを低くすることができ、電子のトンネル確率が上昇するためコンタクト抵抗が低減する。

また、第一金属層３は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉのいずれかを主成分とすることにより、窒化物半導体層１との密着性を高めることが出来る。

さらに、第二金属層４は、Ｎｂを主成分とすることにより、コンタクト抵抗を低減することが出来る。

また、第三金属層５は、Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒのいずれかを主成分とすることにより、腐食に対して高い耐性を有する電極構造となる。

さらに、第一金属層３の厚さが１５ｎｍ〜２５ｎｍとすることにより、コンタクト抵抗を低減し、且つ熱拡散による第二金属層４と窒化物半導体層１の接触を確保する。

また、第二金属層４の厚さを４５ｎｍ以上とすることにより、コンタクト抵抗を低減する。

さらに、窒化物半導体層１は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）又はＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）のいずれかとすることにより、電極との組み合わせで本発明の効果を奏する。

また、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、（ａ）窒化物半導体層１を準備する工程と、（ｂ）窒化物半導体層１上に電極を形成する工程とを備え、工程（ａ）は、少なくとも電極下となるべき所定領域に不純物としてＳｉイオンを１×１０¹⁵ｃｍ^-2以上の注入濃度で注入することにより、所定領域の不純物濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の窒化物半導体層１を準備する工程であり、工程（ｂ）は、（ｂ１）窒化物半導体層１上に第一金属層３を形成する工程と、（ｂ２）第一金属層３上に第二金属層４を形成する工程と、（ｂ３）第二金属層４上に第三金属層５を形成する工程とを備え、工程（ｂ１）は、第二金属層４よりも窒化物半導体層１との高い密着性を有する金属を用いて第一金属層３を形成する工程であり、工程（ｂ３）は、水素よりもイオン化傾向の小さい金属を用いて第三金属層５を形成する工程である。このような製造工程により、半導体装置において低抵抗なオーミック性を有し、酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を持つ電極を得ることが出来る。

また、工程（ｂ２）では、窒化物半導体層１に対して第一金属層３よりも窒化物半導体層１の電子親和力に近い仕事関数を有する金属を用いて第二金属層４を形成する。そのため、窒化物半導体層１と電極の界面でのエネルギー障壁の高さが低くなり、電子のトンネル確率が上昇するためコンタクト抵抗が低減する。

さらに、工程（ｂ１）では、Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉのいずれかを主成分として第一金属層３を形成することにより、窒化物半導体層１との密着性を高めることが出来る。

また、工程（ｂ２）では、Ｎｂを主成分として第二金属層４を形成することにより、コンタクト抵抗を低減することが出来る。

さらに、工程（ｂ３）では、Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒのいずれかを主成分として第三金属層５を形成することにより、腐食に対して高い耐性を有する電極構造となる。

また、工程（ｂ１）では、厚さ１５ｎｍ〜２５ｎｍの第一金属層３を形成することにより、コンタクト抵抗を低減し、且つ熱拡散による第二金属層４と窒化物半導体層１の接触を確保する。

さらに、工程（ｂ２）では、厚さ４５ｎｍ以上の第二金属層４を形成することにより、コンタクト抵抗を低減する。

また、工程（ａ）では、窒化物半導体層１として、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）又はＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）層のいずれかを準備することにより、電極との組み合わせで本発明の効果を奏する。

（実施の形態２）
＜構成＞
図７は実施の形態２に係るＨＥＭＴの断面模式図である。実施の形態２に係るＨＥＭＴは実施の形態１で示した電極構造を有しており、実施の形態１と同様の構成要素には同一の番号を付している。

実施の形態２に係るＨＥＭＴは、基板７と、基板７の上に順に形成されたバッファ層８、チャネル層９、バリア層１０（実施の形態１の半導体層に対応）と、を備え、さらにバリア層１０の表面からチャネル層９にかけて、ソース・ドレイン領域としてＳｉ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3のＳｉを高濃度に含む高濃度不純物領域２を備える。

又、実施の形態２に係るＨＥＭＴは、高濃度不純物領域２上にソース・ドレイン電極として順に形成される、第一金属層３、第二金属層４、第三金属層５を備え、バリア層１０の上部にゲート電極６を備える。

＜製造工程＞
実施の形態２に係るＨＥＭＴの製造工程について説明する。

まず、基板７上に、バッファ層８、チャネル層９、バリア層１０を順に形成する。

さらに、ソース・ドレイン領域となる場所にのみ、実施の形態１で述べた方法によりＳｉイオンを加速エネルギー５０ＫｅＶ、注入濃度１×１０¹⁵ｃｍ^-2で注入し、Ｓｉを高濃度に含む領域２を形成する。

次に、ソース・ドレイン電極として、Ｓｉを高濃度に含む領域２上に第一金属層３、第二金属層４、第三金属層５を順に形成する。この際、電極金属のパターニングは、予め電極を形成しない場所にレジストによるパターンを形成した上で電極金属を堆積し、電極を形成しない場所に堆積した金属をレジストごと剥離するリフトオフ法によって行う。又、ゲート電極６もリフトオフ法により形成する。

上記の通り作成したＨＥＭＴはソース・ドレイン電極のコンタクト抵抗値が低いため、高電圧・高周波で動作させることが出来る。

なお、上記の説明ではプレーナ型のトランジスタについてのみ言及したが、選択エッチングや選択成長により、ゲートリセス構造を適用した場合についても本実施形態と同様の効果が得られる。

１ 窒化物半導体層、２ 高濃度不純物領域、３ 第一金属層、４ 第二金属層、５ 第三金属層、６ ゲート電極、７ 基板、８ バッファ層、９ チャネル層、１０ バリア層。

Claims (19)

1. 窒化物半導体層と、
   前記窒化物半導体層上に設けられた電極と、を備え、
   前記窒化物半導体層は前記電極下に、それ以外の部分よりも高濃度にｎ型不純物を含む高濃度不純物領域を備え、
   前記電極は、
   前記窒化物半導体層上に設けられた第一金属層と、
   前記第一金属層上に設けられた第二金属層と、
   前記第二金属層上に設けられた第三金属層と、を備え、
   前記第一金属層は前記第二金属層よりも前記窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を含み、
   前記第三金属層は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含むことを特徴とする、半導体装置。
2. 前記高濃度不純物領域は前記ｎ型不純物としてＳｉを含み、その不純物濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 窒化物半導体層と、
   前記窒化物半導体層上に設けられた電極と、を備え、
   前記窒化物半導体層は少なくとも前記電極下においてｎ型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上含み、
   前記電極は、
   前記窒化物半導体層上に設けられた第一金属層と、
   前記第一金属層上に設けられた第二金属層と、
   前記第二金属層上に設けられた第三金属層と、を備え、
   前記第一金属層は前記第二金属層よりも前記窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を含み、
   前記第三金属層は水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含むことを特徴とする、半導体装置。
4. 前記ｎ型不純物はＳｉであることを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記第二金属層は前記窒化物半導体層に対して前記第一金属層よりも前記窒化物半導体層の電子親和力に近い仕事関数を有する金属を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 前記第一金属層は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉのいずれかを主成分とすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記第二金属層は、Ｎｂを主成分とすることを特徴とする、請求項５又は６に記載の半導体装置。
8. 前記第三金属層は、Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒのいずれかを主成分とすることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
9. 前記第一金属層の厚さが１５ｎｍ〜２５ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置。
10. 前記第二金属層の厚さが４５ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の半導体装置。
11. 前記窒化物半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）又はＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）のいずれかであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体装置。
12. （ａ）窒化物半導体層を準備する工程と、
    （ｂ）前記窒化物半導体層上に電極を形成する工程と、を備え、
    前記工程（ａ）は、少なくとも前記電極下となるべき所定領域に不純物としてＳｉイオンを１×１０¹⁵ｃｍ^-2以上の注入濃度で注入することにより、前記所定領域の不純物濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の前記窒化物半導体層を準備する工程であり、
    前記工程（ｂ）は、
    （ｂ１）前記窒化物半導体層上に第一金属層を形成する工程と、
    （ｂ２）前記第一金属層上に第二金属層を形成する工程と、
    （ｂ３）前記第二金属層上に第三金属層を形成する工程と、を備え、
    前記工程（ｂ１）は、前記第二金属層よりも前記窒化物半導体層との高い密着性を有する金属を用いて前記第一金属層を形成する工程であり、
    前記工程（ｂ３）は、水素よりもイオン化傾向の小さい金属を用いて前記第三金属層を形成する工程である、半導体装置の製造方法。
13. 前記工程（ｂ２）は、前記窒化物半導体層に対して前記第一金属層よりも前記窒化物半導体層の電子親和力に近い仕事関数を有する金属を用いて前記第二金属層を形成する工程である、請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記工程（ｂ１）は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉのいずれかを主成分として前記第一金属層を形成する工程である、請求項１２又は１３に記載の半導体装置の製造方法。
15. 前記工程（ｂ２）は、Ｎｂを主成分として前記第二金属層を形成する工程である、請求項１２〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記工程（ｂ３）は、Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒのいずれかを主成分として前記第三金属層を形成する工程である、請求項１２〜１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
17. 前記工程（ｂ１）は、厚さ１５ｎｍ〜２５ｎｍの前記第一金属層を形成する工程である、請求項１２〜１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
18. 前記工程（ｂ２）は、厚さ４５ｎｍ以上の前記第二金属層を形成する工程である、請求項１２〜１７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
19. 前記工程（ａ）は、前記窒化物半導体層として、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）又はＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）層のいずれかを準備する工程である、請求項１２〜１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

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