JP2018163923A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration of a semiconductor device.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device includes the following steps of: forming an ohmic electrode 20 on a nitride semiconductor layer 18; forming a metal film 22 so as to cover an upper surface and a lateral face of the ohmic electrode; forming a first insulating film 24 that covers a surface of the metal film, on the nitride semiconductor layer; performing heat treatment of the ohmic electrode in a state where the first insulating film is formed; performing wet etching of the first insulating film using an etchant so as to expose the surface of the metal film; and forming a second insulating film 26 so as to cover the surface of the metal film, on the nitride semiconductor layer after the step of performing wet etching of the first insulating film.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば窒化物半導体層を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, for example, a method for manufacturing a semiconductor device having a nitride semiconductor layer.

窒化物半導体層にオーミック電極を形成する場合、窒化物半導体層にオーミック電極を形成した後に、窒化物半導体層とオーミック電極とをオーミック接触させるための熱処理を行うことが知られている(例えば特許文献1)。   When forming an ohmic electrode in a nitride semiconductor layer, it is known to perform a heat treatment for making an ohmic contact between the nitride semiconductor layer and the ohmic electrode after forming the ohmic electrode in the nitride semiconductor layer (for example, a patent) Reference 1).

特開2010−171133号公報JP 2010-171133 A

窒化物半導体層が露出した状態でオーミック接触のための熱処理を行うと、窒化物半導体層の表面が劣化してしまう。オーミック電極を絶縁膜で被覆させ熱処理を行うと、絶縁膜が劣化してしまう。オーミック電極を絶縁膜で被覆させ熱処理を行い、その後、絶縁膜を除去すると、絶縁膜の除去によりオーミック電極が劣化してしまう。   When heat treatment for ohmic contact is performed in a state where the nitride semiconductor layer is exposed, the surface of the nitride semiconductor layer is deteriorated. When the ohmic electrode is covered with an insulating film and heat treatment is performed, the insulating film deteriorates. If the ohmic electrode is covered with an insulating film and subjected to heat treatment, and then the insulating film is removed, the ohmic electrode is deteriorated due to the removal of the insulating film.

本半導体装置の製造方法は、半導体装置の劣化を抑制することを目的とする。   The manufacturing method of this semiconductor device aims at suppressing deterioration of a semiconductor device.

本発明の一実施形態は、窒化物半導体層上にオーミック電極を形成する工程と、前記オーミック電極の上面および側面を覆うように金属膜を形成する工程と、前記窒化物半導体層上に前記金属膜の表面を被覆する第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜が形成された状態で前記オーミック電極を熱処理する工程と、前記金属膜の表面が露出するように、前記第1絶縁膜をエッチング液を用いウェットエッチングする工程と、前記第1絶縁膜をウェットエッチングする工程の後、前記窒化物半導体層上に前記金属膜の表面を覆うように第2絶縁膜を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法である。   One embodiment of the present invention includes a step of forming an ohmic electrode on the nitride semiconductor layer, a step of forming a metal film so as to cover an upper surface and a side surface of the ohmic electrode, and the metal on the nitride semiconductor layer. Forming a first insulating film covering the surface of the film; heat-treating the ohmic electrode in a state in which the first insulating film is formed; and the first film so that the surface of the metal film is exposed. A step of forming a second insulating film on the nitride semiconductor layer so as to cover a surface of the metal film after the step of performing wet etching on the insulating film using an etchant and the step of performing wet etching on the first insulating film; And a method for manufacturing a semiconductor device.

本半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の劣化を抑制することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device, the deterioration of the semiconductor device can be suppressed.

図1(a)から図1(e)は、比較例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 1A to FIG. 1E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 1. 図2(a)から図2(c)は、比較例2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 2. 図3(a)から図3(d)は、比較例3に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 3A to FIG. 3D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 3. 図4(a)から図4(e)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その1)である。4A to 4E are cross-sectional views (part 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図5は、実施例1におけるオーミック電極および金属膜の断面を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a cross section of the ohmic electrode and the metal film in the first embodiment. 図6(a)から図6(d)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その2)である。6A to 6D are cross-sectional views (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図7(a)から図7(d)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その3)である。FIG. 7A to FIG. 7D are cross-sectional views (part 3) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図8(a)から図8(d)は、実施例2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その1)である。8A to 8D are cross-sectional views (part 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 図9(a)から図9(c)は、実施例2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その2)である。FIG. 9A to FIG. 9C are cross-sectional views (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 図10は、実施例2におけるオーミック電極および金属膜の断面を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a cross section of the ohmic electrode and the metal film in the second embodiment. 図11(a)から図11(c)は、実施例3に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 11A to FIG. 11C are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment. 図12(a)から図12(c)は、実施例4に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 12A to FIG. 12C are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment.

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described.

[本願発明の実施形態の詳細]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本願発明の一実施形態は、窒化物半導体層上にオーミック電極を形成する工程と、前記オーミック電極の上面および側面を覆うように金属膜を形成する工程と、前記窒化物半導体層上に前記金属膜の表面を被覆する第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜が形成された状態で前記オーミック電極を熱処理する工程と、前記金属膜の表面が露出するように、前記第1絶縁膜をエッチング液を用いウェットエッチングする工程と、前記第1絶縁膜をウェットエッチングする工程の後、前記窒化物半導体層上に前記金属膜の表面を覆うように第2絶縁膜を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法である。
これにより、窒化物半導体層の表面からの窒素の抜け、絶縁膜の変質および/またはオーミック電極の腐食等の半導体装置の劣化を抑制できる。
(2)前記熱処理する工程は、500℃以上で熱処理する工程を含むことが好ましい。これにより、オーミック接触のため500℃以上で熱処理しても半導体装置の劣化を抑制できる。
(3)前記オーミック電極は、窒化物半導体層上に形成されたチタン膜またはタンタル膜と、前記チタン膜またはタンタル膜上に形成されたアルミニウム膜と、を含むことが好ましい。これにより、オーミック電極と窒化物半導体層とのオーミック接触のためアルミニウムを用いてもオーミック電極の腐食を抑制できる。
(4)前記第1絶縁膜を除去する工程において、弗酸を含むエッチング液を用い前記第1絶縁膜を除去することが好ましい。これにより、エッチング液として弗酸を用いてもオーミック電極の腐食を抑制できる。
(5)前記金属膜は金膜または金ゲルマニウム膜であることが好ましい。これにより、ウェットエッチングによりオーミック電極が腐食することを抑制できる。
[Details of the embodiment of the present invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described.
(1) One embodiment of the present invention includes a step of forming an ohmic electrode on a nitride semiconductor layer, a step of forming a metal film so as to cover an upper surface and a side surface of the ohmic electrode, and on the nitride semiconductor layer Forming a first insulating film covering the surface of the metal film, heat-treating the ohmic electrode with the first insulating film formed, and exposing the surface of the metal film. After the wet etching of the first insulating film using an etchant and the wet etching of the first insulating film, a second insulating film is formed on the nitride semiconductor layer so as to cover the surface of the metal film. Forming the semiconductor device.
Thereby, deterioration of the semiconductor device such as nitrogen escape from the surface of the nitride semiconductor layer, alteration of the insulating film and / or corrosion of the ohmic electrode can be suppressed.
(2) The heat treatment step preferably includes a heat treatment step at 500 ° C. or higher. Thereby, degradation of the semiconductor device can be suppressed even if heat treatment is performed at 500 ° C. or higher because of ohmic contact.
(3) The ohmic electrode preferably includes a titanium film or a tantalum film formed on the nitride semiconductor layer, and an aluminum film formed on the titanium film or tantalum film. Thereby, even if aluminum is used for the ohmic contact between the ohmic electrode and the nitride semiconductor layer, corrosion of the ohmic electrode can be suppressed.
(4) In the step of removing the first insulating film, it is preferable to remove the first insulating film using an etchant containing hydrofluoric acid. Thereby, even if hydrofluoric acid is used as an etching solution, corrosion of the ohmic electrode can be suppressed.
(5) The metal film is preferably a gold film or a gold germanium film. Thereby, it can suppress that an ohmic electrode corrodes by wet etching.

本発明の実施形態にかかる半導体装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Specific examples of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.

[比較例1]
図1(a)から図1(e)は、比較例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図1(a)に示すように、基板10上に窒化物半導体層18として、電子走行層12、電子供給層14およびキャップ層16を積層する。図1(b)に示すように、窒化物半導体層18上にオーミック電極20を形成する。
[Comparative Example 1]
FIG. 1A to FIG. 1E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 1. As shown in FIG. 1A, an electron transit layer 12, an electron supply layer 14, and a cap layer 16 are stacked as a nitride semiconductor layer 18 on a substrate 10. As shown in FIG. 1B, the ohmic electrode 20 is formed on the nitride semiconductor layer 18.

図1(c)に示すように、窒化物半導体層18の表面が露出した状態で、熱処理する。これにより、オーミック電極20と窒化物半導体層18とがオーミック接触する。図1(d)に示すように、窒化物半導体層18上にオーミック電極20を覆うように絶縁膜26を形成する。図1(e)に示すように、絶縁膜26に開口を設け開口内に窒化物半導体層18に接触するゲート電極30を形成する。   As shown in FIG. 1C, heat treatment is performed with the surface of the nitride semiconductor layer 18 exposed. Thereby, the ohmic electrode 20 and the nitride semiconductor layer 18 are in ohmic contact. As shown in FIG. 1D, an insulating film 26 is formed on the nitride semiconductor layer 18 so as to cover the ohmic electrode 20. As shown in FIG. 1E, an opening is formed in the insulating film 26, and a gate electrode 30 in contact with the nitride semiconductor layer 18 is formed in the opening.

比較例1では、図1(c)において、窒化物半導体層18が露出した状態で熱処理を行う。このため、窒化物半導体層18が劣化してしまう。例えば、熱処理温度は500℃から900℃である。このような高い温度の熱処理により、窒化物半導体層18の表面から窒素が抜ける。これにより、窒化物半導体層18の表面には、ガリウムのダングリングボンド等に起因した界面準位が形成される。このような界面準位により、半導体装置を動作させたときに、電気的特性が劣化してしまう。例えば、ドレイン電流のコラプス現象などが生じる。   In Comparative Example 1, heat treatment is performed with the nitride semiconductor layer 18 exposed in FIG. For this reason, the nitride semiconductor layer 18 is deteriorated. For example, the heat treatment temperature is 500 ° C. to 900 ° C. Nitrogen is released from the surface of the nitride semiconductor layer 18 by such high-temperature heat treatment. As a result, an interface state caused by gallium dangling bonds or the like is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 18. Such interface states deteriorate the electrical characteristics when the semiconductor device is operated. For example, a collapse phenomenon of drain current occurs.

[比較例2]
図2(a)から図2(c)は、比較例2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図2(a)に示すように、比較例1の図1(b)の後、窒化物半導体層18上にオーミック電極20を覆うように絶縁膜24を形成する。図2(b)に示すように、オーミック接触のための熱処理を行う。これにより、絶縁膜24は絶縁膜24aに変質する。図2(c)に示すように、比較例1と同様にゲート電極30を形成する。
[Comparative Example 2]
2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 2. As shown in FIG. 2A, after FIG. 1B of Comparative Example 1, an insulating film 24 is formed on the nitride semiconductor layer 18 so as to cover the ohmic electrode 20. As shown in FIG. 2B, heat treatment for ohmic contact is performed. As a result, the insulating film 24 is transformed into the insulating film 24a. As shown in FIG. 2C, the gate electrode 30 is formed in the same manner as in the first comparative example.

比較例2では、図2(b)に示すように、オーミック接触のための熱処理のときに、窒化物半導体層18が露出しておらず、窒化物半導体層の劣化が抑制される。しかし、絶縁膜24aは熱処理を経ることで劣化する。例えば、絶縁膜24が窒化シリコン膜の場合、熱処理により膜内の水素が抜け欠陥となる。さらに、シリコンのダングリングボンド等に起因したキャップ層16の窒素引き抜きが発生し、キャップ層16の表面に界面準位が形成される。このように変質した絶縁膜24aが残存していると半導体装置の特性が劣化する(例えばドレイン電流のコラスプ現象などが生じる)。また、例えば絶縁膜24が酸化アルミニウム(Al)膜の場合、熱処理により酸化アルミニウム膜が結晶化してしまう。結晶化した絶縁膜24aが残存していると、この後の製造工程において寸法精度の高い加工が困難となる。 In Comparative Example 2, as shown in FIG. 2B, the nitride semiconductor layer 18 is not exposed during the heat treatment for ohmic contact, and deterioration of the nitride semiconductor layer is suppressed. However, the insulating film 24a deteriorates through heat treatment. For example, in the case where the insulating film 24 is a silicon nitride film, hydrogen in the film is lost due to the heat treatment and becomes a defect. Further, nitrogen extraction of the cap layer 16 due to dangling bonds of silicon or the like occurs, and an interface state is formed on the surface of the cap layer 16. If the altered insulating film 24a remains, the characteristics of the semiconductor device deteriorate (for example, a drain current collapse phenomenon occurs). For example, when the insulating film 24 is an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film, the aluminum oxide film is crystallized by the heat treatment. If the crystallized insulating film 24a remains, processing with high dimensional accuracy becomes difficult in the subsequent manufacturing process.

[比較例3]
図3(a)から図3(d)は、比較例3に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図3(a)に示すように、比較例2の図2(b)における熱処理後、オーミック電極20を覆うように絶縁膜24aが形成されている。図3(b)に示すように、絶縁膜24aを除去する。図3(c)に示すように、窒化物半導体層18上にオーミック電極20を覆うように絶縁膜26を形成する。図3(d)に示すように、比較例1と同様にゲート電極30を形成する。
[Comparative Example 3]
FIG. 3A to FIG. 3D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 3. As shown in FIG. 3A, an insulating film 24a is formed so as to cover the ohmic electrode 20 after the heat treatment in FIG. As shown in FIG. 3B, the insulating film 24a is removed. As shown in FIG. 3C, an insulating film 26 is formed on the nitride semiconductor layer 18 so as to cover the ohmic electrode 20. As shown in FIG. 3D, the gate electrode 30 is formed in the same manner as in the first comparative example.

比較例3では、熱処理のときに、窒化物半導体層18が露出しておらず、窒化物半導体層の劣化が抑制される。また、熱処理により変質した絶縁膜24を除去し、新たに絶縁膜26を形成する。これにより、変質した絶縁膜24aが残存することを抑制できる。   In Comparative Example 3, the nitride semiconductor layer 18 is not exposed during the heat treatment, and deterioration of the nitride semiconductor layer is suppressed. Further, the insulating film 24 that has been altered by the heat treatment is removed, and a new insulating film 26 is formed. Thereby, it can suppress that the insulating film 24a which deteriorated remains.

しかしながら、図3(b)において、絶縁膜24aを除去するときに、オーミック電極20が劣化する。例えば絶縁膜24aをドライエッチング法を用い除去すると、窒化物半導体層18の表面およびオーミック電極20にダメージが導入される。また、絶縁膜24aをウェットエッチング法を用い除去すると、オーミック電極20が腐食される。例えば、オーミック電極20が、チタン、ニッケルまたはタンタルと、アルミニウムと、を含み、絶縁膜24aが窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜のとき、絶縁膜24aを弗酸を含む溶液でエッチングすると、オーミック電極20が腐食され、抵抗が増大する。   However, in FIG. 3B, the ohmic electrode 20 deteriorates when the insulating film 24a is removed. For example, when the insulating film 24a is removed using a dry etching method, damage is introduced into the surface of the nitride semiconductor layer 18 and the ohmic electrode 20. Further, when the insulating film 24a is removed using a wet etching method, the ohmic electrode 20 is corroded. For example, when the ohmic electrode 20 includes titanium, nickel, tantalum, and aluminum, and the insulating film 24a is a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, or an aluminum oxide film, the insulating film 24a is made of hydrofluoric acid. When etching is performed with the solution containing the ohmic electrode 20, the resistance is increased.

比較例1から3のように、オーミック接触のための熱処理を行うと、窒化物半導体層18、絶縁膜24およびオーミック電極20の少なくとも1つが劣化してしまう。以下、上記課題を解決する実施例について説明する。   When heat treatment for ohmic contact is performed as in Comparative Examples 1 to 3, at least one of the nitride semiconductor layer 18, the insulating film 24, and the ohmic electrode 20 is deteriorated. Hereinafter, examples for solving the above-described problems will be described.

実施例1は、図4(a)から図4(e)および図6(a)から図7(d)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図4(a)に示すように、基板10上に窒化物半導体層18を成膜する。基板10は、例えばSiC基板、サファイア基板またはSi基板である。SiC基板のように基板10が透明な場合、基板10の下面に金属膜を形成してもよい。窒化物半導体層18は、電子走行層12、電子供給層14およびキャップ層16を含む。電子走行層12、電子供給層14およびキャップ層16は、それぞれ例えばGaN層、AlGaN層およびGaN層である。電子走行層12の電子供給層14の界面付近に2次元電子ガスが形成される。2次元電子ガスと基板10との間の電子走行層12はバッファ層として機能する。電子供給層14は例えばInAlN層でもよい。窒化物半導体層18は、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用い成膜する。   In Example 1, FIGS. 4A to 4E and FIGS. 6A to 7D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to Example 1. FIG. As shown in FIG. 4A, a nitride semiconductor layer 18 is formed on the substrate 10. The substrate 10 is, for example, a SiC substrate, a sapphire substrate, or a Si substrate. When the substrate 10 is transparent like a SiC substrate, a metal film may be formed on the lower surface of the substrate 10. The nitride semiconductor layer 18 includes an electron transit layer 12, an electron supply layer 14, and a cap layer 16. The electron transit layer 12, the electron supply layer 14, and the cap layer 16 are, for example, a GaN layer, an AlGaN layer, and a GaN layer, respectively. A two-dimensional electron gas is formed near the interface of the electron supply layer 14 of the electron transit layer 12. The electron transit layer 12 between the two-dimensional electron gas and the substrate 10 functions as a buffer layer. The electron supply layer 14 may be, for example, an InAlN layer. The nitride semiconductor layer 18 is formed using, for example, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method.

素子分離領域において電子走行層12まで達する溝(不図示)を形成することにより、トランジスタ間をアイソレーション(素子分離)する。このとき、この後のパターン形成のためのアライメントマークを同時に形成してもよい。   By forming a groove (not shown) reaching the electron transit layer 12 in the element isolation region, the transistors are isolated (element isolation). At this time, alignment marks for subsequent pattern formation may be formed simultaneously.

図4(b)に示すように、窒化物半導体層18上に開口51を有するマスク層50を形成する。マスク層50は例えばフォトレジストである。図4(c)に示すように、開口51から露出した窒化物半導体層18の上面およびマスク層50上面にオーミック電極20および金属膜21を蒸着法を用い形成する。オーミック電極20は、ソース電極およびドレイン電極である。金属膜21はオーミック電極20と同じ金属膜であるが、マスク層50上の金属膜を金属膜21として図示する。オーミック電極20および金属膜21を形成するときに、原子は矢印60のように、窒化物半導体層18のほぼ法線方向から飛来するようにする。また、オーミック電極20は、キャップ層16および電子供給層14に形成されたリセス内(例えばリセスの底面が電子供給層14内にある)に形成されてもよい。   As shown in FIG. 4B, a mask layer 50 having an opening 51 is formed on the nitride semiconductor layer 18. The mask layer 50 is, for example, a photoresist. As shown in FIG. 4C, the ohmic electrode 20 and the metal film 21 are formed on the upper surface of the nitride semiconductor layer 18 exposed from the opening 51 and the upper surface of the mask layer 50 by vapor deposition. The ohmic electrode 20 is a source electrode and a drain electrode. The metal film 21 is the same metal film as the ohmic electrode 20, but the metal film on the mask layer 50 is illustrated as the metal film 21. When forming the ohmic electrode 20 and the metal film 21, the atoms are allowed to fly almost from the normal direction of the nitride semiconductor layer 18 as indicated by an arrow 60. The ohmic electrode 20 may be formed in a recess formed in the cap layer 16 and the electron supply layer 14 (for example, the bottom surface of the recess is in the electron supply layer 14).

図4(d)に示すように、オーミック電極20および金属膜21上に金属膜22および23を蒸着法を用い形成する。例えば金属膜22は金属膜21の表面に接している。金属膜23は金属膜22と同じ金属膜であるが、マスク層50上の金属膜を金属膜23として開口51内の金属膜22と区別して図示する。金属膜22および23の原子は、矢印62のように窒化物半導体層18の法線方向64から角度θ傾斜した方向から飛来するようにする。例えば、基板10を原子の飛来方向から傾け、かつ基板10を自転させることにより、矢印62のように、原子が斜め方向から飛来する。図4(e)に示すように、マスク層50を除去することにより、マスク層50上に形成された金属膜21および23がリフトオフされる。   As shown in FIG. 4D, metal films 22 and 23 are formed on the ohmic electrode 20 and the metal film 21 by vapor deposition. For example, the metal film 22 is in contact with the surface of the metal film 21. Although the metal film 23 is the same metal film as the metal film 22, the metal film on the mask layer 50 is illustrated as being distinguished from the metal film 22 in the opening 51 as the metal film 23. The atoms of the metal films 22 and 23 are caused to fly from a direction inclined by an angle θ from the normal direction 64 of the nitride semiconductor layer 18 as indicated by an arrow 62. For example, by tilting the substrate 10 from the flying direction of the atoms and rotating the substrate 10, the atoms fly from an oblique direction as indicated by an arrow 62. As shown in FIG. 4E, the metal layers 21 and 23 formed on the mask layer 50 are lifted off by removing the mask layer 50.

図5は、実施例1におけるオーミック電極20および金属膜22の断面を示す図である。図5に示すように、オーミック電極20は、積層された金属膜20aから20dを有している。金属膜20aから20dは、例えばそれぞれ膜厚が20nmのチタン膜、膜厚が100nmのアルミニウム膜、膜厚が20nmのチタン膜(またはニッケル膜)および膜厚が50nmの金膜である。金属膜20aおよび20cは、タンタル膜でもよい。金属膜22は、例えば膜厚が50nmの金膜である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a cross section of the ohmic electrode 20 and the metal film 22 in the first embodiment. As shown in FIG. 5, the ohmic electrode 20 includes stacked metal films 20 a to 20 d. The metal films 20a to 20d are, for example, a titanium film having a thickness of 20 nm, an aluminum film having a thickness of 100 nm, a titanium film (or nickel film) having a thickness of 20 nm, and a gold film having a thickness of 50 nm. The metal films 20a and 20c may be tantalum films. The metal film 22 is a gold film having a thickness of 50 nm, for example.

図4(c)のように、オーミック電極20を形成すると、金属膜20dが金属膜20cの側面を覆う場合もあるが、金属膜20cの側面を完全には覆わない、または膜厚が不十分である。金属膜22は、図4(d)のように、図4(c)より斜め方向から原子が飛来するように蒸着するため、オーミック電極20の側面に厚い金属膜22が形成される。金属膜22がオーミック電極20の側面を保護するため、オーミック電極20の側面に形成された金属膜22の膜厚は例えば20nm以上である。   When the ohmic electrode 20 is formed as shown in FIG. 4C, the metal film 20d may cover the side surface of the metal film 20c, but the side surface of the metal film 20c is not completely covered or the film thickness is insufficient. It is. As shown in FIG. 4D, the metal film 22 is deposited such that atoms come from an oblique direction as compared with FIG. 4C, so that the thick metal film 22 is formed on the side surface of the ohmic electrode 20. Since the metal film 22 protects the side surface of the ohmic electrode 20, the thickness of the metal film 22 formed on the side surface of the ohmic electrode 20 is, for example, 20 nm or more.

図6(a)に示すように、窒化物半導体層18上に金属膜22を覆うように絶縁膜24を形成する。絶縁膜24は、例えば膜厚が40nmの窒化シリコン膜でありCVD法を用い形成する。絶縁膜24は、酸化アルミニウム膜でありALD(Atomic Layer deposition)法を用い形成してもよい。絶縁膜24は、酸化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜でもよい。絶縁膜24の膜厚は例えば20nmから50nmである。絶縁膜24の膜厚は、熱処理の保護膜として機能しかつ熱応力により歪および/または成膜時のダメージを考慮して決定する。   As shown in FIG. 6A, an insulating film 24 is formed on the nitride semiconductor layer 18 so as to cover the metal film 22. The insulating film 24 is a silicon nitride film having a thickness of 40 nm, for example, and is formed using a CVD method. The insulating film 24 is an aluminum oxide film and may be formed using an ALD (Atomic Layer deposition) method. The insulating film 24 may be a silicon oxide film or a silicon nitride oxide film. The film thickness of the insulating film 24 is, for example, 20 nm to 50 nm. The film thickness of the insulating film 24 functions as a protective film for heat treatment and is determined in consideration of distortion due to thermal stress and / or damage during film formation.

図6(b)に示すように、オーミック電極20を熱処理する。これにより、オーミック電極20と窒化物半導体層18のキャップ層16とがオーミック接触する。絶縁膜24は24aに変質する。熱処理は、例えばRTA(Rapid Thermal Anneal)法を用い850℃、30秒行う。熱処理温度および熱処理時間は、例えば500℃から900℃および30秒から60秒である。オーミック接触のため、金属膜20aがチタン膜のとき、熱処理温度は700℃から900℃が好ましい。金属膜20aがタンタル膜のとき、熱処理温度は500℃から700℃が好ましい。熱処理時間は例えば30秒から1分である。   As shown in FIG. 6B, the ohmic electrode 20 is heat-treated. Thereby, the ohmic electrode 20 and the cap layer 16 of the nitride semiconductor layer 18 are in ohmic contact. The insulating film 24 changes to 24a. The heat treatment is performed at 850 ° C. for 30 seconds using, for example, an RTA (Rapid Thermal Anneal) method. The heat treatment temperature and the heat treatment time are, for example, 500 ° C. to 900 ° C. and 30 seconds to 60 seconds. For the ohmic contact, when the metal film 20a is a titanium film, the heat treatment temperature is preferably 700 ° C. to 900 ° C. When the metal film 20a is a tantalum film, the heat treatment temperature is preferably 500 ° C to 700 ° C. The heat treatment time is, for example, 30 seconds to 1 minute.

金属膜20aのチタン膜またはタンタル膜は、キャップ層16の表面の酸化層を還元させるゲッタリング効果と共に、キャップ層16中の窒素と反応して、低抵抗のTiNをキャップ層16側に形成する。 これにより、低抵抗なTiNが2次元電子ガス近傍にまで形成される。このため、2層目の金属膜20bのアルミニウム膜と2次元電子ガスとがトンネル効果によりコンタクトされやすくなる。金属膜20cのチタン膜、ニッケル膜またはタンタル膜は、金属膜20bと20dとのバリア層である。金属膜20dの金膜は金属膜20aから20cの酸化を抑制する。また、金属膜20dの金膜は上層との接触抵抗を低下させるための膜である。   The titanium film or tantalum film of the metal film 20a reacts with nitrogen in the cap layer 16 together with a gettering effect to reduce the oxide layer on the surface of the cap layer 16, thereby forming low resistance TiN on the cap layer 16 side. . Thereby, low resistance TiN is formed even in the vicinity of the two-dimensional electron gas. Therefore, the aluminum film of the second metal film 20b and the two-dimensional electron gas are easily contacted by the tunnel effect. The titanium film, nickel film or tantalum film of the metal film 20c is a barrier layer of the metal films 20b and 20d. The gold film of the metal film 20d suppresses the oxidation of the metal films 20a to 20c. The gold film of the metal film 20d is a film for reducing the contact resistance with the upper layer.

図6(c)に示すように、金属膜22が腐食されないエッチング液を用い絶縁膜24aをウェットエッチングする。絶縁膜24aが例えば窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜の場合、絶縁膜24aは例えば緩衝弗酸(バッファード弗酸)を用いたウェットエッチングにより除去する。金は、緩衝弗酸等の酸またはアルカリに腐食され難い。金膜である金属膜22がオーミック電極20を保護するため、オーミック電極20の腐食が抑制される。   As shown in FIG. 6C, the insulating film 24a is wet-etched using an etchant that does not corrode the metal film 22. When the insulating film 24a is, for example, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, a silicon oxide film, or a silicon nitride oxide film, the insulating film 24a is removed by wet etching using, for example, buffered hydrofluoric acid (buffered hydrofluoric acid). Gold is not easily corroded by acids or alkalis such as buffered hydrofluoric acid. Since the metal film 22, which is a gold film, protects the ohmic electrode 20, corrosion of the ohmic electrode 20 is suppressed.

図6(d)に示すように、窒化物半導体層18上に金属膜22を覆うように絶縁膜26を形成する。絶縁膜26は、例えば膜厚が40nmの窒化シリコン膜でありCVD法を用い形成する。絶縁膜26は、酸化アルミニウム膜でありALD(Atomic Layer deposition)法を用い形成してもよい。絶縁膜26は、酸化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜でもよい。   As shown in FIG. 6D, an insulating film 26 is formed on the nitride semiconductor layer 18 so as to cover the metal film 22. The insulating film 26 is a silicon nitride film having a thickness of 40 nm, for example, and is formed using a CVD method. The insulating film 26 is an aluminum oxide film and may be formed using an ALD (Atomic Layer deposition) method. The insulating film 26 may be a silicon oxide film or a silicon nitride oxide film.

図7(a)に示すように、絶縁膜26上に開口53を有するマスク層52を形成する。マスク層52は例えばフォトレジストである。マスク層52をマスクに絶縁膜26を除去する。図7(b)に示すように、マスク層52を除去した後、絶縁膜26の開口を覆うようにゲート電極30を形成する。ゲート電極30は、例えば窒化物半導体層18側から膜厚が80nmのニッケル膜および膜厚が300nmの金膜であり、蒸着法およびリフトオフ法を用い形成する。   As shown in FIG. 7A, a mask layer 52 having an opening 53 is formed on the insulating film 26. The mask layer 52 is, for example, a photoresist. The insulating film 26 is removed using the mask layer 52 as a mask. As shown in FIG. 7B, after removing the mask layer 52, the gate electrode 30 is formed so as to cover the opening of the insulating film 26. The gate electrode 30 is, for example, a nickel film having a thickness of 80 nm and a gold film having a thickness of 300 nm from the nitride semiconductor layer 18 side, and is formed using a vapor deposition method and a lift-off method.

図7(c)に示すように、絶縁膜26およびゲート電極30上に層間膜32を形成する。層間膜32は、例えば窒化シリコン膜等の絶縁膜であり、CVD法を用い形成する。層間膜32は、酸化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜でもよい。   As shown in FIG. 7C, an interlayer film 32 is formed on the insulating film 26 and the gate electrode 30. The interlayer film 32 is an insulating film such as a silicon nitride film, and is formed using a CVD method. The interlayer film 32 may be a silicon oxide film or a silicon nitride oxide film.

図7(d)に示すように、層間膜32に開口を設ける。開口を介し金属膜22と接触する配線層34を形成する。配線層34は、例えば金膜であり、メッキ法を用い形成する。   As shown in FIG. 7D, an opening is provided in the interlayer film 32. A wiring layer 34 is formed in contact with the metal film 22 through the opening. The wiring layer 34 is a gold film, for example, and is formed using a plating method.

実施例1によれば、図4(c)のように、窒化物半導体層18上にオーミック電極20を形成する。図4(d)および図5のように、オーミック電極20の上面および側面を覆うように金属膜22(金を含む膜)を形成する。図6(a)のように、窒化物半導体層18上に金属膜22の表面を被覆する絶縁膜24(第1絶縁膜)を形成する。図6(b)のように、絶縁膜24が形成された状態でオーミック電極20と窒化物半導体層18とをオーミック接触させるように熱処理する。図6(c)のように、金属膜22の表面が露出するように、金属膜22が腐食されないエッチング液を用い絶縁膜24aをウェットエッチングする。図6(d)のように、窒化物半導体層18上に金属膜22の表面を覆うように絶縁膜26(第2絶縁膜)を形成する。   According to Example 1, the ohmic electrode 20 is formed on the nitride semiconductor layer 18 as shown in FIG. As shown in FIGS. 4D and 5, a metal film 22 (a film containing gold) is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of the ohmic electrode 20. As shown in FIG. 6A, an insulating film 24 (first insulating film) that covers the surface of the metal film 22 is formed on the nitride semiconductor layer 18. As shown in FIG. 6B, heat treatment is performed so that the ohmic electrode 20 and the nitride semiconductor layer 18 are in ohmic contact with the insulating film 24 formed. As shown in FIG. 6C, the insulating film 24a is wet etched using an etchant that does not corrode the metal film 22 so that the surface of the metal film 22 is exposed. As shown in FIG. 6D, an insulating film 26 (second insulating film) is formed on the nitride semiconductor layer 18 so as to cover the surface of the metal film 22.

図6(b)のように、オーミック接触のための熱処理するときに、窒化物半導体層18の表面が絶縁膜24で覆われているため、比較例1のような窒化物半導体層18の表面の窒素抜け等に起因した劣化を抑制できる。図6(c)のように、熱処理により変質した絶縁膜24aを除去し、図6(d)のように、絶縁膜26を形成する。このため、比較例2のような変質した絶縁膜24aによる半導体装置の特性の劣化が抑制できる。図6(c)のように、絶縁膜24aをウェットエッチングするときに、オーミック電極20の表面が金属膜22に保護されている。これにより、比較例3のようなオーミック電極20の腐食等による劣化が抑制できる。以上のように、窒化物半導体層18の表面からの窒素抜け、絶縁膜24の変質および/またはオーミック電極20の腐食等の半導体装置の劣化を抑制できる。   As shown in FIG. 6B, the surface of the nitride semiconductor layer 18 as in Comparative Example 1 is covered with the insulating film 24 when the heat treatment for ohmic contact is performed. Degradation due to nitrogen depletion or the like can be suppressed. As shown in FIG. 6C, the insulating film 24a altered by the heat treatment is removed, and the insulating film 26 is formed as shown in FIG. 6D. For this reason, deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to the altered insulating film 24a as in Comparative Example 2 can be suppressed. As shown in FIG. 6C, the surface of the ohmic electrode 20 is protected by the metal film 22 when the insulating film 24a is wet-etched. Thereby, deterioration by the corrosion etc. of the ohmic electrode 20 like the comparative example 3 can be suppressed. As described above, deterioration of the semiconductor device such as nitrogen desorption from the surface of the nitride semiconductor layer 18, alteration of the insulating film 24 and / or corrosion of the ohmic electrode 20 can be suppressed.

比較例1では、オーミック接触のための熱処理を500℃以上で行うと、窒化物半導体層18の表面からの窒素抜けのように窒化物半導体層が劣化する。また、比較例2では変質した絶縁膜24aが残存する。窒化物半導体層18および絶縁膜24は600℃以上でより劣化し、700℃以上でさらに劣化する。実施例1によれば、図6(b)において500℃以上、600℃以上または700℃以上で熱処理しても、窒化物半導体層18の表面からの窒素抜けおよび/または変質した絶縁膜24aが残存することを抑制できる。   In Comparative Example 1, when the heat treatment for ohmic contact is performed at 500 ° C. or higher, the nitride semiconductor layer deteriorates like nitrogen depletion from the surface of the nitride semiconductor layer 18. In Comparative Example 2, the altered insulating film 24a remains. The nitride semiconductor layer 18 and the insulating film 24 are further deteriorated at 600 ° C. or higher, and further deteriorated at 700 ° C. or higher. According to Example 1, even if heat treatment is performed at 500 ° C. or higher, 600 ° C. or higher, or 700 ° C. or higher in FIG. It can suppress remaining.

図5のように、オーミック電極20は、窒化物半導体層18上に形成されたチタン膜またはタンタル膜と、チタン膜またはタンタル膜上に形成されたアルミニウム膜と、を含む。これにより、窒化物半導体層18とオーミック電極20とのオーミック接触を得ることができる。また、オーミック電極20は、アルミニウム膜上に形成されたチタン膜、ニッケル膜またはタンタル膜を含む。これにより、窒化物半導体層18とオーミック電極20とのオーミック接触を得ることができる。   As shown in FIG. 5, the ohmic electrode 20 includes a titanium film or tantalum film formed on the nitride semiconductor layer 18 and an aluminum film formed on the titanium film or tantalum film. Thereby, ohmic contact between the nitride semiconductor layer 18 and the ohmic electrode 20 can be obtained. The ohmic electrode 20 includes a titanium film, a nickel film, or a tantalum film formed on the aluminum film. Thereby, ohmic contact between the nitride semiconductor layer 18 and the ohmic electrode 20 can be obtained.

これらの金属は、絶縁膜24のエッチング液により腐食されやすい。そこで、実施例1のように金属膜22を設けることで、オーミック電極20の腐食を抑制できる。   These metals are easily corroded by the etching solution for the insulating film 24. Therefore, the corrosion of the ohmic electrode 20 can be suppressed by providing the metal film 22 as in the first embodiment.

これらの金属は、弗酸を含むエッチング液により特に腐食する。よって、図6(c)のように、弗酸を含むエッチング液を用い絶縁膜24aを除去する場合、金属膜22を設けることが好ましい。   These metals are particularly corroded by an etchant containing hydrofluoric acid. Therefore, as shown in FIG. 6C, when the insulating film 24a is removed using an etchant containing hydrofluoric acid, it is preferable to provide the metal film 22.

金からなる膜は、弗酸等の酸およびアルカリ溶液に対し腐食されない。よって、金属膜22は金膜または金ゲルマニウム膜であることが好ましい。   The film made of gold is not corroded by acids such as hydrofluoric acid and alkali solutions. Therefore, the metal film 22 is preferably a gold film or a gold germanium film.

絶縁膜24は、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜である。これらの絶縁膜は熱処理の保護膜に好適である。しかし、これらの絶縁膜は、熱処理により変質しやすい。また、これら絶縁膜を除去するためには、弗酸を含むエッチング液を用いる。よって、オーミック電極20の腐食抑制のため金属膜22を設けることが好ましい。   The insulating film 24 is, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, or an aluminum oxide film. These insulating films are suitable as a protective film for heat treatment. However, these insulating films are easily altered by heat treatment. In order to remove these insulating films, an etching solution containing hydrofluoric acid is used. Therefore, it is preferable to provide the metal film 22 to suppress the corrosion of the ohmic electrode 20.

絶縁膜26は、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜である。金属膜22が金膜の場合、絶縁膜26をALD法を用い形成することが好ましい。ALD法は表面反応を利用して成膜する方法であり、下地金属により製膜される膜厚および/または膜質が変わることがある。オーミック電極20の露出している部分は全てが金膜で覆われている。このため、金属膜22の膜厚および/または膜質を均一にできる。これにより、オーミック電極20剥がれ等を抑制できる。   The insulating film 26 is, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, or an aluminum oxide film. When the metal film 22 is a gold film, the insulating film 26 is preferably formed using an ALD method. The ALD method is a method of forming a film using a surface reaction, and the film thickness and / or film quality formed by the base metal may change. The exposed portion of the ohmic electrode 20 is entirely covered with a gold film. For this reason, the film thickness and / or film quality of the metal film 22 can be made uniform. Thereby, peeling of the ohmic electrode 20 can be suppressed.

オーミック電極20を形成するときに、図4(b)のように、窒化物半導体層18上に開口51を有するマスク層50を形成する。図4(c)のように、マスク層50をマスクに窒化物半導体層18上に蒸着法を用いオーミック電極20を形成する。金属膜22を形成するときに、図4(d)のように、マスク層50をマスクに、金属膜22を形成する。このとき、窒化物半導体層18の上面の法線方向64に対する原子の入射角度θが図4(c)においてオーミック電極20を形成する工程の入射角度より大きくなるような蒸着法を用いる。これにより、図5のように、金属膜22は、オーミック電極20の側面を覆うように形成される。   When the ohmic electrode 20 is formed, a mask layer 50 having an opening 51 is formed on the nitride semiconductor layer 18 as shown in FIG. As shown in FIG. 4C, the ohmic electrode 20 is formed on the nitride semiconductor layer 18 using the mask layer 50 as a mask, using a vapor deposition method. When the metal film 22 is formed, the metal film 22 is formed using the mask layer 50 as a mask as shown in FIG. At this time, a vapor deposition method is used such that the incident angle θ of atoms with respect to the normal direction 64 on the upper surface of the nitride semiconductor layer 18 is larger than the incident angle in the step of forming the ohmic electrode 20 in FIG. Thereby, as shown in FIG. 5, the metal film 22 is formed so as to cover the side surface of the ohmic electrode 20.

また、同じマスク層50を用いオーミック電極20と金属膜22を形成するため、製造工程の簡略化が可能となる。   Further, since the ohmic electrode 20 and the metal film 22 are formed using the same mask layer 50, the manufacturing process can be simplified.

実施例2は、オーミック電極20と金属膜22を別のマスク層を用い形成する例である。図8(a)から図9(c)は、実施例2に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図8(a)に示すように、実施例1の図4(b)と同様に、窒化物半導体層18上に開口幅W1の開口51を有するマスク層50を形成する。図8(b)に示すように、実施例1の図4(c)と同様に、マスク層50をマスクにオーミック電極20および金属膜21を形成する。   Example 2 is an example in which the ohmic electrode 20 and the metal film 22 are formed using different mask layers. FIG. 8A to FIG. 9C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. As shown in FIG. 8A, a mask layer 50 having an opening 51 with an opening width W1 is formed on the nitride semiconductor layer 18 as in FIG. 4B of the first embodiment. As shown in FIG. 8B, the ohmic electrode 20 and the metal film 21 are formed using the mask layer 50 as a mask, as in FIG. 4C of the first embodiment.

図8(c)に示すように、マスク層50を除去することで金属膜21をリフトオフする。図8(d)に示すように、窒化物半導体層18上に開口幅W2の開口55を有するマスク層54を形成する。マスク層54は例えばフォトレジストである。開口55はオーミック電極20に重なるように設ける。   As shown in FIG. 8C, the metal film 21 is lifted off by removing the mask layer 50. As shown in FIG. 8D, a mask layer 54 having an opening 55 with an opening width W2 is formed on the nitride semiconductor layer 18. The mask layer 54 is, for example, a photoresist. The opening 55 is provided so as to overlap the ohmic electrode 20.

図9(a)に示すように、オーミック電極20およびマスク層54上に金属膜22および金属膜23を形成する。図9(b)に示すように、マスク層54を除去することで金属膜23をリフトオフする。図9(c)に示すように、実施例1の図6(a)から図7(d)と同様の工程を行う。   As shown in FIG. 9A, the metal film 22 and the metal film 23 are formed on the ohmic electrode 20 and the mask layer 54. As shown in FIG. 9B, the metal film 23 is lifted off by removing the mask layer 54. As shown in FIG. 9C, the same steps as those in FIGS. 6A to 7D of the first embodiment are performed.

図10は、実施例2におけるオーミック電極20および金属膜22の断面を示す図である。図10に示すように、オーミック電極20および金属膜22の幅は、ほぼ開口幅W1およびW2となる。開口幅W2を開口幅W1より十分大きくすれば、オーミック電極20の側面は金属膜22に完全に覆われる。その他の製造工程は実施例1と同じであり説明を省略する。   FIG. 10 is a diagram illustrating a cross section of the ohmic electrode 20 and the metal film 22 according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the width of the ohmic electrode 20 and the metal film 22 is substantially the opening widths W1 and W2. If the opening width W2 is sufficiently larger than the opening width W1, the side surface of the ohmic electrode 20 is completely covered with the metal film 22. Other manufacturing steps are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

実施例2によれば、図8(a)のようにオーミック電極20を形成するときに、窒化物半導体層18上に開口51(第1開口)を有するマスク層50(第1マスク)を形成する。図8(b)のように、マスク層50をマスクに窒化物半導体層18上に前記オーミック電極20を形成する。金属膜22を形成するとき、図8(c)のように、マスク層50を除去した後、図8(d)のように、窒化物半導体層18上にオーミック電極20を含み開口51より広い開口55(第2開口)を有するマスク層54(第2マスク層)を形成する。図9(a)のように、マスク層54をマスクに窒化物半導体層18上に金属膜22を形成する。これにより、図10のように、金属膜22は、オーミック電極20の側面を覆うように形成される。   According to the second embodiment, when the ohmic electrode 20 is formed as shown in FIG. 8A, the mask layer 50 (first mask) having the opening 51 (first opening) is formed on the nitride semiconductor layer 18. To do. As shown in FIG. 8B, the ohmic electrode 20 is formed on the nitride semiconductor layer 18 using the mask layer 50 as a mask. When the metal film 22 is formed, after removing the mask layer 50 as shown in FIG. 8C, the ohmic electrode 20 is included on the nitride semiconductor layer 18 and wider than the opening 51 as shown in FIG. 8D. A mask layer 54 (second mask layer) having an opening 55 (second opening) is formed. As shown in FIG. 9A, the metal film 22 is formed on the nitride semiconductor layer 18 using the mask layer 54 as a mask. Thereby, as shown in FIG. 10, the metal film 22 is formed to cover the side surface of the ohmic electrode 20.

図8(b)におけるオーミック電極20を形成する原子の入射角度と図8(d)における金属膜22を形成する原子の入射角度は同じでもよいし異なっていてもよい。例えば、オーミック電極20を形成する装置と金属膜22を形成する装置は同じでもよい。これにより、実施例1と比べ成膜装置を削減できる。オーミック電極20および金属膜22は蒸着法により形成してもよいしスパッタリング法を用い形成してもよい。   The incident angle of the atoms forming the ohmic electrode 20 in FIG. 8B and the incident angle of the atoms forming the metal film 22 in FIG. 8D may be the same or different. For example, the device for forming the ohmic electrode 20 and the device for forming the metal film 22 may be the same. Thereby, the film forming apparatus can be reduced as compared with the first embodiment. The ohmic electrode 20 and the metal film 22 may be formed by a vapor deposition method or a sputtering method.

実施例3は、絶縁膜26の形成前にゲート電極30を形成する例である。図11(a)から図11(c)は、実施例3に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図11(a)に示すように、実施例1の図6(c)または実施例2の図9(a)の後に、実施例1の図7(b)と同様に窒化物半導体層18上にゲート電極30を形成する。図11(b)に示すように、窒化物半導体層18上に、金属膜22およびゲート電極30を覆うように絶縁膜26を形成する。絶縁膜26はCVD法またはALD法を用い形成する。特に、絶縁膜26をALD法を用い形成することで、絶縁膜26をゲート電極30の庇の下まで均一に形成できる。   Example 3 is an example in which the gate electrode 30 is formed before the insulating film 26 is formed. FIG. 11A to FIG. 11C are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment. As shown in FIG. 11A, after FIG. 6C of the first embodiment or FIG. 9A of the second embodiment, the nitride semiconductor layer 18 is formed as in FIG. 7B of the first embodiment. Then, the gate electrode 30 is formed. As shown in FIG. 11B, an insulating film 26 is formed on the nitride semiconductor layer 18 so as to cover the metal film 22 and the gate electrode 30. The insulating film 26 is formed using a CVD method or an ALD method. In particular, by forming the insulating film 26 using the ALD method, the insulating film 26 can be uniformly formed up to the bottom of the gate electrode 30.

図11(c)に示すように、実施例1の図7(b)から図7(d)と同様の工程を行う。その他の製造工程は実施例1および2と同じであり説明を省略する。   As shown in FIG. 11C, the same steps as those in FIGS. 7B to 7D of the first embodiment are performed. Other manufacturing steps are the same as those in the first and second embodiments, and the description thereof is omitted.

実施例1および2のように、絶縁膜26の形成後にゲート電極30を形成してもよい。実施例3のように、ゲート電極30の形成後に絶縁膜26を形成してもよい。   As in the first and second embodiments, the gate electrode 30 may be formed after the insulating film 26 is formed. As in Embodiment 3, the insulating film 26 may be formed after the gate electrode 30 is formed.

実施例4は、キャップ層16を除去し電子供給層14上にオーミック電極20を形成する例である。図12(a)から図12(c)は、実施例4に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図12(a)に示すように、窒化物半導体層18上に開口51を有するマスク層50を形成する。マスク層50をマスクにキャップ層16を除去する。   Example 4 is an example in which the ohmic electrode 20 is formed on the electron supply layer 14 by removing the cap layer 16. FIG. 12A to FIG. 12C are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 12A, a mask layer 50 having an opening 51 is formed on the nitride semiconductor layer 18. The cap layer 16 is removed using the mask layer 50 as a mask.

図12(b)に示すように、実施例1の図4(c)から図4(e)または実施例2の図8(b)から図9(b)と同様に、電子供給層14上に接触するオーミック電極20を形成する。オーミック電極20を覆う金属膜22を形成する。このとき、オーミック電極20および金属膜22の両方がキャップ層16に埋め込まれていてもよいし、オーミック電極20のみがキャップ層16に埋め込まれ金属膜22はキャップ層16に埋め込まれていなくてもよい。   As shown in FIG. 12B, on the electron supply layer 14 as in FIGS. 4C to 4E of the first embodiment or FIGS. 8B to 9B of the second embodiment. The ohmic electrode 20 in contact with is formed. A metal film 22 covering the ohmic electrode 20 is formed. At this time, both the ohmic electrode 20 and the metal film 22 may be embedded in the cap layer 16, or only the ohmic electrode 20 may be embedded in the cap layer 16 and the metal film 22 may not be embedded in the cap layer 16. Good.

図12(c)に示すように、実施例1の図6(a)から図7(d)と同様の工程、または実施例3の図11(a)から図11(c)と同様の工程を行う。その他の製造工程は実施例1から3と同じであり説明を省略する。   As shown in FIG. 12C, the same steps as in FIGS. 6A to 7D of the first embodiment, or the same steps as FIGS. 11A to 11C of the third embodiment. I do. Other manufacturing steps are the same as those in the first to third embodiments, and a description thereof will be omitted.

実施例1および3のように、オーミック電極20をキャップ層16に接触するように形成してもよい。実施例4のように、オーミック電極20を電子供給層14に接触するように形成してもよい。絶縁膜26の形成後にゲート電極30を形成してもよいし、実施例3のように、ゲート電極30の形成後に絶縁膜26を形成してもよい。   As in Examples 1 and 3, the ohmic electrode 20 may be formed so as to be in contact with the cap layer 16. As in Example 4, the ohmic electrode 20 may be formed so as to be in contact with the electron supply layer 14. The gate electrode 30 may be formed after the formation of the insulating film 26, or the insulating film 26 may be formed after the formation of the gate electrode 30 as in the third embodiment.

実施例1から4では、半導体装置として、オーミック電極20間にゲート電極30が設けられ、電子走行層12および電子走行層12上に形成された電子供給層14を有するHEMT(High Electron Mobility Transistor)を例に説明した。HEMT以外の半導体装置のオーミック装置に実施例1から4の方法を適用してもよい。窒化物半導体とは、窒素(N)を含む半導体であり、例えば窒化ガリウム(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)、窒化インジウム(InN)、および窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)などである。   In Examples 1 to 4, as a semiconductor device, a HEMT (High Electron Mobility Transistor) having a gate electrode 30 provided between ohmic electrodes 20 and having an electron transit layer 12 and an electron supply layer 14 formed on the electron transit layer 12 is used. Was described as an example. The methods of Embodiments 1 to 4 may be applied to an ohmic device of a semiconductor device other than the HEMT. A nitride semiconductor is a semiconductor containing nitrogen (N), for example, gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium gallium nitride (InGaN), indium nitride (InN), and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN). ) Etc.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the meanings described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

(付記1)
窒化物半導体層上にオーミック電極を形成する工程と、
前記オーミック電極の上面および側面を覆うように金属膜を形成する工程と、
前記窒化物半導体層上に前記金属膜の表面を被覆する第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜が形成された状態で前記オーミック電極を熱処理する工程と、
前記金属膜の表面が露出するように、前記第1絶縁膜をエッチング液を用いウェットエッチングする工程と、
前記第1絶縁膜をウェットエッチングする工程の後、前記窒化物半導体層上に前記金属膜の表面を覆うように第2絶縁膜を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記熱処理する工程は、500℃以上で熱処理する工程を含む付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)
前記オーミック電極は、窒化物半導体層上に形成されたチタン膜またはタンタル膜と、前記チタン膜またはタンタル膜上に形成されたアルミニウム膜を含む付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記第1絶縁膜を除去する工程において、弗酸を含むエッチング液を用い前記第1絶縁膜を除去する付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記金属膜は金膜または金ゲルマニウム膜である付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜は窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜である付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記窒化物半導体層上の前記オーミック電極間にゲート電極を形成する工程を含み、
前記窒化物半導体層は、電子走行層と、前記電子走行層上に形成された電子供給層と、を含む付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記オーミック電極を形成する工程は、
前記窒化物半導体層上に開口を有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をマスクに前記窒化物半導体層上に蒸着法を用い前記オーミック電極を形成する工程と、を含み、
前記金属膜を形成する工程は、
前記マスク層をマスクに、前記窒化物半導体層の上面の法線方向に対する原子の入射角度が前記オーミック電極を形成する工程の原子の入射角度より大きくなるような蒸着法を用い前記金属膜を形成する工程と、を含む付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
前記オーミック電極を形成する工程は、
前記窒化物半導体層上に第1開口を有する第1マスク層を形成する工程と、
前記第1マスク層をマスクに前記窒化物半導体層上に前記オーミック電極を形成する工程と、を含み、
前記金属膜を形成する工程は、
前記第1マスク層を除去した後、前記窒化物半導体層上に前記オーミック電極を含み前記第1開口より広い第2開口を有する第2マスク層を形成する工程と、
前記第2マスク層をマスクに前記窒化物半導体層上に前記金属膜を形成する工程と、を含む付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記熱処理する工程は、700℃以上で熱処理する工程を含む付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記オーミック電極は、前記アルミニウム膜上に形成されたチタン膜、ニッケル膜またはタンタル膜を含む付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 1)
Forming an ohmic electrode on the nitride semiconductor layer;
Forming a metal film so as to cover an upper surface and a side surface of the ohmic electrode;
Forming a first insulating film covering the surface of the metal film on the nitride semiconductor layer;
Heat-treating the ohmic electrode with the first insulating film formed;
Wet etching the first insulating film with an etchant so that the surface of the metal film is exposed;
After the step of wet etching the first insulating film, forming a second insulating film on the nitride semiconductor layer so as to cover the surface of the metal film;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
(Appendix 2)
The semiconductor device manufacturing method according to appendix 1, wherein the heat treatment step includes a heat treatment step at 500 ° C. or higher.
(Appendix 3)
The semiconductor device manufacturing method according to appendix 1, wherein the ohmic electrode includes a titanium film or a tantalum film formed on the nitride semiconductor layer and an aluminum film formed on the titanium film or tantalum film.
(Appendix 4)
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 3, wherein, in the step of removing the first insulating film, the first insulating film is removed using an etchant containing hydrofluoric acid.
(Appendix 5)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the metal film is a gold film or a gold germanium film.
(Appendix 6)
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film and the second insulating film are a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, or an aluminum oxide film.
(Appendix 7)
Forming a gate electrode between the ohmic electrodes on the nitride semiconductor layer,
The semiconductor device manufacturing method according to appendix 1, wherein the nitride semiconductor layer includes an electron transit layer and an electron supply layer formed on the electron transit layer.
(Appendix 8)
The step of forming the ohmic electrode includes:
Forming a mask layer having an opening on the nitride semiconductor layer;
Forming the ohmic electrode using a vapor deposition method on the nitride semiconductor layer using the mask layer as a mask, and
The step of forming the metal film includes
Using the mask layer as a mask, the metal film is formed using a vapor deposition method in which an incident angle of atoms with respect to a normal direction of the upper surface of the nitride semiconductor layer is larger than an incident angle of atoms in the step of forming the ohmic electrode The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 1 including the process to carry out.
(Appendix 9)
The step of forming the ohmic electrode includes:
Forming a first mask layer having a first opening on the nitride semiconductor layer;
Forming the ohmic electrode on the nitride semiconductor layer using the first mask layer as a mask, and
The step of forming the metal film includes
Forming a second mask layer including the ohmic electrode and having a second opening wider than the first opening on the nitride semiconductor layer after removing the first mask layer;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: forming the metal film on the nitride semiconductor layer using the second mask layer as a mask.
(Appendix 10)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the heat treatment step includes a heat treatment step at 700 ° C. or higher.
(Appendix 11)
The semiconductor device manufacturing method according to appendix 3, wherein the ohmic electrode includes a titanium film, a nickel film, or a tantalum film formed on the aluminum film.

10 基板
12 電子走行層
14 電子供給層
16 キャップ層
18 窒化物半導体層
20 オーミック電極
20a−20d、21、22、23 金属膜
24、24a、26 絶縁膜
30 ゲート電極
32 層間膜
34 配線層
50、52、54 マスク層
51、53、55 開口
60、62 矢印
64 法線方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Electron transit layer 14 Electron supply layer 16 Cap layer 18 Nitride semiconductor layer 20 Ohmic electrode 20a-20d, 21, 22, 23 Metal film 24, 24a, 26 Insulating film 30 Gate electrode 32 Interlayer film 34 Wiring layer 50, 52, 54 Mask layer 51, 53, 55 Opening 60, 62 Arrow 64 Normal direction

Claims (5)

窒化物半導体層上にオーミック電極を形成する工程と、
前記オーミック電極の上面および側面を覆うように金属膜を形成する工程と、
前記窒化物半導体層上に前記金属膜の表面を被覆する第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜が形成された状態で前記オーミック電極を熱処理する工程と、
前記金属膜の表面が露出するように、前記第1絶縁膜をエッチング液を用いウェットエッチングする工程と、
前記第1絶縁膜をウェットエッチングする工程の後、前記窒化物半導体層上に前記金属膜の表面を覆うように第2絶縁膜を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
Forming an ohmic electrode on the nitride semiconductor layer;
Forming a metal film so as to cover an upper surface and a side surface of the ohmic electrode;
Forming a first insulating film covering the surface of the metal film on the nitride semiconductor layer;
Heat-treating the ohmic electrode with the first insulating film formed;
Wet etching the first insulating film with an etchant so that the surface of the metal film is exposed;
After the step of wet etching the first insulating film, forming a second insulating film on the nitride semiconductor layer so as to cover the surface of the metal film;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記熱処理する工程は、500℃以上で熱処理する工程を含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment includes a heat treatment at 500 ° C. or higher. 前記オーミック電極は、窒化物半導体層上に形成されたチタン膜またはタンタル膜と、前記チタン膜またはタンタル膜上に形成されたアルミニウム膜と、を含む請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the ohmic electrode includes a titanium film or a tantalum film formed on the nitride semiconductor layer and an aluminum film formed on the titanium film or tantalum film. Method. 前記第1絶縁膜を除去する工程において、弗酸を含むエッチング液を用い前記第1絶縁膜を除去する請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein in the step of removing the first insulating film, the first insulating film is removed using an etchant containing hydrofluoric acid. 前記金属膜は金膜または金ゲルマニウム膜である請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is a gold film or a gold germanium film.
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