JP2014011185A - Iii族窒化物系化合物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 n型層140の上に、第1金属層S11、第2金属層S12、第3金属層S13、第4金属層S14、をこの順序で形成する。第1金属層S11は、Tiから成る層である。第2金属層S12は、厚み250nm以上のAlから成る層である。第3金属層S13は、Niから成る層である。第4金属層S14は、Auから成る層である。電極を形成した後のオーミックアロイ工程での熱処理温度を550℃程度とする。
【選択図】図2
Description
1.縦型構造の半導体装置
本実施形態に係るパワーデバイス100を図1に示す。パワーデバイス100は、npnトランジスタ型の縦型構造の半導体装置である。パワーデバイス100には、図1中の下側に示すように、ドレイン電極D1が形成されている。そして、ドレイン電極D1の形成面の反対側の面に、図1中の上側に示すように、ゲート電極G1と、ソース電極S1とが形成されている。
本実施形態のパワーデバイス100は、ソース電極S1の構造およびその製造方法に特徴を有している。図2に示すように、ソース電極S1は、第1金属層S11と、第2金属層S12と、第3金属層S13と、第4金属層S14と、を有している。各層の形成順序は、n型層140から順に、第1金属層S11、第2金属層S12、第3金属層S13、第4金属層S14である。
金属層 材質 厚み
第4金属層 Au 10nm以上 100nm以下
第3金属層 Ni 10nm以上 100nm以下
第2金属層 Al 250nm以上 5000nm以下
第1金属層 Ti 10nm以上 100nm以下
n型層 n型GaN
続いて、電極の形成方法について説明する。この電極の形成方法は、前述した電極を形成するのに用いられる方法である。そして、後述する電極形成工程で実際に用いられることとなる。
続いて、電極の形成方法について説明する。まず、露出しているn型層140の上に第1金属層S11を形成する。次に、第1金属層S11の上に第2金属層S12を形成する。そして、第2金属層S12の上に第3金属層S13を形成する。第3金属層S13の上に第4金属層S14を形成する。これにより、図2に示した電極構造が形成される。
次に、熱処理工程を行う。この熱処理工程は、ソース電極S1とn型層140との間の接触抵抗を小さくするためのオーミックアロイ工程である。熱処理工程での熱処理温度は、500℃以上650℃以下の範囲内である。この熱処理工程は、電極を形成した後であれば、いつ行ってもよい。熱処理温度が、それほど高くないため、その後の他の工程と入れ換えてもよい。
供給ガスの種類 窒素ガス
基板温度 500℃以上650℃以下
処理時間 5秒以上1000秒以下
ここで、半導体装置の製造方法について説明する。
まず、有機金属気相成長法(MOCVD法)により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる半導体層形成工程を行う。具体的には、基板110に、n型層120と、p型層130と、n型層140とを、この順序で形成する。これにより、基板110に各半導体層の形成された積層体が形成される。
次に、エッチングにより、半導体層に凹凸形状を形成する。これにより、図1に示した台形形状およびトレンチ160がストライプ状に形成される。このエッチングには、例えば、Cl2 を用いることができる。その他のドライエッチングもしくはウェットエッチングを用いてもよい。
続いて、電極形成工程を行う。この工程において、前述した電極の形成方法を用いればよい。n型層140の上にソース電極S1を形成する。
次に、絶縁膜150を形成する。その形成箇所は、図1の上側の面である。ドレイン電極D1を形成する側の面には、絶縁膜を形成しない。ただし、ドレイン電極D1の側にも絶縁膜を形成してもよい。
そして、Cl2 を用いてエッチングを行う。エッチング対象箇所を除いてマスクで覆い、凹部15を形成する箇所にCl2 ガスが供給されるようにする。これにより、絶縁膜150および第3金属層S13および第4金属層S14の一部が除去されて、第2金属層S12の一部が露出される。その結果、凹部S15が形成される。そして、凹部S15に金属の層を形成し、図2に示したような導電部S16を形成する。
次に、ゲート電極G1およびドレイン電極D1を形成する。
そして、最後にBHF溶液(NH4 F/HF/H2 0)により、パワーデバイス100の表面を洗浄する。これにより、パワーデバイス100の電極表面上に残留している絶縁膜を取り除く。
5−1.接触抵抗率等
上記の製造方法により製造されたパワーデバイス100におけるn型層140と、ソース電極S1との間の接触抵抗率は、1×10-6Ωcm2 以下であった。また、オーミックアロイ工程での熱処理温度がそれほど高くないため、半導体層の結晶性はよい。
従来におけるパワーデバイスの電極構造の一例を表3に示す。表3に示すように、Al層の厚みが、本実施形態のパワーデバイス100に比べて薄い。そのため、オーミックアロイ工程により、半導体層と電極との間のオーミック接触を実現するためには、熱処理温度を850℃程度の高い温度とする必要があった。そのため、オーミックアロイ工程により、半導体の結晶性が劣化することがあった。
金属層 厚み
Au層 50nm
Ni層 35nm
Al層 60nm
Ti層 17.5nm
半導体層
ここで、次の実施例および比較例の積層体について行った実験について説明する。積層体とは、基板に半導体層および電極を形成したものである。そして、後述する実施例の積層体と、比較例の積層体とで、次の実験を行った。
実施例では、半導体層の側から、Ti層、Al層、Ni層、Au層の順で形成した。これらの層の厚みは、次のとおりである。
金属層 厚み
Au層 50nm
Ni層 35nm
Al層 300nm
Ti層 17.5nm
半導体層
比較例1では、半導体層の側から、Ti層、Al層の順で形成した。これらの層の厚みは、次のとおりである。
金属層 厚み
Al層 60nm
Ti層 17.5nm
半導体層
比較例2では、半導体層の側から、Ti層、Al層、Ni層、Au層の順で形成した。これらの層の厚みは、次のとおりである。
金属層 厚み
Au層 50nm
Ni層 35nm
Al層 60nm
Ti層 17.5nm
半導体層
接触抵抗率 熱処理温度 エッチング耐性
実施例 ○ ○ ○
比較例1 ○ ○ ×
比較例2 ○ × ○
7−1.III 族窒化物系化合物半導体層
本実施形態では、半導体層は、GaNから成るものとした。しかし、AlGaNやInGaN、AlInGaN等、その他のIII 族窒化物系化合物半導体から成る層であってもよい。もちろん、これらのIII 族窒化物系化合物半導体から成る層が一部に含まれていてもよい。
本実施形態の電極の形成方法を、ソース電極S1に適用することとした。しかし、素子の構造により、図2に示したような導電部を形成する場合には、ドレイン電極やゲート電極にも適用することができる。
本実施形態では、ソース電極S1をn型半導体層であるn型層140の上に形成することとした。しかし、p型半導体層の上に電極を形成する場合にも、もちろん適用することができる。
以上詳細に説明したように、本実施形態のパワーデバイス100の製造方法では、n型層140に第1金属層S11、第2金属層S12、第3金属層S13、第4金属層S14をこの順序で形成する。ここで、第2金属層S12(Al層)の厚みは、250nm以上である。そのため、オーミックアロイ工程での熱処理温度を550℃程度とすることができる。したがって、半導体の結晶性を悪化させるおそれがほとんどない。
第2の実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、横型構造のパワーデバイス200である。電極構造および電極の形成方法については、第1の実施形態と同様である。したがって、異なる箇所のみについて説明する。
パワーデバイス200を図3に示す。パワーデバイス200は、HFETである。パワーデバイス200は、基板210と、バッファ層220と、第1キャリア走行層230と、第2キャリア走行層240と、キャリア供給層250と、絶縁膜260と、ドレイン電極D2と、ソース電極S2と、ゲート電極G2と、を有している。
パワーデバイス200を製造する場合にも、基板210の上に半導体層を形成する(半導体層形成工程)。そして、マスクを用いて、凹部261を形成し、絶縁膜260を形成する。そして、ソース電極S2およびドレイン電極D2を、キャリア供給層250の上に形成する。そして、ゲート電極G2を、絶縁膜260の上に形成する(電極形成工程)。つまり、第1の実施形態と同様に、半導体層形成工程および電極形成工程を有する。
第2の実施形態においても、第1の実施形態で説明した全ての変形例を適用することができる。
以上詳細に説明したように、本実施形態のパワーデバイス200の製造方法では、キャリア供給層250に第1金属層S11、第2金属層S12、第3金属層S13、第4金属層S14をこの順序で形成する。ここで、第2金属層S12(Al層)の厚みは、250nm以上である。そのため、オーミックアロイ工程での熱処理温度を550℃程度とすることができる。したがって、半導体の結晶性を悪化させるおそれがほとんどない。
第3の実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、発光素子300である。電極構造および電極の形成方法については、第1の実施形態と同様である。したがって、異なる箇所のみについて説明する。
発光素子300を図4により説明する。発光素子300は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子300は、図4に示すように、発光素子300は、基板310に、低温バッファ層320と、n型コンタクト層330と、n型ESD層340と、n型SL層350と、発光層360と、p型クラッド層370と、p型コンタクト層380とを有している。また、n型コンタクト層330には、n電極N3が形成されている。p型コンタクト層380には、p電極P3が形成されている。
発光素子300を製造する場合にも、基板310の上に半導体層を形成する(半導体層形成工程)。そして、p電極P3を形成し、n型コンタクト層330を露出させてn電極N3を形成する(電極形成工程)。つまり、第1の実施形態と同様に、半導体層形成工程および電極形成工程を有する。
第3の実施形態においても、第1の実施形態で説明した全ての変形例を適用することができる。
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子300の製造方法では、n型コンタクト層330に第1金属層S11、第2金属層S12、第3金属層S13、第4金属層S14をこの順序で形成する。ここで、第2金属層S12(Al層)の厚みは、250nm以上である。そのため、オーミックアロイ工程での熱処理温度を550℃程度とすることができる。したがって、半導体の結晶性を悪化させるおそれがほとんどない。
110…基板
120…n型層
130…p型層
140…n型層
150…絶縁膜
G1…ゲート電極
D1…ドレイン電極
S1…ソース電極
S11…第1金属層
S12…第2金属層
S13…第3金属層
S14…第4金属層
S15…凹部
S16…導電部
200…パワーデバイス
250…キャリア供給層
G2…ゲート電極
D2…ドレイン電極
S2…ソース電極
300…発光素子
330…n型コンタクト層
380…p型コンタクト層
N3…n電極
P3…p電極
Claims (6)
- 基板と、
前記基板に形成されたIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層と、
前記半導体層に形成された複数の電極と、
を有するIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
前記電極のうちの少なくとも1つは、
前記半導体層の上に形成された第1の電極層と、
前記第1の電極層の上に形成された第2の電極層と、
前記第2の電極層の上に形成された第3の電極層と、
前記第3の電極層の上に形成された第4の電極層と、
を有し、
前記第2の電極層は、
250nm以上の厚みのAlから成る層であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。 - 請求項1に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
前記第2の電極層は、
300nm以上の厚みのAlから成る層であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。 - 請求項2に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
前記第2の電極層は、
5000nm以下の厚みのAlから成る層であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
前記第1の電極層は、
Tiから成る層であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
前記第3の電極層は、Niから成る層であり、
前記第4の電極層は、Auから成る層であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。 - III 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層を形成する半導体形成工程と、
前記半導体層に電極を形成する電極形成工程と、
を有するIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法において、
前記電極形成工程は、
前記半導体層の上に第1の電極層を形成する第1の電極層形成工程と、
前記第1の電極層の上に第2の電極層を形成する第2の電極層形成工程と、
熱処理を行う熱処理工程と、
を有し、
前記第2の電極層形成工程は、
前記第2の電極層として250nm以上の厚みのAlから成る層を形成する工程であり、
前記熱処理工程は、
500℃以上650℃以下の範囲内の温度で熱処理を行う工程であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法。
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