JP4294109B2 - 多層構造電極の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの多層構造電極の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青〜緑色波長の発光をする固体光源としてII−VI族化合物半導体やIII−Ｖ族化合物からなるレーザダイオード（以下、ＬＤと記す）の開発が盛んに行われている。このＬＤでの電極には複数種の金属を多層積層させるものが用いられる。例えば、ＺｎＴｅをｐ型コンタクト層として用いたII−VI族化合物半導体おいて、特開平６−１８８８５２４号公報にはその電極構造としてＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄの３層構造電極、また、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，３０（１９９４）ｐ１９８４にはＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｎｉの４層構造電極など様々な多層構造電極が提案されている。化合物半導体ＬＤのコンタクト層（ＺｎＴｅ）上に形成される多層構造電極は、その機能から上部電極（Ａｕ）／バリア電極（Ｐｔ）／反応用電極（Ｐｄ、Ｔｉ／Ｎｉ）と構造的特徴で分けられる。
【０００３】
最上部の上部電極は、ヒートシンクとして用いられるＩｎに対して熱融着マウント時に反応性が高く、化学的に安定な金属や、ボンディングワイヤーと反応性がよい金属が用いられる。また、反応用電極は、コンタクト層と良好な電気特性を得るため、ＺｎＴｅのような化合物半導体のコンタクト層と反応を起し易い金属が用いられる。また、上部電極がＡｕのように拡散し易い金属である場合には、上部電極（Ａｕ）が化合物半導体のコンタクト層側に拡散し易く、そのため化合物半導体ＬＤの寿命や特性に悪影響を及ぼす。そのため、上部電極（Ａｕ）と反応用電極（Ｐｄ、Ｔｉ／Ｎｉ）とに間に挟まれたバリア電極（Ｐｔ）は、上部電極の拡散を防止する役割を行うことのできる金属が用いられる。尚、上部電極が拡散しにくい金属である場合には、バリア電極は特に必要としない。
【０００４】
また、上述した多層構造電極の各層は、回転式の多元連装ハースを有する電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置により作製される。図２にＥＢ蒸着装置２０１のチャンバ内部の模式図を示す。蒸着したい物質（以下、ターゲットと記す）は、ハース部２０２に充填されている。ハース部２０２は１度の真空引きの工程で複数層の蒸着を可能とするため回転皿２０３の上に複数配置されており、蒸着させる膜種に応じて回転皿が回転して電子ビームの照射点にターゲットを位置させる。また、シャッタ２０４は、ターゲット熔融中のハース部２０２とウェハ２０５間の遮断や蒸着膜が所望の膜厚に達した時の蒸着を遮断する役割がある。上記のような複数種の金属からなる多層構造電極形成時には、ターゲットの熔融、蒸着、ハースの回転・ターゲット交換を繰り返してウェハ側から順に積層される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような多層構造電極において、反応用電極とバリア電極との間の界面密着強度が十分でなく、このため化合物半導体ＬＤで発生した熱がヒートシンク方向でうまく放散されず、化合物半導体ＬＤの熱劣化が生じ、化合物半導体ＬＤでの寿命が損なわれるという問題があった。また、電極の密着の度合がウェハ面内で均一でないため、化合物半導体ＬＤの特性ばらつきが大きくなり、一枚のウェハから取れる良品率が低下するという問題や、ヒートシンクへ熱融着によってマウントした化合物半導体ＬＤのチップが電極部で剥離して、化合物半導体ＬＤの製品歩留まりが低下するという問題があった。
【０００６】
この剥離の原因として本発明者らはバリア電極−反応用電極、あるいは上部電極−反応用電極の界面が清浄ではなく、界面に不純物層が形成され、金属間界面の密着性を阻害していることを見出した。
【０００７】
【表１】
【０００８】
表１は、各種金属の常温での気体に対する親和力を示したもので、気体の吸着し易さを表している。表１に見られるように、反応用電極のＰｄ、Ｎｉやバリア電極のＰｔは、水素をはじめとする様々な気体と吸着し易い性質があり、ターゲットへの原料補給や被蒸着対象の化合物半導体ＬＤのウェハ交換の際に、ＥＢ蒸着装置のメインチャンバをリークし大気開放すると、ターゲットの表面及び蒸着物が付着したハース部周辺に水素やその他の不純物が吸着、吸収される。不純物がターゲット表面に吸収、吸着した状態のターゲットがＥＢ蒸着装置で加熱、熔融されると、ターゲット表面やハース周辺に吸着、吸収されていた不純物脱離ガス化して真空チャンバ内に汚染雰囲気を形成する。この汚染雰囲気によって不純物層が形成され、金属間界面の密着性を阻害している。
【０００９】
以上の原因について、具体的に従来の多層構造電極形成方法でｐ型ＺｎＴｅ化合物半導体基板にＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄの３層電極構造を形成するプロセスを図３に示す。
【００１０】
最初に、最表面層がｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３０１を有する半導体ウェハをＥＢ蒸着装置のメインチャンバ内にセットし、チャンバ内を高真空に排気する。この時、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３０１表面は清浄に保たれている。
【００１１】
次に、ＰｄターゲットをＥＢ蒸着装置で加熱、蒸発させて、半導体ウェハ表面にＰｄ膜３０２を形成する。Ｐｄは、表１に示したように不純物を吸着しやすい性質があるので、ＥＢ蒸着装置で加熱することにより、その吸収された不純物はチャンバ内に放出される。しかし、Ｐｄは蒸発しやすいので、低いターゲットの熔融温度１４００℃で蒸着させることができることから、ターゲット及びそのハース部周辺からの不純物蒸発量は比較的少なく、ウェハ表面ヘの不純物層形成も発生しにくい。また、Ｐｄは反応性が高いため、Ｐｄ−ＺｎＴｅ界面では化学反応が生じ反応化合物が形成されるため、Ｐｄ−ＺｎＴｅ界面での密着性での低下は生じない。
【００１２】
次に、Ｐｄが所定の膜厚（１０ｎｍ程度）だけ成膜されたあと、一度シャッタを閉じ、蒸発物がウェハに直接に達しないようにした後、次にＰｔターゲットに電子ビームを照射して加熱し、熔融させる。Ｐｔの融点は１８００℃と高いため、この熔融中にＰｔターゲット及びその周辺に吸収、吸着されていた不純物が大量に蒸発し、汚染雰囲気が形成され、メインチャンバ内の真空度が悪化する。ウェハ表面には既にＰｄが成膜されており、このＰｄは不純物を吸収、吸着しやすいのでウェハ表面のＰｄ膜３０２は汚染雰囲気を活発に吸収吸着しＰｄ膜表面に不純物層３０３が形成される。ここまで作製した電極構造の模式図を図３（ａ）に示す。
【００１３】
Ｐｔターゲットに電子ビームを照射し熔融後、シャッタを開いてバリア電極としてＰｔ層３０４を成膜を行うと、Ｐｄ膜３０２とＰｔ膜３０４の間に不純物層３０３が挟みこんだ構造となる。ここまで作製した電極構造の模式図を図３（ｂ）に示す。
【００１４】
最後に、同様な方法でＰｔ膜３０４上にＡｕ膜３０５を形成するが、Ｐｔ膜３０４とＡｕ膜３０５との界面で反応が生じるのでＡｕ−Ｐｔ界面の密着強度は非常に高くなっている。
【００１５】
上述したように従来の方法では、バリア電極Ｐｔと反応用電極Ｐｄとの界面に不純物層ができることによって、電極構造の密着性が悪くなるという問題が生じる。
【００１６】
このような電極構造の密着性の低下を防ぐ手段として、サンプル投入、取り出し用ロードロック室を設けた多チャンバ式のＥＢ蒸着装置を用いて、ターゲットを設置したチャンバを常に高真空に保つという方法がある。しかし、このような多チャンバ式のＥＢ蒸着装置には大掛かりな設備が必要であり、非常に高価となる問題がある。
【００１７】
従って、本発明では従来の１チャンバ式のＥＢ蒸着装置を用いて複数種の金属からなる多層構造電極の密着性を高めることによって、機械的強度の高い多層構造電極の形成方法を提供することを特徴とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属ターゲットを熔融して金属を蒸着させる方法により、１チャンバ式の電子ビーム蒸着装置を用いて、第１の金属層上に第２の金属層を連続的に積層する工程を有する多層構造電極の形成方法において、第１の金属層の下部層を形成する工程と、第２の金属層の金属ターゲットの脱ガス処理を行う工程と、第１の金属層の上部層を形成する工程と、第２の金属層を形成する工程と、を順次行うことを特徴とする多層構造電極の形成方法である。
【００１９】
本発明にかかる多層構造電極の形成方法において、第１の金属層を、半導体層上にこの半導体層と反応して化合物を形成する反応用電極とし、第２の金属層をバリア電極とすることができる。さらに、上記半導体層をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体あるいは窒化ガリウム系化合物半導体のいずれかとし、上記反応用電極をＰｄ、Ｔｉ、Ｎｉのいずれかからなる金属とし、バリア電極をＰｔ、Ｍｏのいずれかからなる金属とすることができる。
【００２０】
また、本発明にかかる多層構造電極の形成方法において、第１の金属層を、半導体層上にこの半導体層と反応して化合物を形成する反応用電極とし、第２の金属層を上部電極とすることができる。さらに、上記半導体層を窒化ガリウム系化合物半導体とし、上記反応用電極をＴｉからなる金属とし、上記上部電極をＡｌからなる金属とすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態としてＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄの三層構造電極を有するII−VI族化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を図１に示す。
【００２４】
最初に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１０１を最表面に有するII−VI族化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
次に、Ｐｄターゲットを電子ビームにより１４００℃に加熱し、蒸発させることによって、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１０１に上に下部層のＰｄ膜１０２を形成する。この時チャンバの真空度は３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度であり、チャンバ内の雰囲気は十分に清浄が保たれている。Ｐｄ膜が所定の膜厚に達する前の３〜５ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。図１（ａ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２５】
次に、ハース部を回転させ、Ｐｔターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ｐｔターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＰｔがウェハに達することはない。Ｐｔターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層であるＰｄ膜１０２上に不純物層１０３が形成される。図１（ｂ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２６】
脱ガス処理終了後、Ｐｔターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＰｄ膜を形成前程度になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＰｄ膜の形成を再開して目的の厚さである１０ｎｍまで上部層のＰｄ膜１０４を積層する。この時、下部層のＰｄ膜１０２と上部層のＰｄ膜１０４との間には不純物層１０３が形成されていることになるが、Ｐｄは反応しやすい金属であるので下部層のＰｄ膜１０２及び上部層のＰｄ膜１０４は不純物層１０３を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。図１（ｃ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２７】
上部層のＰｄ膜１０４を積層後、バリア電極となるＰｔ膜１０５の形成を行う。この時、既にＰｔターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＰｔターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＰｔ膜を成膜することで、清浄な上部層のＰｄ膜１０４表面にＰｔ膜１０５を形成することができる。Ｐｔ膜１０５の膜厚は１００ｎｍ程度とする。Ｐｄ−Ｐｔ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。図１（ｄ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２８】
最後に、上部電極であるＡｕ膜１０６を２００ｎｍ程度の適切な膜厚に積層させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄの三層構造電極を形成する。図１（ｅ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２９】
このようにして作製したＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄの三層構造電極をＺｎＴｅコンタクト層上に有する化合物半導体ＬＤは、Ｐｔ膜とＰｄ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。更に、ヒートシンクへのマウントを行う工程でも、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。また、Ｐｔターゲットの脱ガス処理をＰｄ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られ、多層構造電極の密着性が高く、機械的強度の向上が行えた。
【００３０】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態としてＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｎｉの四層構造電極を有するII−VI族化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を図４に示す。
【００３１】
最初に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層４０１を有するII−VI族化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
【００３２】
次に、Ｎｉターゲットを電子ビームにより加熱し、蒸発させることによって、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層４０１に上に１０ｎｍ程度までＮｉ膜４０２を形成する。更に、Ｔｉターゲットを電子ビームにより加熱し、蒸発させることによって、Ｎｉ膜４０２の上に下部層のＴｉ膜４０３を所定の膜厚に達する前の２０〜３０ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。両金属ターゲットを熔融させる時、Ｎｉの脱ガス処理時にはＺｎＴｅコンタクト層４０１を汚染雰囲気が覆うが、Ｎｉ膜４０２とＺｎＴｅコンタクト層４０１とは相互に反応し強固に結合するので密着強度に関する問題は生じない。また、Ｔｉターゲットの脱ガス処理時にも、Ｎｉは表１に見られるようにガス吸着起し易い金属に分類されるが、ＴｉがＮｉやＺｎやＴｅなどと強く反応を起すので界面での密着強度の低下の問題は生じない。
【００３３】
次に、ハース部を回転させ、Ｐｔターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ｐｔターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＰｔがウェハに達することはない。Ｐｔターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層のＴｉ膜４０３上に不純物層４０４が形成される。
【００３４】
脱ガス処理終了後、Ｐｔターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＰｄ膜を形成前の状態になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＴｉ膜の形成を再開して目的の厚さである５０ｎｍまで上部層のＴｉ膜４０５を積層する。この時、下部層のＴｉ膜４０３と上部層のＴｉ膜４０５との間には不純物層４０４が形成されていることになるが、Ｔｉは反応しやすい金属であるので下部層のＴｉ膜４０３及び上部層のＴｉ膜４０５は不純物層を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。
【００３５】
上部層のＴｉ膜４０５を積層後、バリア電極となるＰｔ膜の形成を行う。この時、既にＰｔターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＰｔターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＰｔ膜を成膜することで、清浄な上部層のＴｉ膜４０５表面にＰｔ膜４０６を形成することができる。Ｐｔ膜４０６の膜厚は５０ｎｍ程度とする。Ｔｉ−Ｐｔ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。
【００３６】
最後に、上部電極であるＡｕ膜４０７を１００ｎｍ程度の適切な膜厚に積層させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｎｉの四層構造電極を形成する。
【００３７】
このようにして作製したＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｎｉの四層構造電極をＺｎＴｅコンタクト層上に有する化合物半導体ＬＤは、Ｐｔ膜とＴｉ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。更に、ヒートシンクへのマウントを行う工程でも、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。また、Ｐｔターゲットの脱ガス処理をＮｉ膜形成後であってＴｉ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られた。
【００３８】
本実施の形態では、特に問題となるＰｔ／Ｔｉの間の密着性の向上について説明したが、他のＴｉ／ＮｉやＰｔ／Ａｕに対して本発明の方法を適用しても効果がある。また、バリア電極として本実施の形態ではＰｔを用いたが、Ｍｏを用いることもでき、その場合にも本発明は効果がある。
【００３９】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態としてＡｌ／Ｔｉの二層構造電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を図５に示す。
【００４０】
最初に、ｎ型ＧａＮコンタクト層５０１を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
【００４１】
次に、Ｔｉターゲットを電子ビームにより加熱し、蒸発させることによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層５０１に上に下部層のＴｉ膜５０２を形成する。下部層のＴｉ膜５０２が所定の膜厚に達する前の３〜５ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。
【００４２】
次に、ハース部を回転させ、Ａｌターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ａｌターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＡｌがウェハに達することはない。Ａｌターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層のＴｉ膜５０２上に不純物層５０３が形成される。
【００４３】
脱ガス処理終了後、Ａｌターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＴｉ膜を形成前になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＴｉ膜の形成を再開して目的の厚さである１０ｎｍまで上部層のＴｉ膜５０４を積層する。Ｔｉは前述したように反応しやすい金属であるので下部層のＴｉ膜５０２及び上部層のＴｉ膜５０４は不純物層５０３を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。
【００４４】
上部層のＴｉ膜５０４を積層後、外部と電気的接続を行うＡｌ膜５０５の形成を行う。この時、既にＡｌターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＡｌターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＡｌ膜を成膜することで、清浄なＴｉ膜５０４表面にＡｌ膜５０５を形成することができる。Ａｌ膜５０５の膜厚は２００ｎｍ程度とする。Ａｌ−Ｔｉ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。以上により、Ａｌ／Ｔｉの二層構造電極を形成できる。
【００４５】
このようにして作製したＡｌ／Ｔｉの二層構造電極をｎ型ＧａＮコンタクト層上に有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤは、Ａｌ膜とＴｉ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。更に、ヒートシンクへのマウントを行う工程でも、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。また、Ａｌターゲットの脱ガス処理をＴｉ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られ、多層構造電極の密着性が高く、機械的強度の向上が行えた。
【００４６】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態としてＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの三層構造電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を示す。
【００４７】
最初に、ｎ型ＧａＮコンタクト層６０１を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
次に、Ｔｉターゲットを電子ビームにより１４００℃に加熱し、蒸発させることによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層６０１に上に下部層のＴｉ膜６０２を形成する。下部層のＴｉ膜６０２が所定の膜厚に達する前の１０〜１５ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。図６（ａ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００４８】
次に、ハース部を回転させ、Ｐｔターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ｐｔターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＰｔがウェハに達することはない。Ｐｔターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層であるＴｉ膜６０２上に不純物層６０３が形成される。図６（ｂ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００４９】
脱ガス処理終了後、Ｐｔターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＴｉ膜を形成する前程度になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＴｉ膜の形成を再開して目的の厚さである２５ｎｍまで上部層のＴｉ膜６０４を積層する。Ｔｉは反応しやすい金属であるので下部層のＴｉ膜６０２及び上部層のＴｉ膜６０４は不純物層６０３を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。図６（ｃ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００５０】
上部層のＴｉ膜６０４を積層後、バリア電極となるＰｔ膜６０５の形成を行う。この時、既にＰｔターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＰｔターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＰｔ膜を成膜することで、清浄な上部層のＴｉ膜６０４表面にＰｔ膜６０５を形成することができる。Ｐｔ膜６０５の膜厚は１００ｎｍ程度とする。Ｔｉ−Ｐｔ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。図６（ｄ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００５１】
最後に、上部電極であるＡｕ膜６０６を２００ｎｍ程度の適切な膜厚に積層させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉの三層構造電極を形成する。図６（ｅ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００５２】
このようにして作製したＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの三層構造電極をＧａＮコンタクト層上に有する化合物半導体ＬＤは、Ｐｔ膜とＴｉ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。
【００５３】
また、実施の形態３と比較して、上部電極をＡｕにすることでワイヤボンディング工程において、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。尚、上部電極としてＡｕを用いた場合には、ＡｕのＬＤ側への拡散によるＬＤの特性不良や劣化が問題となるが、バリア電極Ｐｔの存在によりこれらの問題が解消できる。
【００５４】
また、Ｐｔターゲットの脱ガス処理をＴｉ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られ、多層構造電極の密着性が高く、機械的強度の向上が行えた。
【００５５】
また、バリア電極として本実施の形態ではＰｔを用いたが、Ｍｏを用いることでも同様の結果が得られることを確認した。
【００５６】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態としてＡｕ／Ｐｔ／Ｎｉの三層構造電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を示す。
【００５７】
最初に、ｎ型ＧａＮコンタクト層７０１を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
【００５８】
次に、Ｎｉターゲットを電子ビームにより加熱し、蒸発させることによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層７０１に上に下部層のＮｉ膜７０２を形成する。下部層のＮｉ膜７０２が所定の膜厚に達する前の１０〜１５ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。図７（ａ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００５９】
次に、ハース部を回転させ、Ｐｔターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ｐｔターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＰｔがウェハに達することはない。Ｐｔターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層であるＮｉ膜７０２上に不純物層７０３が形成される。図７（ｂ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００６０】
脱ガス処理終了後、Ｐｔターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＮｉ膜を形成する前程度になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＮｉ膜の形成を再開して目的の厚さである２５ｎｍまで上部層のＮｉ膜７０４を積層する。Ｎｉは反応しやすい金属であるので下部層のＮｉ膜７０２及び上部層のＮｉ膜７０４は不純物層７０３を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。図７（ｃ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００６１】
上部層のＮｉ膜７０４を積層後、バリア電極となるＰｔ膜７０５の形成を行う。この時、既にＰｔターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＰｔターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＰｔ膜を成膜することで、清浄な上部層のＮｉ膜７０４表面にＰｔ膜７０５を形成することができる。Ｐｔ膜７０５の膜厚は１００ｎｍ程度とする。Ｎｉ−Ｐｔ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。図７（ｄ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００６２】
最後に、上部電極であるＡｕ膜７０６を２００ｎｍ程度の適切な膜厚に積層させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｎｉの三層構造電極を形成する。図７（ｅ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００６３】
このようにして作製したＡｕ／Ｐｔ／Ｎｉの三層構造電極をＧａＮコンタクト層上に有する化合物半導体ＬＤは、Ｐｔ膜とＮｉ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。
【００６４】
また、実施の形態３と比較して、上部電極をＡｕとすることによってワイヤボンディング工程において、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。尚、上部電極としてＡｕを用いた場合には、ＡｕのＬＤ側への拡散によるＬＤの特性不良や劣化が問題となるが、バリア電極Ｐｔの存在によりこれらの問題が解消できる。
【００６５】
また、Ｐｔターゲットの脱ガス処理をＮｉ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られ、多層構造電極の密着性が高く、機械的強度の向上が行えた。また、バリア電極として本実施の形態ではＰｔを用いたが、Ｍｏを用いることでも同様の結果が得られることを確認した。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、多層構造電極での密着性を上げることができ、電極構造自体の機械的強度を向上させることができ、従って、化合物半導体ＬＤの特性のばらつきを抑え、また、電極の剥離の問題を抑えることができるので、化合物半導体ＬＤの製品歩留まりを向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【図２】１チャンバ式の電子ビーム蒸着装置の概略図である。
【図３】従来の多層構造電極の形成工程を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【図５】本発明の実施の形態３の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【図６】本発明の実施の形態４の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【図７】本発明の実施の形態５の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【符号の説明】
１０１、４０１ ＺｎＴｅコンタクト層
１０２ 下部層のＰｄ膜
１０３、４０４、５０３、６０３、７０３ 不純物層
１０４ 上部層のＰｄ膜
１０５、４０６、６０５、７０５ Ｐｔ膜
１０６、４０７、６０６、７０６ Ａｕ膜
４０２ Ｎｉ膜
４０３、５０２、６０２ 下部層のＴｉ膜
４０５、５０４、６０４ 上部層のＴｉ膜
５０１、６０１、７０１ ｎ型ＧａＮコンタクト層
５０５ Ａｌ膜
７０２ 下部層のＴｉ膜
７０４ 上部層のＴｉ膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの多層構造電極の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青〜緑色波長の発光をする固体光源としてII−VI族化合物半導体やIII−Ｖ族化合物からなるレーザダイオード（以下、ＬＤと記す）の開発が盛んに行われている。このＬＤでの電極には複数種の金属を多層積層させるものが用いられる。例えば、ＺｎＴｅをｐ型コンタクト層として用いたII−VI族化合物半導体おいて、特開平６−１８８８５２４号公報にはその電極構造としてＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄの３層構造電極、また、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，３０（１９９４）ｐ１９８４にはＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｎｉの４層構造電極など様々な多層構造電極が提案されている。化合物半導体ＬＤのコンタクト層（ＺｎＴｅ）上に形成される多層構造電極は、その機能から上部電極（Ａｕ）／バリア電極（Ｐｔ）／反応用電極（Ｐｄ、Ｔｉ／Ｎｉ）と構造的特徴で分けられる。
【０００３】
最上部の上部電極は、ヒートシンクとして用いられるＩｎに対して熱融着マウント時に反応性が高く、化学的に安定な金属や、ボンディングワイヤーと反応性がよい金属が用いられる。また、反応用電極は、コンタクト層と良好な電気特性を得るため、ＺｎＴｅのような化合物半導体のコンタクト層と反応を起し易い金属が用いられる。また、上部電極がＡｕのように拡散し易い金属である場合には、上部電極（Ａｕ）が化合物半導体のコンタクト層側に拡散し易く、そのため化合物半導体ＬＤの寿命や特性に悪影響を及ぼす。そのため、上部電極（Ａｕ）と反応用電極（Ｐｄ、Ｔｉ／Ｎｉ）とに間に挟まれたバリア電極（Ｐｔ）は、上部電極の拡散を防止する役割を行うことのできる金属が用いられる。尚、上部電極が拡散しにくい金属である場合には、バリア電極は特に必要としない。
【０００４】
また、上述した多層構造電極の各層は、回転式の多元連装ハースを有する電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置により作製される。図２にＥＢ蒸着装置２０１のチャンバ内部の模式図を示す。蒸着したい物質（以下、ターゲットと記す）は、ハース部２０２に充填されている。ハース部２０２は１度の真空引きの工程で複数層の蒸着を可能とするため回転皿２０３の上に複数配置されており、蒸着させる膜種に応じて回転皿が回転して電子ビームの照射点にターゲットを位置させる。また、シャッタ２０４は、ターゲット熔融中のハース部２０２とウェハ２０５間の遮断や蒸着膜が所望の膜厚に達した時の蒸着を遮断する役割がある。上記のような複数種の金属からなる多層構造電極形成時には、ターゲットの熔融、蒸着、ハースの回転・ターゲット交換を繰り返してウェハ側から順に積層される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような多層構造電極において、反応用電極とバリア電極との間の界面密着強度が十分でなく、このため化合物半導体ＬＤで発生した熱がヒートシンク方向でうまく放散されず、化合物半導体ＬＤの熱劣化が生じ、化合物半導体ＬＤでの寿命が損なわれるという問題があった。また、電極の密着の度合がウェハ面内で均一でないため、化合物半導体ＬＤの特性ばらつきが大きくなり、一枚のウェハから取れる良品率が低下するという問題や、ヒートシンクへ熱融着によってマウントした化合物半導体ＬＤのチップが電極部で剥離して、化合物半導体ＬＤの製品歩留まりが低下するという問題があった。
【０００６】
この剥離の原因として本発明者らはバリア電極−反応用電極、あるいは上部電極−反応用電極の界面が清浄ではなく、界面に不純物層が形成され、金属間界面の密着性を阻害していることを見出した。
【０００７】
【表１】
表１は、各種金属の常温での気体に対する親和力を示したもので、気体の吸着し易さを表している。表１に見られるように、反応用電極のＰｄ、Ｎｉやバリア電極のＰｔは、水素をはじめとする様々な気体と吸着し易い性質があり、ターゲットへの原料補給や被蒸着対象の化合物半導体ＬＤのウェハ交換の際に、ＥＢ蒸着装置のメインチャンバをリークし大気開放すると、ターゲットの表面及び蒸着物が付着したハース部周辺に水素やその他の不純物が吸着、吸収される。不純物がターゲット表面に吸収、吸着した状態のターゲットがＥＢ蒸着装置で加熱、熔融されると、ターゲット表面やハース周辺に吸着、吸収されていた不純物脱離ガス化して真空チャンバ内に汚染雰囲気を形成する。この汚染雰囲気によって不純物層が形成され、金属間界面の密着性を阻害している。
【０００９】
以上の原因について、具体的に従来の多層構造電極形成方法でｐ型ＺｎＴｅ化合物半導体基板にＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄの３層電極構造を形成するプロセスを図３に示す。
【００１０】
最初に、最表面層がｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３０１を有する半導体ウェハをＥＢ蒸着装置のメインチャンバ内にセットし、チャンバ内を高真空に排気する。この時、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層３０１表面は清浄に保たれている。
【００１１】
次に、ＰｄターゲットをＥＢ蒸着装置で加熱、蒸発させて、半導体ウェハ表面にＰｄ膜３０２を形成する。Ｐｄは、表１に示したように不純物を吸着しやすい性質があるので、ＥＢ蒸着装置で加熱することにより、その吸収された不純物はチャンバ内に放出される。しかし、Ｐｄは蒸発しやすいので、低いターゲットの熔融温度１４００℃で蒸着させることができることから、ターゲット及びそのハース部周辺からの不純物蒸発量は比較的少なく、ウェハ表面ヘの不純物層形成も発生しにくい。また、Ｐｄは反応性が高いため、Ｐｄ−ＺｎＴｅ界面では化学反応が生じ反応化合物が形成されるため、Ｐｄ−ＺｎＴｅ界面での密着性での低下は生じない。
【００１２】
次に、Ｐｄが所定の膜厚（１０ｎｍ程度）だけ成膜されたあと、一度シャッタを閉じ、蒸発物がウェハに直接に達しないようにした後、次にＰｔターゲットに電子ビームを照射して加熱し、熔融させる。Ｐｔの融点は１８００℃と高いため、この熔融中にＰｔターゲット及びその周辺に吸収、吸着されていた不純物が大量に蒸発し、汚染雰囲気が形成され、メインチャンバ内の真空度が悪化する。ウェハ表面には既にＰｄが成膜されており、このＰｄは不純物を吸収、吸着しやすいのでウェハ表面のＰｄ膜３０２は汚染雰囲気を活発に吸収吸着しＰｄ膜表面に不純物層３０３が形成される。ここまで作製した電極構造の模式図を図３（ａ）に示す。
【００１３】
Ｐｔターゲットに電子ビームを照射し熔融後、シャッタを開いてバリア電極としてＰｔ層３０４を成膜を行うと、Ｐｄ膜３０２とＰｔ膜３０４の間に不純物層３０３が挟みこんだ構造となる。ここまで作製した電極構造の模式図を図３（ｂ）に示す。
【００１４】
最後に、同様な方法でＰｔ膜３０４上にＡｕ膜３０５を形成するが、Ｐｔ膜３０４とＡｕ膜３０５との界面で反応が生じるのでＡｕ−Ｐｔ界面の密着強度は非常に高くなっている。
【００１５】
上述したように従来の方法では、バリア電極Ｐｔと反応用電極Ｐｄとの界面に不純物層ができることによって、電極構造の密着性が悪くなるという問題が生じる。
【００１６】
このような電極構造の密着性の低下を防ぐ手段として、サンプル投入、取り出し用ロードロック室を設けた多チャンバ式のＥＢ蒸着装置を用いて、ターゲットを設置したチャンバを常に高真空に保つという方法がある。しかし、このような多チャンバ式のＥＢ蒸着装置には大掛かりな設備が必要であり、非常に高価となる問題がある。
【００１７】
従って、本発明では従来の１チャンバ式のＥＢ蒸着装置を用いて複数種の金属からなる多層構造電極の密着性を高めることによって、機械的強度の高い多層構造電極の形成方法を提供することを特徴とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属ターゲットを熔融して金属を蒸着させる方法により、１チャンバ式の電子ビーム蒸着装置を用いて、第１の金属層上に第２の金属層を連続的に積層する工程を有する多層構造電極の形成方法において、第１の金属層の下部層を形成する工程と、第２の金属層の金属ターゲットの脱ガス処理を行う工程と、第１の金属層の上部層を形成する工程と、第２の金属層を形成する工程と、を順次行うことを特徴とする多層構造電極の形成方法である。
【００１９】
本発明にかかる多層構造電極の形成方法において、第１の金属層を、半導体層上にこの半導体層と反応して化合物を形成する反応用電極とし、第２の金属層をバリア電極とすることができる。さらに、上記半導体層をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体あるいは窒化ガリウム系化合物半導体のいずれかとし、上記反応用電極をＰｄ、Ｔｉ、Ｎｉのいずれかからなる金属とし、バリア電極をＰｔ、Ｍｏのいずれかからなる金属とすることができる。
【００２０】
また、本発明にかかる多層構造電極の形成方法において、第１の金属層を、半導体層上にこの半導体層と反応して化合物を形成する反応用電極とし、第２の金属層を上部電極とすることができる。さらに、上記半導体層を窒化ガリウム系化合物半導体とし、上記反応用電極をＴｉからなる金属とし、上記上部電極をＡｌからなる金属とすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態としてＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄの三層構造電極を有するII−VI族化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を図１に示す。
【００２４】
最初に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１０１を最表面に有するII−VI族化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
次に、Ｐｄターゲットを電子ビームにより１４００℃に加熱し、蒸発させることによって、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１０１に上に下部層のＰｄ膜１０２を形成する。この時チャンバの真空度は３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度であり、チャンバ内の雰囲気は十分に清浄が保たれている。Ｐｄ膜が所定の膜厚に達する前の３〜５ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。図１（ａ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２５】
次に、ハース部を回転させ、Ｐｔターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ｐｔターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＰｔがウェハに達することはない。Ｐｔターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層であるＰｄ膜１０２上に不純物層１０３が形成される。図１（ｂ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２６】
脱ガス処理終了後、Ｐｔターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＰｄ膜を形成前程度になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＰｄ膜の形成を再開して目的の厚さである１０ｎｍまで上部層のＰｄ膜１０４を積層する。この時、下部層のＰｄ膜１０２と上部層のＰｄ膜１０４との間には不純物層１０３が形成されていることになるが、Ｐｄは反応しやすい金属であるので下部層のＰｄ膜１０２及び上部層のＰｄ膜１０４は不純物層１０３を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。図１（ｃ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２７】
上部層のＰｄ膜１０４を積層後、バリア電極となるＰｔ膜１０５の形成を行う。この時、既にＰｔターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＰｔターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＰｔ膜を成膜することで、清浄な上部層のＰｄ膜１０４表面にＰｔ膜１０５を形成することができる。Ｐｔ膜１０５の膜厚は１００ｎｍ程度とする。Ｐｄ−Ｐｔ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。図１（ｄ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２８】
最後に、上部電極であるＡｕ膜１０６を２００ｎｍ程度の適切な膜厚に積層させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｐｄの三層構造電極を形成する。図１（ｅ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００２９】
このようにして作製したＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄの三層構造電極をＺｎＴｅコンタクト層上に有する化合物半導体ＬＤは、Ｐｔ膜とＰｄ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。更に、ヒートシンクへのマウントを行う工程でも、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。また、Ｐｔターゲットの脱ガス処理をＰｄ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られ、多層構造電極の密着性が高く、機械的強度の向上が行えた。
【００３０】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態としてＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｎｉの四層構造電極を有するII−VI族化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を図４に示す。
【００３１】
最初に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層４０１を有するII−VI族化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
【００３２】
次に、Ｎｉターゲットを電子ビームにより加熱し、蒸発させることによって、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層４０１に上に１０ｎｍ程度までＮｉ膜４０２を形成する。更に、Ｔｉターゲットを電子ビームにより加熱し、蒸発させることによって、Ｎｉ膜４０２の上に下部層のＴｉ膜４０３を所定の膜厚に達する前の２０〜３０ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。両金属ターゲットを熔融させる時、Ｎｉの脱ガス処理時にはＺｎＴｅコンタクト層４０１を汚染雰囲気が覆うが、Ｎｉ膜４０２とＺｎＴｅコンタクト層４０１とは相互に反応し強固に結合するので密着強度に関する問題は生じない。また、Ｔｉターゲットの脱ガス処理時にも、Ｎｉは表１に見られるようにガス吸着起し易い金属に分類されるが、ＴｉがＮｉやＺｎやＴｅなどと強く反応を起すので界面での密着強度の低下の問題は生じない。
【００３３】
次に、ハース部を回転させ、Ｐｔターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ｐｔターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＰｔがウェハに達することはない。Ｐｔターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層のＴｉ膜４０３上に不純物層４０４が形成される。
【００３４】
脱ガス処理終了後、Ｐｔターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＰｄ膜を形成前の状態になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＴｉ膜の形成を再開して目的の厚さである５０ｎｍまで上部層のＴｉ膜４０５を積層する。この時、下部層のＴｉ膜４０３と上部層のＴｉ膜４０５との間には不純物層４０４が形成されていることになるが、Ｔｉは反応しやすい金属であるので下部層のＴｉ膜４０３及び上部層のＴｉ膜４０５は不純物層を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。
【００３５】
上部層のＴｉ膜４０５を積層後、バリア電極となるＰｔ膜の形成を行う。この時、既にＰｔターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＰｔターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＰｔ膜を成膜することで、清浄な上部層のＴｉ膜４０５表面にＰｔ膜４０６を形成することができる。Ｐｔ膜４０６の膜厚は５０ｎｍ程度とする。Ｔｉ−Ｐｔ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。
【００３６】
最後に、上部電極であるＡｕ膜４０７を１００ｎｍ程度の適切な膜厚に積層させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｎｉの四層構造電極を形成する。
【００３７】
このようにして作製したＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｎｉの四層構造電極をＺｎＴｅコンタクト層上に有する化合物半導体ＬＤは、Ｐｔ膜とＴｉ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。更に、ヒートシンクへのマウントを行う工程でも、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。また、Ｐｔターゲットの脱ガス処理をＮｉ膜形成後であってＴｉ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られた。
【００３８】
本実施の形態では、特に問題となるＰｔ／Ｔｉの間の密着性の向上について説明したが、他のＴｉ／ＮｉやＰｔ／Ａｕに対して本発明の方法を適用しても効果がある。また、バリア電極として本実施の形態ではＰｔを用いたが、Ｍｏを用いることもでき、その場合にも本発明は効果がある。
【００３９】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態としてＡｌ／Ｔｉの二層構造電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を図５に示す。
【００４０】
最初に、ｎ型ＧａＮコンタクト層５０１を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
【００４１】
次に、Ｔｉターゲットを電子ビームにより加熱し、蒸発させることによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層５０１に上に下部層のＴｉ膜５０２を形成する。下部層のＴｉ膜５０２が所定の膜厚に達する前の３〜５ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。
【００４２】
次に、ハース部を回転させ、Ａｌターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ａｌターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＡｌがウェハに達することはない。Ａｌターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層のＴｉ膜５０２上に不純物層５０３が形成される。
【００４３】
脱ガス処理終了後、Ａｌターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＴｉ膜を形成前になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＴｉ膜の形成を再開して目的の厚さである１０ｎｍまで上部層のＴｉ膜５０４を積層する。Ｔｉは前述したように反応しやすい金属であるので下部層のＴｉ膜５０２及び上部層のＴｉ膜５０４は不純物層５０３を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。
【００４４】
上部層のＴｉ膜５０４を積層後、外部と電気的接続を行うＡｌ膜５０５の形成を行う。この時、既にＡｌターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＡｌターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＡｌ膜を成膜することで、清浄なＴｉ膜５０４表面にＡｌ膜５０５を形成することができる。Ａｌ膜５０５の膜厚は２００ｎｍ程度とする。Ａｌ−Ｔｉ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。以上により、Ａｌ／Ｔｉの二層構造電極を形成できる。
【００４５】
このようにして作製したＡｌ／Ｔｉの二層構造電極をｎ型ＧａＮコンタクト層上に有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤは、Ａｌ膜とＴｉ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。更に、ヒートシンクへのマウントを行う工程でも、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。また、Ａｌターゲットの脱ガス処理をＴｉ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られ、多層構造電極の密着性が高く、機械的強度の向上が行えた。
【００４６】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態としてＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの三層構造電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を示す。
【００４７】
最初に、ｎ型ＧａＮコンタクト層６０１を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
次に、Ｔｉターゲットを電子ビームにより１４００℃に加熱し、蒸発させることによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層６０１に上に下部層のＴｉ膜６０２を形成する。下部層のＴｉ膜６０２が所定の膜厚に達する前の１０〜１５ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。図６（ａ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００４８】
次に、ハース部を回転させ、Ｐｔターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ｐｔターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＰｔがウェハに達することはない。Ｐｔターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層であるＴｉ膜６０２上に不純物層６０３が形成される。図６（ｂ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００４９】
脱ガス処理終了後、Ｐｔターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＴｉ膜を形成する前程度になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＴｉ膜の形成を再開して目的の厚さである２５ｎｍまで上部層のＴｉ膜６０４を積層する。Ｔｉは反応しやすい金属であるので下部層のＴｉ膜６０２及び上部層のＴｉ膜６０４は不純物層６０３を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。図６（ｃ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００５０】
上部層のＴｉ膜６０４を積層後、バリア電極となるＰｔ膜６０５の形成を行う。この時、既にＰｔターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＰｔターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＰｔ膜を成膜することで、清浄な上部層のＴｉ膜６０４表面にＰｔ膜６０５を形成することができる。Ｐｔ膜６０５の膜厚は１００ｎｍ程度とする。Ｔｉ−Ｐｔ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。図６（ｄ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００５１】
最後に、上部電極であるＡｕ膜６０６を２００ｎｍ程度の適切な膜厚に積層させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉの三層構造電極を形成する。図６（ｅ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００５２】
このようにして作製したＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの三層構造電極をＧａＮコンタクト層上に有する化合物半導体ＬＤは、Ｐｔ膜とＴｉ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。
【００５３】
また、実施の形態３と比較して、上部電極をＡｕにすることでワイヤボンディング工程において、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。尚、上部電極としてＡｕを用いた場合には、ＡｕのＬＤ側への拡散によるＬＤの特性不良や劣化が問題となるが、バリア電極Ｐｔの存在によりこれらの問題が解消できる。
【００５４】
また、Ｐｔターゲットの脱ガス処理をＴｉ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られ、多層構造電極の密着性が高く、機械的強度の向上が行えた。
【００５５】
また、バリア電極として本実施の形態ではＰｔを用いたが、Ｍｏを用いることでも同様の結果が得られることを確認した。
【００５６】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態としてＡｕ／Ｐｔ／Ｎｉの三層構造電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤの多層構造電極の形成方法を示す。
【００５７】
最初に、ｎ型ＧａＮコンタクト層７０１を有する窒化ガリウム系化合物半導体ＬＤウェハをＥＢ蒸着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１〜２×１０-6Ｔｏｒｒの高真空に排気する。
【００５８】
次に、Ｎｉターゲットを電子ビームにより加熱し、蒸発させることによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層７０１に上に下部層のＮｉ膜７０２を形成する。下部層のＮｉ膜７０２が所定の膜厚に達する前の１０〜１５ｎｍ程度まで成膜を行い、そこで一旦中断し、シャッタを閉じることでターゲット−ウェハ間を遮断する。図７（ａ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００５９】
次に、ハース部を回転させ、Ｐｔターゲットに電子ビーム照射を行って加熱し、Ｐｔターゲットを熔融させる。このとき、シャッタは閉じたままであるので、蒸発したＰｔがウェハに達することはない。Ｐｔターゲット熔融中はターゲット及びハースの周辺部から大量の不純物ガスが放出され、チャンバ内の真空度は一旦１．５〜２×１０-5Ｔｏｒｒ程度まで悪化するが、真空度が安定し６〜７×１０-6Ｔｏｒｒ程度に回復するまで電子ビーム照射を継続することで脱ガス処理を行う。この脱ガス処理中に、下部層であるＮｉ膜７０２上に不純物層７０３が形成される。図７（ｂ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００６０】
脱ガス処理終了後、Ｐｔターゲットへの電子ビーム照射を停止し、真空度がＮｉ膜を形成する前程度になるまで待機する。真空度が３〜５×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで回復すると、ハース部を回転させ、中断していたＮｉ膜の形成を再開して目的の厚さである２５ｎｍまで上部層のＮｉ膜７０４を積層する。Ｎｉは反応しやすい金属であるので下部層のＮｉ膜７０２及び上部層のＮｉ膜７０４は不純物層７０３を突き抜けて相互に結合し、密着性の低下は生じない。図７（ｃ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００６１】
上部層のＮｉ膜７０４を積層後、バリア電極となるＰｔ膜７０５の形成を行う。この時、既にＰｔターゲット及びそのハースの周辺部は充分に脱ガス処理されているので、再度の脱ガス処理は不要であり、また、放出される不純物ガス自体も大きく低減されている。従って、シャッタを閉じてＰｔターゲットを熔融させ、シャッタを開けてＰｔ膜を成膜することで、清浄な上部層のＮｉ膜７０４表面にＰｔ膜７０５を形成することができる。Ｐｔ膜７０５の膜厚は１００ｎｍ程度とする。Ｎｉ−Ｐｔ界面には不純物層が形成されないか、もしくは形成されても界面の密着性に影響を及ぼさない程度に極薄膜である。図７（ｄ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００６２】
最後に、上部電極であるＡｕ膜７０６を２００ｎｍ程度の適切な膜厚に積層させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｎｉの三層構造電極を形成する。図７（ｅ）に、この状態での多層構造電極の模式図を示す。
【００６３】
このようにして作製したＡｕ／Ｐｔ／Ｎｉの三層構造電極をＧａＮコンタクト層上に有する化合物半導体ＬＤは、Ｐｔ膜とＮｉ膜との密着性が高く、通電時の熱放散が妨げられることはない。また、ウェハ面内での電極に起因する化合物半導体ＬＤの特性のばらつきが抑制され、良品率が向上した。
【００６４】
また、実施の形態３と比較して、上部電極をＡｕとすることによってワイヤボンディング工程において、電極剥離が生じず、製品歩留まりも向上させることができた。尚、上部電極としてＡｕを用いた場合には、ＡｕのＬＤ側への拡散によるＬＤの特性不良や劣化が問題となるが、バリア電極Ｐｔの存在によりこれらの問題が解消できる。
【００６５】
また、Ｐｔターゲットの脱ガス処理をＮｉ膜を形成する前に行っても同様の結果が得られ、多層構造電極の密着性が高く、機械的強度の向上が行えた。また、バリア電極として本実施の形態ではＰｔを用いたが、Ｍｏを用いることでも同様の結果が得られることを確認した。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、多層構造電極での密着性を上げることができ、電極構造自体の機械的強度を向上させることができ、従って、化合物半導体ＬＤの特性のばらつきを抑え、また、電極の剥離の問題を抑えることができるので、化合物半導体ＬＤの製品歩留まりを向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【図２】１チャンバ式の電子ビーム蒸着装置の概略図である。
【図３】従来の多層構造電極の形成工程を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【図５】本発明の実施の形態３の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【図６】本発明の実施の形態４の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【図７】本発明の実施の形態５の多層構造電極の形成工程を示した模式図である。
【符号の説明】
１０１、４０１ ＺｎＴｅコンタクト層
１０２ 下部層のＰｄ膜
１０３、４０４、５０３、６０３、７０３ 不純物層
１０４ 上部層のＰｄ膜
１０５、４０６、６０５、７０５ Ｐｔ膜
１０６、４０７、６０６、７０６ Ａｕ膜
４０２ Ｎｉ膜
４０３、５０２、６０２ 下部層のＴｉ膜
４０５、５０４、６０４ 上部層のＴｉ膜
５０１、６０１、７０１ ｎ型ＧａＮコンタクト層
５０５ Ａｌ膜
７０２ 下部層のＴｉ膜
７０４ 上部層のＴｉ膜
Claims (5)
- 金属ターゲットを熔融して金属を蒸着させる方法により、１チャンバ式の電子ビーム蒸着装置を用いて、第１の金属層上に第２の金属層を連続的に積層する工程を有する多層構造電極の形成方法において、
前記第１の金属層の下部層を形成する工程と、
前記第２の金属層の金属ターゲットの脱ガス処理を行う工程と、
前記第１の金属層の上部層を形成する工程と、
前記第２の金属層を形成する工程と、を順次行うことを特徴とする多層構造電極の形成方法。 - 前記第１の金属層は、半導体層上に該半導体層と反応して化合物を形成する反応用電極であり、前記第２の金属層はバリア電極であることを特徴とする請求項１に記載の多層構造電極の形成方法。
- 前記半導体層は、II−VI族化合物半導体あるいは窒化ガリウム系化合物半導体のいずれかであり、
前記反応用電極は、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉのいずれかからなる金属であり、
前記バリア電極は、Ｐｔ、Ｍｏのいずれかからなる金属であることを特徴とする請求項２に記載の多層構造電極の形成方法。 - 前記第１の金属層は、半導体層上に該半導体層と反応して化合物を形成する反応用電極であり、前記第２の金属層は上部電極であることを特徴とする請求項１に記載の多層構造電極の形成方法。
- 前記半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体であり、
前記反応用電極は、Ｔｉからなる金属であり、
前記上部電極は、Ａｌからなる金属であることを特徴とする請求項４に記載の多層構造電極の形成方法。
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