JP5917990B2 - Nitride semiconductor device - Google Patents

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Description

この発明は、窒化物半導体装置に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor device.

従来、窒化物半導体装置としては、n型GaNコンタクト層の表面に酸素プラズマ処理を行って酸素ドープ層を形成した後に、そのn型GaNコンタクト層上にオーミック電極を形成することによって、n型GaNコンタクト層とオーミック電極とのコンタクト抵抗を低減するものがある(特許第2967743号公報(特許文献1)参照)。   Conventionally, as a nitride semiconductor device, an oxygen plasma treatment is performed on the surface of an n-type GaN contact layer to form an oxygen-doped layer, and then an ohmic electrode is formed on the n-type GaN contact layer, whereby an n-type GaN Some reduce the contact resistance between the contact layer and the ohmic electrode (see Japanese Patent No. 2967743 (Patent Document 1)).

ところが、上記窒化物半導体装置について、本発明者が実際に実験を行ってGaN層に酸素プラズマ処理を行った後にオーミック電極を形成した場合、オーミック電極のコンタクト抵抗が高く、十分に低いコンタクト抵抗を得ることはどうしてもできなかった。   However, for the nitride semiconductor device, when the inventor actually conducted an experiment and formed an ohmic electrode after performing oxygen plasma treatment on the GaN layer, the ohmic electrode has a high contact resistance and a sufficiently low contact resistance. I just couldn't get it.

特許第2967743号公報Japanese Patent No. 2967743

そこで、この発明の課題は、窒化物半導体層とオーミック電極とのコンタクト抵抗を低減できる窒化物半導体装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device capable of reducing the contact resistance between the nitride semiconductor layer and the ohmic electrode.

本発明者は、窒化物半導体層上に形成されたオーミック電極のコンタクト抵抗について鋭意検討した結果、TiAl系材料からなるオーミック電極と窒化物半導体層との界面の基板側の領域において上記界面近傍に第1の塩素濃度ピークと第1の塩素濃度ピークよりも深い位置の第2の塩素濃度ピークを発生させた場合に、上記第2の塩素濃度ピークの塩素濃度に応じて窒化物半導体層とオーミック電極とのコンタクト抵抗の特性が変化することを発見した。   As a result of intensive studies on the contact resistance of the ohmic electrode formed on the nitride semiconductor layer, the inventor has found that the substrate side region near the interface between the ohmic electrode made of TiAl-based material and the nitride semiconductor layer is in the vicinity of the interface. When the first chlorine concentration peak and the second chlorine concentration peak at a position deeper than the first chlorine concentration peak are generated, the nitride semiconductor layer and the ohmic contact are generated according to the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak. It was discovered that the characteristics of contact resistance with the electrode change.

さらに、本発明者は、上記界面より基板側の第2の塩素濃度ピークの塩素濃度が特定の範囲内であるときにコンタクト抵抗が大幅に減少することを実験により初めて見出した。   Furthermore, the present inventor has found for the first time that the contact resistance is greatly reduced when the chlorine concentration at the second chlorine concentration peak on the substrate side from the interface is within a specific range.

上記発見に基づき、この発明の窒化物半導体装置は、
基板と、
上記基板上に形成されていると共にヘテロ界面を有する窒化物半導体積層体と、
上記窒化物半導体積層体上または上記窒化物半導体積層体内に少なくとも一部が形成されたTiAl系材料からなるオーミック電極と
を備え、
上記窒化物半導体積層体は、
上記基板上に形成された第1の窒化物半導体層と、
上記第1の窒化物半導体層上に形成されていると共に上記第1の窒化物半導体層とヘテロ界面を形成する第2の窒化物半導体層と
を有し、
上記TiAl系材料からなるオーミック電極から上記窒化物半導体積層体に亘る深さ方向の塩素濃度分布において、
上記オーミック電極と上記窒化物半導体積層体との界面よりも上記基板側の領域の上記界面近傍の位置に第1の塩素濃度ピークを有し、
上記第1の塩素濃度ピークよりも深い位置に第2の塩素濃度ピークを有し、
上記第2の塩素濃度ピークの塩素濃度は、3×1016cm−3以上かつ1.3×1017cm−3以下であることを特徴としている。
Based on the above discovery, the nitride semiconductor device of the present invention is
A substrate,
A nitride semiconductor multilayer body formed on the substrate and having a heterointerface;
An ohmic electrode made of a TiAl-based material formed at least partially on the nitride semiconductor multilayer body or in the nitride semiconductor multilayer body,
The nitride semiconductor laminate is
A first nitride semiconductor layer formed on the substrate;
A second nitride semiconductor layer formed on the first nitride semiconductor layer and forming a heterointerface with the first nitride semiconductor layer;
In the chlorine concentration distribution in the depth direction from the ohmic electrode made of the TiAl-based material to the nitride semiconductor laminate,
A first chlorine concentration peak at a position near the interface in a region closer to the substrate than the interface between the ohmic electrode and the nitride semiconductor multilayer body;
A second chlorine concentration peak at a position deeper than the first chlorine concentration peak;
The chlorine concentration of the second chlorine concentration peak is 3 × 10 16 cm −3 or more and 1.3 × 10 17 cm −3 or less.

この発明の窒化物半導体装置によれば、上記TiAl系材料からなるオーミック電極と上記窒化物半導体積層体との界面の上記基板側の領域において、上記界面近傍の上記第1の塩素濃度ピークの位置よりも深い位置に、3×1016cm−3以上かつ1.3×1017cm−3以下の第2の塩素濃度ピークを有することによって、上記窒化物半導体積層体と上記オーミック電極とのコンタクト抵抗を低減できる。 According to the nitride semiconductor device of the present invention, in the region on the substrate side of the interface between the ohmic electrode made of the TiAl-based material and the nitride semiconductor multilayer body, the position of the first chlorine concentration peak in the vicinity of the interface By having a second chlorine concentration peak of 3 × 10 16 cm −3 or more and 1.3 × 10 17 cm −3 or less at a deeper position, contact between the nitride semiconductor laminate and the ohmic electrode Resistance can be reduced.

また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記第2の酸素濃度ピークの位置が、上記界面から60nm以上かつ100nm以下の深さである。   In the nitride semiconductor device of one embodiment, the position of the second oxygen concentration peak is a depth of 60 nm or more and 100 nm or less from the interface.

この実施形態によれば、上記界面から60nm以上かつ100nm以下の深さに上記第2の酸素濃度ピークが位置することによって、上記窒化物半導体積層体と上記オーミック電極とのコンタクト抵抗を低減できる。   According to this embodiment, since the second oxygen concentration peak is located at a depth of 60 nm or more and 100 nm or less from the interface, the contact resistance between the nitride semiconductor multilayer body and the ohmic electrode can be reduced.

また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記窒化物半導体積層体は、
上記第2の窒化物半導体層を貫通して上記ヘテロ界面近傍の2次元電子ガス層に達する凹部を有し、
上記凹部に上記オーミック電極の少なくとも一部が埋め込まれている。
In one embodiment of the nitride semiconductor device, the nitride semiconductor stack is
Having a recess that penetrates the second nitride semiconductor layer and reaches the two-dimensional electron gas layer near the heterointerface;
At least a part of the ohmic electrode is embedded in the recess.

この実施形態によれば、リセス構造の窒化物半導体装置において、上記ヘテロ界面近傍の2次元電子ガス層とオーミック電極とのコンタクト抵抗を低減できる。   According to this embodiment, in the nitride semiconductor device having a recess structure, the contact resistance between the two-dimensional electron gas layer near the heterointerface and the ohmic electrode can be reduced.

この発明の窒化物半導体装置によれば、TiAl系材料からなるオーミック電極と窒化物半導体積層体との界面の基板側の領域において、上記界面近傍の第1の塩素濃度ピークの位置よりも深い位置に、塩素濃度が1.3×1017cm−3以下の第2の塩素濃度ピークを有することによって、上記窒化物半導体積層体とオーミック電極とのコンタクト抵抗を低減できる。 According to the nitride semiconductor device of the present invention, a position deeper than the position of the first chlorine concentration peak in the vicinity of the interface in the region on the substrate side of the interface between the ohmic electrode made of a TiAl-based material and the nitride semiconductor multilayer body. Further, the second chlorine concentration peak having a chlorine concentration of 1.3 × 10 17 cm −3 or less can reduce the contact resistance between the nitride semiconductor multilayer body and the ohmic electrode.

この発明の実施形態の窒化物半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the nitride semiconductor device of embodiment of this invention. 上記窒化物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the said nitride semiconductor device. 図2に続く工程断面図である。FIG. 3 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 2. 図3に続く工程断面図である。FIG. 4 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 3. 図4に続く工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 4. 上記実施形態のオーミック電極とGaN層との界面のオーミック電極側からGaN層側へ亘る深さ方向における塩素の濃度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the density | concentration distribution of the chlorine in the depth direction from the ohmic electrode side to the GaN layer side of the interface of the ohmic electrode of the said embodiment, and a GaN layer. 上記実施形態の第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度(cm−3)とオーミック電極のコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the chlorine concentration (cm <-3 >) of the 2nd chlorine concentration peak P2 of the said embodiment, and the contact resistance of an ohmic electrode. 上記実施形態の第2の塩素濃度ピークP2の深さとオーミック電極のコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the depth of the 2nd chlorine concentration peak P2 of the said embodiment, and the contact resistance of an ohmic electrode. 上記実施形態の製造工程のドライエッチングにおける自己バイアス電位Vdcとオーミック電極のコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the self-bias potential Vdc and the contact resistance of an ohmic electrode in the dry etching of the manufacturing process of the said embodiment. 比較例におけるオーミック電極とGaN層との界面のオーミック電極側からGaN層側へ亘る深さ方向における塩素の濃度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the density | concentration distribution of the chlorine in the depth direction from the ohmic electrode side to the GaN layer side of the interface of the ohmic electrode and GaN layer in a comparative example.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

図1は、この発明の実施形態の窒化物半導体装置の断面図を示しており、この窒化物半導体装置はGaN系HFET(Hetero-junction Field Effect Transistor;ヘテロ接合電界効果トランジスタ)である。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and this nitride semiconductor device is a GaN-based HFET (Hetero-junction Field Effect Transistor).

この半導体装置は、図1に示すように、Si基板10上に、アンドープAlGaNバッファ層15、第1の窒化物半導体層の一例としてのアンドープGaN層1と、第2の窒化物半導体層の一例としてのアンドープAlGaN層2からなる窒化物半導体積層体20を形成している。このアンドープGaN層1とアンドープAlGaN層2との界面近傍に2DEG層(2次元電子ガス層)3が発生する。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device includes an undoped AlGaN buffer layer 15, an undoped GaN layer 1 as an example of a first nitride semiconductor layer, and an example of a second nitride semiconductor layer on a Si substrate 10. As a result, a nitride semiconductor stacked body 20 composed of the undoped AlGaN layer 2 is formed. A 2DEG layer (two-dimensional electron gas layer) 3 is generated in the vicinity of the interface between the undoped GaN layer 1 and the undoped AlGaN layer 2.

なお、上記GaN層1に替えて、上記AlGaN層2よりもバンドギャップの小さい組成を有するAlGaN層としてもよい。また、上記AlGaN層2上にキャップ層として例えばGaNからなる約1nmの厚さの層を設けてもよい。   In place of the GaN layer 1, an AlGaN layer having a smaller band gap than the AlGaN layer 2 may be used. Further, a layer having a thickness of about 1 nm made of GaN, for example, may be provided on the AlGaN layer 2 as a cap layer.

また、ソース電極11とドレイン電極12とを、上記AlGaN層2と2DEG層3を貫通してGaN層1まで達する凹部106と凹部109に互いに間隔をあけて形成している。また、AlGaN層2上に、ソース電極11とドレイン電極12との間かつソース電極11側にゲート電極13を形成している。ソース電極11とドレイン電極12はオーミック電極であり、ゲート電極13はショットキー電極である。上記ソース電極11と、ドレイン電極12と、ゲート電極13と、そのソース電極11,ドレイン電極12,ゲート電極13が形成されたGaN層1,AlGaN層2の活性領域でHFETを構成している。   Further, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed in the recess 106 and the recess 109 that pass through the AlGaN layer 2 and the 2DEG layer 3 and reach the GaN layer 1 with a space therebetween. Further, a gate electrode 13 is formed on the AlGaN layer 2 between the source electrode 11 and the drain electrode 12 and on the source electrode 11 side. The source electrode 11 and the drain electrode 12 are ohmic electrodes, and the gate electrode 13 is a Schottky electrode. The source electrode 11, the drain electrode 12, the gate electrode 13, and the active regions of the GaN layer 1 and the AlGaN layer 2 on which the source electrode 11, the drain electrode 12, and the gate electrode 13 are formed constitute an HFET.

ここで、活性領域とは、AlGaN層2上のソース電極11とドレイン電極12との間に配置されたゲート電極13に印加される電圧によって、ソース電極11とドレイン電極12との間でキャリアが流れる窒化物半導体積層体20(GaN層1,AlGaN層2)の領域である。   Here, the active region means that carriers are generated between the source electrode 11 and the drain electrode 12 by the voltage applied to the gate electrode 13 disposed between the source electrode 11 and the drain electrode 12 on the AlGaN layer 2. This is a region of the flowing nitride semiconductor stacked body 20 (GaN layer 1, AlGaN layer 2).

そして、ソース電極11とドレイン電極12とゲート電極13が形成された領域を除くAlGaN層2上に、AlGaN層2を保護するため、SiOからなる絶縁膜30を形成している。また、ソース電極11とドレイン電極12とゲート電極13とが形成されたSi基板10上に、ポリイミドからなる層間絶縁膜40を形成している。また、図1において、41はコンタクト部としてのビア、42はドレイン電極パッドである。なお、絶縁膜は、SiOに限らず、SiNやAlなどを用いてもよい。特に、絶縁膜として、コラプス抑制のために半導体層表面にストイキオメトリックを崩したSiN膜と表面保護のためのSiOやSiNの多層膜構造とするのが好ましい。また、層間絶縁膜は、ポリイミドに限らず、p−CVD(プラズマCVD)で製造したSiO膜やSOG(Spin On Glass)やBPSG(ホウ素・リン・シリケート・ガラス)などの絶縁材料を用いてもよい。 Then, an insulating film 30 made of SiO 2 is formed on the AlGaN layer 2 excluding the region where the source electrode 11, the drain electrode 12, and the gate electrode 13 are formed in order to protect the AlGaN layer 2. An interlayer insulating film 40 made of polyimide is formed on the Si substrate 10 on which the source electrode 11, the drain electrode 12, and the gate electrode 13 are formed. In FIG. 1, reference numeral 41 denotes a via as a contact portion, and 42 denotes a drain electrode pad. Note that the insulating film is not limited to SiO 2 , and SiN, Al 2 O 3, or the like may be used. In particular, the insulating film preferably has a multilayer structure of a SiN film having a stoichiometric collapse on the surface of the semiconductor layer to suppress collapse and a SiO 2 or SiN film structure for surface protection. In addition, the interlayer insulating film is not limited to polyimide, but an insulating material such as SiO 2 film manufactured by p-CVD (plasma CVD), SOG (Spin On Glass), or BPSG (boron, phosphorus, silicate, glass) is used. Also good.

上記構成の窒化物半導体装置において、GaN層1とAlGaN層2との界面に発生した2次元電子ガス層(2DEG層)3でチャネルが形成され、このチャネルをゲート電極13に電圧を印加することにより制御して、ソース電極11とドレイン電極12とゲート電極13を有するHFETをオンオフさせる。このHFETは、ゲート電極13に負電圧が印加されているときにゲート電極13下のGaN層1に空乏層が形成されてオフ状態となる一方、ゲート電極13の電圧がゼロのときにゲート電極13下のGaN層1に空乏層がなくなってオン状態となるノーマリーオンタイプのトランジスタである。   In the nitride semiconductor device configured as described above, a channel is formed by the two-dimensional electron gas layer (2DEG layer) 3 generated at the interface between the GaN layer 1 and the AlGaN layer 2, and a voltage is applied to the gate electrode 13 through this channel. The HFET having the source electrode 11, the drain electrode 12, and the gate electrode 13 is turned on / off. In the HFET, when a negative voltage is applied to the gate electrode 13, a depletion layer is formed in the GaN layer 1 below the gate electrode 13, and the HFET is turned off. On the other hand, when the voltage of the gate electrode 13 is zero, 13 is a normally-on type transistor in which the depletion layer disappears in the lower GaN layer 1 and is turned on.

次に、上記窒化物半導体装置の製造方法を図2〜図5に従って説明する。なお、図2〜図5では、図を見やすくするためにSi基板やアンドープAlGaNバッファ層を図示せず、また、ソース電極とドレイン電極の大きさや間隔を変えている。   Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor device will be described with reference to FIGS. 2 to 5, the Si substrate and the undoped AlGaN buffer layer are not shown in order to make the drawings easy to see, and the sizes and intervals of the source electrode and the drain electrode are changed.

まず、図2に示すように、Si基板(図示せず)上に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)法を用いて、アンドープAlGaNバッファ層(図示せず)、アンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102を順に形成する。アンドープGaN層101の厚さは例えば1μm、アンドープAlGaN層102の厚さは例えば30nmとする。このGaN層101とAlGaN層102が窒化物半導体積層体120を構成している。   First, as shown in FIG. 2, an undoped AlGaN buffer layer (not shown), undoped GaN are formed on a Si substrate (not shown) using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). A layer 101 and an undoped AlGaN layer 102 are formed in this order. The thickness of the undoped GaN layer 101 is 1 μm, for example, and the thickness of the undoped AlGaN layer 102 is 30 nm, for example. The GaN layer 101 and the AlGaN layer 102 constitute a nitride semiconductor stacked body 120.

次に、AlGaN層102上に絶縁膜130(例えばSiO)を例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長))法により200nmの厚さに成膜する。図2において、103は、GaN層101とAlGaN層102とのヘテロ界面近傍に形成される2次元電子ガス層(2DEG層)である。 Next, an insulating film 130 (for example, SiO 2 ) is formed on the AlGaN layer 102 to a thickness of 200 nm by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In FIG. 2, reference numeral 103 denotes a two-dimensional electron gas layer (2DEG layer) formed in the vicinity of the heterointerface between the GaN layer 101 and the AlGaN layer 102.

次に、絶縁膜130上にフォトレジスト(図示せず)を塗布してパターニングした後、ドライエッチングにより、図3に示すように、オーミック電極を形成すべき部分を除去して、AlGaN層102を貫通してGaN層101の上側の一部に2DEG層103よりも深い凹部106,109を形成する。上記ドライエッチングでは、塩素系のガスを用いる。この凹部106,109の深さは、AlGaN層102の表面から2DEG層103までの深さ以上であればよく、例えば50nmとする。   Next, after applying and patterning a photoresist (not shown) on the insulating film 130, a portion where an ohmic electrode is to be formed is removed by dry etching, as shown in FIG. Recesses 106 and 109 deeper than the 2DEG layer 103 are formed in a part of the upper side of the GaN layer 101 so as to penetrate therethrough. In the dry etching, a chlorine-based gas is used. The depths of the recesses 106 and 109 may be equal to or greater than the depth from the surface of the AlGaN layer 102 to the 2DEG layer 103, for example, 50 nm.

また、この実施形態では、上記ドライエッチングにおいて、チャンバー内の電極間に印加する電圧Vdcを180V以上かつ240V以下に設定した。   In this embodiment, the voltage Vdc applied between the electrodes in the chamber is set to 180 V or more and 240 V or less in the dry etching.

次に、順次、Oプラズマ処理、HCl/Hによる洗浄、BHF(バッファードフッ酸)もしくは1%のHF(フッ酸)による洗浄を行なう。そして、上記ドライエッチングによるエッチングダメージを低減するためのアニールを、例えば500〜850℃で行う。 Next, O 2 plasma treatment, cleaning with HCl / H 2 O 2 , and cleaning with BHF (buffered hydrofluoric acid) or 1% HF (hydrofluoric acid) are sequentially performed. And annealing for reducing the etching damage by the said dry etching is performed at 500-850 degreeC, for example.

次に、図4に示すように、絶縁膜130上および凹部106,109にスパッタリングにより、Ti,Al,TiNを順に積層して、Ti/Al/TiNを積層し、オーミック電極となる積層金属膜107を形成する。ここで、TiN層は、後工程からTi/Al層を保護するためのキャップ層である。   Next, as shown in FIG. 4, Ti, Al, and TiN are sequentially laminated on the insulating film 130 and the concave portions 106 and 109, and Ti / Al / TiN are laminated, thereby forming a laminated metal film that becomes an ohmic electrode. 107 is formed. Here, the TiN layer is a cap layer for protecting the Ti / Al layer from a subsequent process.

上記スパッタリングで上記積層金属膜107を形成する時に、Ti成膜中に少量(例えば5sccm)の酸素をチャンバー内に流す。ここで、上記酸素の流量は、Tiの酸化物が生成されない量とする。なお、上記Ti成膜中に少量の酸素をチャンバー内に流すことに替えて、上記Ti成膜前にチャンバー内に酸素を例えば50sccmで5分間流してもよい。   When the laminated metal film 107 is formed by the sputtering, a small amount (for example, 5 sccm) of oxygen is allowed to flow into the chamber during the Ti film formation. Here, the flow rate of the oxygen is set so that Ti oxide is not generated. Instead of flowing a small amount of oxygen into the chamber during the Ti film formation, oxygen may be flowed into the chamber at 50 sccm for 5 minutes before the Ti film formation.

尚、上記スパッタリングにおいて、TiとAlの両方を同時にスパッタリングしてもよい。また、スパッタリングに替えて上記Ti,Alを蒸着してもよい。   In the sputtering, both Ti and Al may be sputtered simultaneously. Further, Ti and Al may be deposited instead of sputtering.

次に、図5に示すように、通常のフォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、オーミック電極111,112のパターンを形成する。   Next, as shown in FIG. 5, patterns of ohmic electrodes 111 and 112 are formed by using normal photolithography and dry etching.

そして、オーミック電極111,112が形成された基板を例えば400℃以上かつ500℃以下で10分以上アニールすることによって、2次元電子ガス層(2DEG層)103とオーミック電極111,112との間にオーミックコンタクトが得られる。この場合、500℃を超える高温(例えば600℃以上)でアニールした場合に比べてコンタクト抵抗を大幅に低減できる。また、400℃以上かつ500℃以下の低温でアニールすることにより絶縁膜130への電極金属の拡散等を抑制でき絶縁膜130の特性に悪影響を与えることがない。また、上記低温のアニールにより、GaN層101からの窒素抜けによる電流コラプスの悪化や特性変動を防ぐことができる。なお、「電流コラプス」とは、低電圧動作でのトランジスタのオン抵抗と比べて高電圧動作でのトランジスタのオン抵抗が高くなってしまう現象である。   Then, by annealing the substrate on which the ohmic electrodes 111 and 112 are formed, for example, at 400 ° C. or more and 500 ° C. or less for 10 minutes or more, between the two-dimensional electron gas layer (2DEG layer) 103 and the ohmic electrodes 111 and 112 Ohmic contact is obtained. In this case, the contact resistance can be greatly reduced as compared with the case where annealing is performed at a high temperature exceeding 500 ° C. (for example, 600 ° C. or more). Further, by annealing at a low temperature of 400 ° C. or more and 500 ° C. or less, diffusion of the electrode metal to the insulating film 130 can be suppressed and the characteristics of the insulating film 130 are not adversely affected. In addition, the low temperature annealing can prevent deterioration of current collapse and characteristic fluctuation due to nitrogen desorption from the GaN layer 101. Note that “current collapse” is a phenomenon in which the on-resistance of a transistor in a high-voltage operation becomes higher than the on-resistance of the transistor in a low-voltage operation.

このオーミック電極111,112がソース電極11とドレイン電極12となり、後の工程でオーミック電極111,112の間にTiNまたはWNなどからなるゲート電極が形成される。   The ohmic electrodes 111 and 112 become the source electrode 11 and the drain electrode 12, and a gate electrode made of TiN or WN or the like is formed between the ohmic electrodes 111 and 112 in a later step.

上記実施形態の窒化物半導体装置の製造方法によれば、上記オーミック電極としてのソース電極11,ドレイン電極12から上記GaN層1に亘る深さ方向の塩素濃度分布において、上記ソース電極11,ドレイン電極12と上記アンドープGaN層1との界面S1,S2の上記アンドープGaN層1側の領域において、上記界面S1,S2近傍の位置に第1の塩素濃度ピークP1が形成される。また、上記第1の塩素濃度ピークP1よりも深い位置に、第2の塩素濃度ピークP2が形成される。また、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度を、2.0×1016cm−3以上かつ1.3×1017cm−3以下にできる。また、上記第1の塩素濃度ピークの塩素濃度は、上記第2の塩素濃度ピークの塩素濃度よりも高く、例えば、1.0×1017(cm−3)以上かつ2.2×1017(cm−3)以下である。 According to the method for manufacturing the nitride semiconductor device of the embodiment, in the chlorine concentration distribution in the depth direction from the source electrode 11 and the drain electrode 12 as the ohmic electrodes to the GaN layer 1, the source electrode 11 and the drain electrode In a region on the undoped GaN layer 1 side of the interfaces S1 and S2 between the undoped GaN layer 1 and the first chlorine concentration peak P1, a first chlorine concentration peak P1 is formed at a position near the interfaces S1 and S2. A second chlorine concentration peak P2 is formed at a position deeper than the first chlorine concentration peak P1. Further, the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak P2 can be set to 2.0 × 10 16 cm −3 or more and 1.3 × 10 17 cm −3 or less. The chlorine concentration at the first chlorine concentration peak is higher than the chlorine concentration at the second chlorine concentration peak, for example, 1.0 × 10 17 (cm −3 ) or more and 2.2 × 10 17 ( cm −3 ) or less.

図6は、上記ソース電極11から上記アンドープGaN層1に亘る深さ方向の塩素濃度分布の一例を示すグラフである。図6において、縦軸目盛の1.E+01、1.E+02、…、1.E+04は、それぞれ、1.0×10、1.0×10、…、1.0×10を表す。このグラフは、TEG(テスト・エレメント・グループ)を用い、SIMS(2次イオン質量分析法)により測定した結果を表し、横軸に深さ(nm)を取り、縦軸に相対2次イオン強度(counts)を取ったものである。図6では、一例として、上記界面S1から上記GaN層1側へ約10nmの深さに、第1の塩素濃度ピークP1が位置し、上記界面S1から上記GaN層1側へ約95nmの深さに、第2の塩素濃度ピークP2が位置している。 FIG. 6 is a graph showing an example of a chlorine concentration distribution in the depth direction from the source electrode 11 to the undoped GaN layer 1. 6, the vertical axis scale 1.E + 01,1.E + 02, ..., 1.E + 04 , respectively, 1.0 × 10,1.0 × 10 2, ..., representative of 1.0 × 10 4. This graph shows the results measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry) using TEG (test element group), with the horizontal axis representing depth (nm) and the vertical axis representing relative secondary ion intensity. (counts). In FIG. 6, as an example, the first chlorine concentration peak P1 is located at a depth of about 10 nm from the interface S1 to the GaN layer 1 side, and the depth is about 95 nm from the interface S1 to the GaN layer 1 side. In addition, the second chlorine concentration peak P2 is located.

尚、上記ドレイン電極12とアンドープGaN層1との界面S2のドレイン電極12側から上記GaN層1側へ亘る深さ方向における酸素の濃度分布も、図6のグラフと同様であった。図6に示す一例では、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度が6×1016(cm−3)であり、オーミック電極(ソース電極11,ドレイン電極12)のコンタクト抵抗1.1Ωmmが得られた。 The oxygen concentration distribution in the depth direction from the drain electrode 12 side to the GaN layer 1 side of the interface S2 between the drain electrode 12 and the undoped GaN layer 1 was also the same as the graph of FIG. In the example shown in FIG. 6, the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak P2 is 6 × 10 16 (cm −3 ), and the contact resistance of 1.1 Ωmm of the ohmic electrodes (source electrode 11 and drain electrode 12) is obtained. It was.

図6に示すように、第1の塩素濃度ピークP1だけでなく第2の塩素濃度ピークP2が存在するようにするには、上記ドライエッチング時に基板側に相当量のダメージ(塩素の浸入、イオン衝撃やチャージによる欠陥の導入など)が入る必要があるが、本発明者らは、このような第2の塩素濃度ピークP2が存在する塩素濃度分布により低抵抗のオーミックコンタクトを形成することができることを見出した。   As shown in FIG. 6, in order to have not only the first chlorine concentration peak P1 but also the second chlorine concentration peak P2, a considerable amount of damage (chlorine penetration, ion However, the present inventors can form a low-resistance ohmic contact by the chlorine concentration distribution in which the second chlorine concentration peak P2 exists. I found.

すなわち、この実施形態によれば、AlGaN層102を貫通して2DEG層3まで達するように形成された凹部106,109にオーミック電極111,112の一部が埋め込まれたリセス構造の窒化物半導体装置において、GaN層101とAlGaN層102とのヘテロ界面近傍の2次元電子ガス(2DEG)層103とオーミック電極111,112とのコンタクト抵抗を低減できる。   That is, according to this embodiment, a recess structure nitride semiconductor device in which the ohmic electrodes 111 and 112 are partially embedded in the recesses 106 and 109 formed so as to penetrate the AlGaN layer 102 and reach the 2DEG layer 3. The contact resistance between the two-dimensional electron gas (2DEG) layer 103 and the ohmic electrodes 111 and 112 in the vicinity of the heterointerface between the GaN layer 101 and the AlGaN layer 102 can be reduced.

次に、図7に、上記窒化物半導体積層体20の2DEG層3と上記ソース電極11,ドレイン電極12とのコンタクト抵抗(Ωmm)と、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度(cm−3)との関係を示す。図7において、横軸目盛のE+16、E+17、E+18は、それぞれ、×1016、×1017、×1018を表す。 Next, in FIG. 7, 2DEG layer 3 and the source electrode 11 of the nitride semiconductor stack 20, the contact resistance between the drain electrode 12 and the (Ωmm), the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak P2 (cm - 3 ) shows the relationship. In Figure 7, the horizontal axis scale E + 16, E + 17, E + 18 each represent × 10 16, × 10 17, × 10 18.

図7から分かるように、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度(cm−3)を、1.3×1017cm−3以下かつ3×1016cm−3以上にすることで、上記コンタクト抵抗(Ωmm)を3(Ωmm)以下にできる。例えば、図7に示すように、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度(cm−3)を、6×1016(cm−3)とした場合、約1.1(Ωmm)のコンタクト抵抗(Ωmm)が得られた。また、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度(cm−3)を、3×1016(cm−3)とした場合、約1.0(Ωmm)のコンタクト抵抗(Ωmm)が得られた。 As can be seen from FIG. 7, the chlorine concentration (cm −3 ) of the second chlorine concentration peak P2 is 1.3 × 10 17 cm −3 or less and 3 × 10 16 cm −3 or more. Contact resistance (Ωmm) can be 3 (Ωmm) or less. For example, as shown in FIG. 7, when the chlorine concentration (cm −3 ) of the second chlorine concentration peak P2 is 6 × 10 16 (cm −3 ), the contact resistance is about 1.1 (Ωmm). (Ωmm) was obtained. In addition, when the chlorine concentration (cm −3 ) of the second chlorine concentration peak P2 was 3 × 10 16 (cm −3 ), a contact resistance (Ωmm) of about 1.0 (Ωmm) was obtained. .

一方、上記ドライエッチング時に、塩素系のガスに替えて、フッ素系のガスを用いた場合のように、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度が零の場合は、オーミックコンタクトが形成されない。これは、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度が零の場合は、上記ドライエッチング時に基板側に与えられるダメージ(塩素の浸入、イオン衝撃やチャージによる欠陥の導入など)が不足して、低抵抗のオーミックコンタクトが形成されないからであると考えられる。   On the other hand, when the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak P2 is zero as in the case of using a fluorine-based gas instead of the chlorine-based gas during the dry etching, no ohmic contact is formed. This is because when the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak P2 is zero, damage (such as chlorine penetration, introduction of defects due to ion bombardment or charge) given to the substrate side during the dry etching is insufficient, This is probably because a low-resistance ohmic contact is not formed.

また、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度が、1.3×1017cm−3を上回ると、コンタクト抵抗が3Ωmmを越えている。これは、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度が高過ぎると、過剰な塩素がGaやTiと反応し、オーミックコンタクト形成に必要なGaN層1側の反応であるTiによるGaNからのNの引き抜き反応や酸素の活性化が阻害されたためと考えられる。 Further, when the chlorine concentration at the second chlorine concentration peak P2 exceeds 1.3 × 10 17 cm −3 , the contact resistance exceeds 3 Ωmm. This is because, if the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak P2 is too high, excess chlorine reacts with Ga and Ti, and N from GaN by Ti, which is a reaction on the GaN layer 1 side necessary for ohmic contact formation. This is probably because the drawing reaction of oxygen and the activation of oxygen were inhibited.

すなわち、この実施形態によれば、第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度を、3.0×1016cm−3〜1.3×1017cm−3の範囲内に設定することで、オーミックコンタクト形成に必要なGaN層側の酸素の活性化,GaNからのNの引き抜き反応を促進できるので、3Ωmm以下の低抵抗のオーミックコンタクトを得ることができたと考えられる。このようなコンタクト抵抗が3Ωmm以下の窒化物半導体装置は、シリコン素子よりも大電流駆動が可能でかつ高温動作に適した製品として性能面およびコスト面で商業的価値を有する。 That is, according to this embodiment, by setting the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak P2 within the range of 3.0 × 10 16 cm −3 to 1.3 × 10 17 cm −3 , ohmic Since activation of oxygen on the GaN layer side necessary for contact formation and N extraction reaction from GaN can be promoted, it is considered that an ohmic contact having a low resistance of 3 Ωmm or less could be obtained. Such a nitride semiconductor device having a contact resistance of 3 Ωmm or less has a commercial value in terms of performance and cost as a product that can be driven with a larger current than a silicon element and is suitable for high-temperature operation.

さらに、上記ドライエッチング時に、塩素系のガスに替えて、フッ素系のガスを用いた場合、塩素系のガスを用いた場合のような低抵抗のオーミックコンタクトが形成されなかった。したがって、単に、ドライエッチングのGaN層への物理的なダメージだけではなく、ドライエッチング時の塩素の存在が低抵抗のオーミックコンタクトの形成に寄与していると考えられる。   Further, in the dry etching, when a fluorine-based gas is used instead of the chlorine-based gas, a low-resistance ohmic contact as in the case of using a chlorine-based gas was not formed. Therefore, it is considered that not only physical damage to the GaN layer by dry etching but also the presence of chlorine during dry etching contributes to the formation of a low-resistance ohmic contact.

図10は、上記実施形態の窒化物半導体装置(GaN系HFET)の比較例におけるオーミック電極(ソース電極,ドレイン電極)からアンドープGaN層へ亘る深さ方向の塩素濃度分布を示すグラフである。図10において、縦軸目盛の1.E+01、1.E+02、1.E+03、1.E+04は、それぞれ、1.0×10、1.0×10、1.0×10、1.0×10を表す。この比較例の断面構造は、図1に示す上記実施形態の断面構造と同様であるが、上記グラフに示す塩素濃度分布が上記実施形態と異なる。 FIG. 10 is a graph showing the chlorine concentration distribution in the depth direction from the ohmic electrode (source electrode, drain electrode) to the undoped GaN layer in the comparative example of the nitride semiconductor device (GaN-based HFET) of the above embodiment. In FIG. 10, the vertical scales 1.E + 01, 1.E + 02, 1.E + 03, 1.E + 04 are 1.0 × 10, 1.0 × 10 2 , 1.0 × 10 3 , 1.0, respectively. × 10 4 is represented. The cross-sectional structure of this comparative example is the same as the cross-sectional structure of the above embodiment shown in FIG. 1, but the chlorine concentration distribution shown in the graph is different from that of the above embodiment.

図10のグラフは、TEG(テスト・エレメント・グループ)を用い、SIMS(2次イオン質量分析法)により測定した結果を表し、横軸に深さ(nm)を取り、縦軸に相対2次イオン強度(counts)を取ったものである。図10に示すように、この比較例では、上記界面近傍の第1の塩素濃度ピークP10が存在するが、第1の塩素濃度ピークP10よりもGaN層側の深い位置に第2の塩素濃度ピークが存在していない。この比較例のように、第2の塩素濃度ピークが存在しない場合、オーミック電極のコンタクト抵抗が70Ωmmを超えており、上記実施形態のオーミック電極のコンタクト抵抗3Ωmm以下に比べて大幅に増大し、低抵抗のオーミックコンタクトを得ることができていない。   The graph of FIG. 10 shows the result of measurement by SIMS (secondary ion mass spectrometry) using TEG (test element group), with the horizontal axis representing depth (nm) and the vertical axis representing relative secondary. The ionic strength (counts) is taken. As shown in FIG. 10, in this comparative example, the first chlorine concentration peak P10 in the vicinity of the interface exists, but the second chlorine concentration peak is located deeper on the GaN layer side than the first chlorine concentration peak P10. Does not exist. In the case where the second chlorine concentration peak does not exist as in this comparative example, the contact resistance of the ohmic electrode exceeds 70 Ωmm, which is significantly higher than the contact resistance of 3 Ωmm or less of the ohmic electrode of the above embodiment. Resistive ohmic contact cannot be obtained.

次に、図9を参照して、上記凹部106,109を形成するためのドライエッチングにおいて、RIE(reactive ion etching:リアクティブイオンエッチング)装置の自己バイアス電位Vdcと、上記ソース電極11,ドレイン電極12のコンタクト抵抗(Ωmm)との関係を説明する。図9から分かるように、上記ドライエッチング時の自己バイアス電位Vdcを、180V以上かつ240V以下に設定することにより、上記第2の塩素濃度ピークP2が形成され、上記窒化物半導体積層体20の2DEG層3と上記ソース電極11,ドレイン電極12とのコンタクト抵抗(Ωmm)を、2Ωmm以下にできる。   Next, referring to FIG. 9, in dry etching for forming the recesses 106 and 109, the self-bias potential Vdc of the RIE (reactive ion etching) apparatus, the source electrode 11, and the drain electrode The relationship with the contact resistance (Ωmm) of 12 will be described. As can be seen from FIG. 9, by setting the self-bias potential Vdc at the time of the dry etching to 180 V or more and 240 V or less, the second chlorine concentration peak P2 is formed, and 2DEG of the nitride semiconductor stacked body 20 is formed. The contact resistance (Ωmm) between the layer 3 and the source electrode 11 and the drain electrode 12 can be 2Ωmm or less.

一方、上記ドライエッチング時の自己バイアス電位Vdcが180Vを下回ると、上記第2の塩素濃度ピークが形成され難くなり、コンタクト抵抗(Ωmm)が急増している。これは、上記ドライエッチング時の自己バイアス電位Vdcが小さすぎるドライエッチングにGaN層に与えるダメージが少なくなり、アニールの際に電極とGaN層のアロイが進み難いからであると考えられる。   On the other hand, when the self-bias potential Vdc during the dry etching is less than 180 V, the second chlorine concentration peak is hardly formed, and the contact resistance (Ωmm) is rapidly increased. This is presumably because the GaN layer is less damaged by the dry etching with the self-bias potential Vdc being too small during the dry etching, and the alloy between the electrode and the GaN layer is difficult to proceed during annealing.

また、上記自己バイアス電位Vdcが240Vを上回ると、上記第2の塩素濃度ピークが形成され難くなり、上記コンタクト抵抗(Ωmm)が急増している。これは、上記ドライエッチング時の自己バイアス電位Vdcが大き過ぎるとGaN層1側にダメージが深く入り過ぎてアニールの際に電極とGaN層のアロイが進み難いからであると考えられる。   When the self-bias potential Vdc exceeds 240 V, the second chlorine concentration peak is hardly formed, and the contact resistance (Ωmm) is rapidly increased. This is presumably because if the self-bias potential Vdc at the time of the dry etching is too large, the GaN layer 1 side is damaged so much that the alloy between the electrode and the GaN layer hardly progresses during annealing.

次に、図8に、上記界面S1からの第2の塩素濃度ピークP2の深さ(nm)と、上記ソース電極11,ドレイン電極12のコンタクト抵抗(Ωmm)との関係を説明する。図8から分かるように、上記第2の塩素濃度ピークP2の界面S1からの深さ(nm)が、60nm以上かつ100nm以下の深さであれば、上記コンタクト抵抗(Ωmm)を、2Ωmm以下にできる。上記第2の塩素濃度ピークP2の界面S1からの深さ(nm)が60nmを下回ると、第1の塩素濃度ピークP1と第2の塩素濃度ピークP2との区別が明確でなくなる。また、上記第2の塩素濃度ピークP2の界面S1からの深さ(nm)が100nmを上回ると、上記第2の塩素濃度ピークP2が殆ど形成されなくなる。   Next, the relationship between the depth (nm) of the second chlorine concentration peak P2 from the interface S1 and the contact resistance (Ωmm) of the source electrode 11 and the drain electrode 12 will be described with reference to FIG. As can be seen from FIG. 8, when the depth (nm) of the second chlorine concentration peak P2 from the interface S1 is 60 nm or more and 100 nm or less, the contact resistance (Ωmm) is set to 2Ωmm or less. it can. When the depth (nm) of the second chlorine concentration peak P2 from the interface S1 is less than 60 nm, the distinction between the first chlorine concentration peak P1 and the second chlorine concentration peak P2 becomes unclear. When the depth (nm) of the second chlorine concentration peak P2 from the interface S1 exceeds 100 nm, the second chlorine concentration peak P2 is hardly formed.

図8に示すように、上記第2の塩素濃度ピークP2の界面S1からの深さが、60nm〜100nmである構成により、低温(400℃〜500℃)のオーミックアニールにおける基板側のオーミック形成に必要な反応(酸素の活性化,TiによるNの引き抜き等)の起こる深さが最適化され、オーミック形成反応が促進されると考えられる。   As shown in FIG. 8, the structure in which the depth from the interface S1 of the second chlorine concentration peak P2 is 60 nm to 100 nm enables ohmic formation on the substrate side in low temperature (400 ° C. to 500 ° C.) ohmic annealing. It is considered that the depth at which necessary reactions (oxygen activation, N extraction by Ti, etc.) occur is optimized, and the ohmic formation reaction is promoted.

前述した上記実施形態の製造方法によれば、上記第2の塩素濃度ピークP2の塩素濃度を、3.0×1016cm−3〜1.3×1017cm−3の範囲内の値にできると共に、上記界面S1からの第2の塩素濃度ピークP2の深さ(nm)を、60nm以上かつ100nm以下の深さ(例えば108nm)にでき、上記コンタクト抵抗(Ωmm)を2Ωmm以下にできる。 According to the manufacturing method of the above-described embodiment, the chlorine concentration of the second chlorine concentration peak P2 is set to a value within the range of 3.0 × 10 16 cm −3 to 1.3 × 10 17 cm −3. In addition, the depth (nm) of the second chlorine concentration peak P2 from the interface S1 can be 60 nm or more and 100 nm or less (for example, 108 nm), and the contact resistance (Ωmm) can be 2Ωmm or less.

なお、上記実施形態の窒化物半導体装置の製造方法によれば、絶縁膜130、AlGaN層102、GaN層101をドライエッチングにより除去し、凹部106,109を形成したが、絶縁膜130をウェットエッチングにより除去し、その後AlGaN層102、GaN層101をドライエッチングにより除去することにより、凹部106,109を形成してもよい。   According to the nitride semiconductor device manufacturing method of the above embodiment, the insulating film 130, the AlGaN layer 102, and the GaN layer 101 are removed by dry etching to form the recesses 106 and 109. However, the insulating film 130 is wet etched. The recesses 106 and 109 may be formed by removing the AlGaN layer 102 and the GaN layer 101 by dry etching.

また、上記実施形態の窒化物半導体装置の製造方法によれば、Ti/Al/TiNを積層してオーミック電極としたが、これに限らず、TiNはなくともよく、また、Ti/Alを積層した後、その上にAu,Ag,Ptなどを積層してもよい。   Further, according to the nitride semiconductor device manufacturing method of the above embodiment, Ti / Al / TiN is laminated to form an ohmic electrode. However, the present invention is not limited to this, and TiN may be omitted, and Ti / Al is laminated. Then, Au, Ag, Pt or the like may be laminated thereon.

また、上記実施形態では、Si基板を用いた窒化物半導体装置について説明したが、Si基板に限らず、サファイヤ基板やSiC基板を用いてもよく、サファイヤ基板やSiC基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、GaN基板にAlGaN層を成長させる等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。また、基板と窒化物半導体層との間にバッファ層を形成してもよいし、窒化物半導体積層体の第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層との間にヘテロ改善層を形成してもよい。   In the above embodiment, the nitride semiconductor device using the Si substrate has been described. However, the present invention is not limited to the Si substrate, and a sapphire substrate or an SiC substrate may be used, and a nitride semiconductor layer is formed on the sapphire substrate or the SiC substrate. The nitride semiconductor layer may be grown on a substrate made of a nitride semiconductor, such as by growing an AlGaN layer on a GaN substrate. In addition, a buffer layer may be formed between the substrate and the nitride semiconductor layer, or a hetero-improvement layer between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor stacked body. May be formed.

また、上記実施形態では、オーミック電極がGaN層に達するリセス構造のHFETについて説明したが、リセスを形成せずにアンドープAlGaN層上にソース電極およびドレイン電極となるオーミック電極を形成したHFETにこの発明を適用してもよい。また、この発明の窒化物半導体装置は、2DEGを利用するHFETに限らず、他の構成の電界効果トランジスタであっても同様の効果が得られる。   In the above-described embodiment, the recess structure HFET in which the ohmic electrode reaches the GaN layer has been described. However, the present invention is applied to an HFET in which an ohmic electrode serving as a source electrode and a drain electrode is formed on an undoped AlGaN layer without forming a recess. May be applied. In addition, the nitride semiconductor device of the present invention is not limited to an HFET that uses 2DEG, and the same effect can be obtained even with field effect transistors having other configurations.

また、上記実施形態では、ノーマリーオンタイプのHFETについて説明したが、ノーマリーオフタイプの窒化物半導体装置にこの発明を適用してもよい。また、ショットキー電極に限らず、絶縁ゲート構造の電界効果トランジスタにこの発明を適用してもよい。また、この発明は、電界効果トランジスタに限らず、ショットキーダイオードのオーミック電極に適用してもよい。   In the above embodiment, a normally-on type HFET has been described. However, the present invention may be applied to a normally-off type nitride semiconductor device. Further, the present invention may be applied not only to a Schottky electrode but also to a field effect transistor having an insulated gate structure. The present invention is not limited to a field effect transistor, and may be applied to an ohmic electrode of a Schottky diode.

この発明の窒化物半導体装置の窒化物半導体は、AlxInyGa1−x−yN(x≦0、y≦0、0≦x+y≦1)で表されるものであればよい。 The nitride semiconductor of the nitride semiconductor device of the present invention may be any material expressed by Al x In y Ga 1-xy N (x ≦ 0, y ≦ 0, 0 ≦ x + y ≦ 1).

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。   Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

1,101 GaN層
2,102 AlGaN層
3,103 2DEG層
10 Si基板
11 ソース電極
12 ドレイン電極
13 ゲート電極
15 AlGaNバッファ層
20,120 窒化物半導体積層体
30,130 絶縁膜
40 層間絶縁膜
41 ビア
42 ドレイン電極パッド
106,109 凹部
111,112 オーミック電極
P1 第1の塩素濃度ピーク
P2 第2の塩素濃度ピーク
S1 界面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 GaN layer 2,102 AlGaN layer 3,103 2DEG layer 10 Si substrate 11 Source electrode 12 Drain electrode 13 Gate electrode 15 AlGaN buffer layer 20,120 Nitride semiconductor laminated body 30,130 Insulating film 40 Interlayer insulating film 41 Via 42 Drain electrode pad 106,109 Recessed portion 111,112 Ohmic electrode P1 First chlorine concentration peak P2 Second chlorine concentration peak S1 interface

Claims (4)

基板と、
上記基板上に形成されていると共にヘテロ界面を有する窒化物半導体積層体と、
上記窒化物半導体積層体上または上記窒化物半導体積層体内に少なくとも一部が形成されたTiAl系材料からなるオーミック電極と
を備え、
上記窒化物半導体積層体は、
上記基板上に形成された第1の窒化物半導体層と、
上記第1の窒化物半導体層上に形成されていると共に上記第1の窒化物半導体層とヘテロ界面を形成する第2の窒化物半導体層と
を有し、
上記TiAl系材料からなるオーミック電極から上記窒化物半導体積層体に亘る深さ方向の塩素濃度分布において、
上記オーミック電極と上記窒化物半導体積層体との界面よりも上記基板側の領域の上記界面近傍の位置に第1の塩素濃度ピークを有し、
上記第1の塩素濃度ピークよりも深い位置に第2の塩素濃度ピークを有し、
上記第2の塩素濃度ピークの塩素濃度は、
3×1016cm−3以上かつ1.3×1017cm−3以下であることを特徴とする窒化物半導体装置。
A substrate,
A nitride semiconductor multilayer body formed on the substrate and having a heterointerface;
An ohmic electrode made of a TiAl-based material formed at least partially on the nitride semiconductor multilayer body or in the nitride semiconductor multilayer body,
The nitride semiconductor laminate is
A first nitride semiconductor layer formed on the substrate;
A second nitride semiconductor layer formed on the first nitride semiconductor layer and forming a heterointerface with the first nitride semiconductor layer;
In the chlorine concentration distribution in the depth direction from the ohmic electrode made of the TiAl-based material to the nitride semiconductor laminate,
A first chlorine concentration peak at a position near the interface in a region closer to the substrate than the interface between the ohmic electrode and the nitride semiconductor multilayer body;
A second chlorine concentration peak at a position deeper than the first chlorine concentration peak;
The chlorine concentration of the second chlorine concentration peak is
3 × 10 16 cm −3 or more and 1.3 × 10 17 cm −3 or less.
請求項1に記載の窒化物半導体装置において、
上記第2の塩素濃度ピークの位置が、上記界面から60nm以上かつ100nm以下の深さであることを特徴とする窒化物半導体装置。
The nitride semiconductor device according to claim 1,
The nitride semiconductor device, wherein the position of the second chlorine concentration peak is a depth of 60 nm or more and 100 nm or less from the interface.
請求項1または2に記載の窒化物半導体装置において、
上記窒化物半導体積層体は、
上記第2の窒化物半導体層を貫通して上記ヘテロ界面近傍の2次元電子ガス層に達する凹部を有し、
上記凹部に上記オーミック電極の少なくとも一部が埋め込まれていることを特徴とする窒化物半導体装置。
The nitride semiconductor device according to claim 1 or 2,
The nitride semiconductor laminate is
Having a recess that penetrates the second nitride semiconductor layer and reaches the two-dimensional electron gas layer near the heterointerface;
A nitride semiconductor device, wherein at least part of the ohmic electrode is embedded in the recess.
基板上に、ヘテロ界面を有する窒化物半導体積層体を形成し、Forming a nitride semiconductor multilayer body having a heterointerface on a substrate;
上記窒化物半導体積層体を塩素系のガスを用いてエッチングすることにより、上記ヘテロ界面近傍の2次元電子ガス層に達する凹部を形成し、Etching the nitride semiconductor laminate with a chlorine-based gas to form a recess reaching the two-dimensional electron gas layer near the heterointerface,
上記凹部に少なくとも一部が埋め込まれたTiAl系材料からなるオーミック電極を形成し、Forming an ohmic electrode made of a TiAl-based material at least partially embedded in the recess;
上記オーミック電極を400℃以上かつ500℃以下でアニールすることにより、上記オーミック電極と上記窒化物半導体積層体との界面よりも上記基板側の領域の上記界面近傍に位置する第1の塩素濃度ピークを得ると共に、上記第1の塩素濃度ピークよりも深い位置に位置し、塩素濃度が3×10By annealing the ohmic electrode at 400 ° C. or more and 500 ° C. or less, a first chlorine concentration peak located near the interface in the region closer to the substrate than the interface between the ohmic electrode and the nitride semiconductor multilayer body And is located deeper than the first chlorine concentration peak, and the chlorine concentration is 3 × 10. 1616 cmcm −3-3 以上かつ1.3×10And 1.3 × 10 1717 cmcm −3-3 以下である第2の塩素濃度ピークを得ることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a nitride semiconductor device, comprising: obtaining a second chlorine concentration peak as described below.
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