特許 5983090 ＩＩＩ 族窒化物系化合物半導体装置およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983090

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】ＩＩＩ 族窒化物系化合物半導体装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/28 20060101AFI20160818BHJP

   H01L 21/338 20060101ALI20160818BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20160818BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20160818BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20160818BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20160818BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20160818BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20160818BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/28 301B

   H01L21/28 B

   H01L29/80 F

   H01L29/80 H

   H01L29/78 301B

   H01L31/10 H

   H01L33/00

   H01L29/78 652T

   H01L29/78 658F

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-144187(P2012-144187)

(22)【出願日】2012年6月27日

(65)【公開番号】特開2014-11167(P2014-11167A)

(43)【公開日】2014年1月20日

【審査請求日】2014年6月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(72)【発明者】

【氏名】村上 倫章

(72)【発明者】

【氏名】岡 徹

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１８７７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８８４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３９１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００３６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０５１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３５３６６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２８−２１／２８８

２１／３２０５−２１／３３８

２１／４４−２１／７６

２１／７６８−２１／８２３４

２３／５２−２７／０８８

２７／０９５−２９／１２

２９／４０−２９／４９

２９／７３９

２９／７６

２９／７７２−２９／７８

２９／８０−２９／８１２

２９／８７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

III 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層を形成する半導体形成工程と、
前記半導体層に電極を形成する電極形成工程と、
前記半導体層および前記電極の上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
を有するIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法において、
前記電極形成工程は、
前記半導体層に２層以上の金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層形成工程の後に熱処理を行う熱処理工程と、
エッチング工程と、
を有し、
前記熱処理工程は、
２層以上の金属層のうちの最表層の金属層の表面を露出させた状態で、酸素を含む雰囲気中で行うことにより、前記最表層の金属層をＡｌ層とＡｌ₂ Ｏ₃ 層の２層とする酸化物層形成工程であり、
前記エッチング工程では、
Ｃｌ₂ を用いて前記絶縁膜の一部および前記Ａｌ₂ Ｏ₃ 層の一部を除去して前記Ａｌ層の一部を露出させること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法において、
前記酸化物層形成工程は、
前記電極と前記半導体層との間の抵抗を小さくするためのオーミックアロイ工程をも兼ねていること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法において、
前記酸化物層形成工程では、
雰囲気として窒素および酸素の混合ガスを用い、
前記混合ガスにおける酸素濃度は、
流量比で１％以上であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法において、
前記酸化物層形成工程での熱処理温度は、
５００℃以上６５０℃以下であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法において、
前記金属層形成工程では、
前記最表層の金属層の厚みを３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とすること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法において、
前記金属層形成工程では、
ｎ型半導体層の上に２層以上の金属層を形成すること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法。

【請求項7】

基板と、
前記基板に形成されたIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層と、
前記半導体層に形成された複数の電極と、
前記半導体層および前記複数の電極のうちの少なくとも一部を覆う絶縁膜と、
を有するIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
前記複数の電極のうちの少なくとも１つは、
前記半導体層の上のＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の上のＡｌ層と、
前記Ａｌ層の上のＡｌ₂ Ｏ₃ 層と、
前記絶縁膜および前記Ａｌ₂ Ｏ₃ 層の厚みを貫通するとともに前記Ａｌ層を露出させる凹部と、
前記凹部の箇所で露出する前記Ａｌ層と接触する導電部と、
を有すること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。

【請求項8】

請求項７に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
前記Ａｌ層の厚みは３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
２層以上の前記金属層が、
ｎ型半導体層の上に形成されていること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。

【請求項10】

請求項９に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置において、
前記ｎ型半導体層におけるキャリア濃度が、
１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲内であること
を特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、III 族窒化物系化合物半導体装置およびその製造方法に関する。さらに詳細には、良好なオーミックコンタクトをとりつつ工程の簡略化を図ったIII 族窒化物系化合物半導体装置およびその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体装置では、半導体と電極との間で良好なオーミックコンタクトをとることが好ましい。接触抵抗が小さくなるからである。これにより、発熱を抑制し、省エネルギー化を図ることができる。そこで、半導体と電極との間で好適なオーミックコンタクトを得るための技術が開発されてきている。

【0003】

例えば、特許文献１には、発光素子において、ｎ型コンタクト層の上にＴｉ層およびＡｌ層から成る多層膜を形成する技術が開示されている（特許文献１の段落［０００９］等参照）。これにより、良好なオーミックコンタクトが得られるとされている（特許文献１の段落［００１２］および図１等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−４５８６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、半導体装置では、周囲を絶縁膜で覆うことが一般的である。外部から加わる衝撃から半導体装置を保護するとともに、電気的な負荷が半導体に加わることを防止するためである。電極形成後に絶縁膜で半導体装置を覆うこととした場合には、絶縁膜から電極を露出させる必要がある。外部電源と導通をとるためである。

【0006】

電極を露出させるために、エッチングにより電極上の絶縁膜を除去することがある。しかし、この場合には、絶縁膜のみならず、その下層のＡｌ層までエッチングにより除去されてしまうことがある。Ａｌ層が深く削られると、半導体と電極との接触抵抗が上昇してしまう。

【0007】

そのため、電極のＡｌ層の上に、カバー層を形成することがある。カバー層として、例えば、電極の側からＮｉ層、Ａｕ層を形成する場合が挙げられる。このカバー層により、エッチングによるＡｌ層の除去を防止することができる。しかし、これでは、カバー層を形成するカバー層形成工程を別途実施する必要が生じ、工程数が多くなってしまう。

【0008】

本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、エッチングに耐性のある電極を少ない工程で作成することを図ったIII 族窒化物系化合物半導体装置およびその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法は、III 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層を形成する半導体形成工程と、半導体層に電極を形成する電極形成工程と、半導体層および電極の上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、を有する。また、電極形成工程は、半導体層に２層以上の金属層を形成する金属層形成工程と、金属層形成工程の後に熱処理を行う熱処理工程と、エッチング工程と、を有する。熱処理工程は、２層以上の金属層のうちの最表層の金属層の表面を露出させた状態で、酸素を含む雰囲気中で行うことにより、最表層の金属層をＡｌ層とＡｌ₂ Ｏ₃ 層の２層とする酸化物層形成工程である。エッチング工程では、Ｃｌ₂ を用いて絶縁膜の一部およびＡｌ₂ Ｏ₃ 層の一部を除去してＡｌ層の一部を露出させる。

【0010】

このIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法では、電極層の上にカバー層を形成することなく、エッチング耐性の高い電極を形成することができる。そのため、工程数を減らし、サイクルタイムを短いものとすることができる。もちろん、良好なオーミックコンタクトを得ることができる。

【0011】

第２の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法では、酸化物層形成工程は、電極と半導体層との間の抵抗を小さくするためのオーミックアロイ工程をも兼ねている。酸化物層形成工程が通常行うオーミックアロイ工程を兼ねているので、別工程が増えることはない。

【0012】

第３の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法の酸化物層形成工程では、雰囲気として窒素および酸素の混合ガスを用い、混合ガスにおける酸素濃度は、流量比で１％以上である。これにより、良好な酸化物層を形成することができる。

【0013】

第４の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法では、酸化物層形成工程での熱処理温度は、５００℃以上６５０℃以下である。熱処理温度は、それほど高くないため、形成した半導体の結晶が悪化するおそれがほとんどない。

【0014】

第５の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法における金属層形成工程では、最表層の金属層の厚みを３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とする。良好なオーミックコンタクトが得られるからである。

【0015】

【0016】

第６の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置の製造方法の金属層形成工程では、ｎ型半導体層の上に２層以上の金属層を形成する。より、良好なオーミックコンタクトが得られるからである。

【0017】

第７の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置は、基板と、基板に形成されたIII 族窒化物系化合物半導体から成る半導体層と、半導体層に形成された複数の電極と、半導体層および複数の電極のうちの少なくとも一部を覆う絶縁膜と、を有する。複数の電極のうちの少なくとも１つは、半導体層の上のＴｉ層と、Ｔｉ層の上のＡｌ層と、Ａｌ層の上のＡｌ₂ Ｏ₃ 層と、絶縁膜およびＡｌ₂ Ｏ₃ 層の厚みを貫通するとともにＡｌ層を露出させる凹部と、凹部の箇所で露出するＡｌ層と接触する導電部と、を有する。このIII 族窒化物系化合物半導体装置は、高い温度の熱処理工程を経ていないため、熱処理工程による半導体層の結晶性の悪化がほとんどない。

【0018】

【0019】

第８の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置では、最表層の金属層の厚みは３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内である。

【0020】

第９の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置では、２層以上の金属層が、ｎ型半導体層の上に形成されている。

【0021】

第１０の態様におけるIII 族窒化物系化合物半導体装置では、ｎ型半導体層におけるキャリア濃度が、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲内である。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、エッチングに耐性のある電極を少ない工程で作成することを図ったIII 族窒化物系化合物半導体装置およびその製造方法が提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】第１の実施形態に係るIII 族窒化物系化合物半導体装置の構造を説明するための概略構成図である。

【図2】実施形態に係るIII 族窒化物系化合物半導体装置の電極の構造を説明するための図である。

【図3】実施形態に係るIII 族窒化物系化合物半導体装置における電極の形成方法を説明するための図（その１）である。

【図4】実施形態に係るIII 族窒化物系化合物半導体装置における電極の形成方法を説明するための図（その２）である。

【図5】実施形態に係るIII 族窒化物系化合物半導体装置における電極の形成方法を説明するための図（その３）である。

【図6】従来のIII 族窒化物系化合物半導体装置の電極の構造を説明するための図である。

【図7】実施例に係る積層体の電極の構造を示す図である。

【図8】比較例に係る積層体の電極の構造を示す図である。

【図9】実施例に係る積層体の電圧電流曲線（熱処理工程後）である。

【図10】実施例に係る積層体の電圧電流曲線（導電部形成工程後）である。

【図11】実施例に係る積層体の電圧電流曲線（洗浄工程後）である。

【図12】比較例に係る積層体の電圧電流曲線（熱処理工程後）である。

【図13】比較例に係る積層体の電圧電流曲線（導電部形成工程後）である。

【図14】比較例に係る積層体の電圧電流曲線（洗浄工程後）である。

【図15】第２の実施形態に係るIII 族窒化物系化合物半導体装置の構造を説明するための概略構成図である。

【図16】第３の実施形態に係るIII 族窒化物系化合物半導体装置の構造を説明するための概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、具体的な実施形態について、半導体装置を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、これらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する各半導体装置の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。また、各図の凹凸形状については、理解しやすいように大きく描いてある。しかし、実際には、これらの凹凸形状は非常に微細な形状である。

【0025】

（第１の実施形態）
１．縦型構造の半導体装置
本実施形態に係るパワー素子１００を図１に示す。パワー素子１００は、縦型構造の半導体装置である。パワー素子１００は、図１中の下側に示すように、ドレイン電極Ｄ１と、図１中の上側に示すように、ゲート電極Ｇ１と、ソース電極Ｓ１とを有している。

【0026】

パワー素子１００は、III 族窒化物系化合物半導体から成る複数の半導体層を有する。パワー素子１００は、上記の電極の他に、図１に示すように、基板１１０と、ｎ型層１２０と、ｐ型層１３０と、ｎ型層１４０と、絶縁膜１５０と、を有している。ｎ型層１２０は、基板１１０の側から順に、ｎ⁺ ＧａＮ層１２１と、ｎ^- ＧａＮ層１２２と、を有している。

【0027】

基板１１０は、パワー素子１００を支持して強度を高いものとするためのものである。また、パワー素子１００を成長させるための成長基板をも兼ねている。基板１１０として、例えば、ＧａＮ基板を用いることができる。また、その他に、Ｓｉ基板やＳｉＣ基板等の導電性基板を用いることができる。

【0028】

ソース電極Ｓ１は、ｎ型層１４０とオーミック接触をしている。ソース電極Ｓ１は、ｎ型層１４０の側からＴｉ層と、そのＴｉ層の上にＡｌ層を形成したものである。また、その他のＡｌ合金を用いることができる。また、ＭｏもしくはＭｏ化合物を用いてもよい。そして、ＴｉもしくはＴｉ化合物を用いてもよい。さらに、ＷもしくはＷ化合物を用いることもできる。

【0029】

ドレイン電極Ｄ１は、基板１１０とオーミック接触をしている。ドレイン電極Ｄ１は、基板１１０の側からＴｉ層と、そのＴｉ層の上にＡｌ層を形成したものである。また、上記したソース電極Ｓ１に用いたその他の金属および化合物を用いてもよい。

【0030】

ゲート電極Ｇ１は、絶縁膜１５０の上であって、トレンチ１６０の箇所に形成されている。トレンチ１６０は、Ｖ字形状ではなく、矩形形状である。そのため、ゲート電極Ｇ１の断面形状も、矩形形状である。ゲート電極Ｇ１は、絶縁膜１５０の側からＮｉ層と、そのＮｉ層の上にＡｕ層を形成したものである。また、Ｐｄ層、Ａｕ層の順に形成することとしてもよい。また、その他の金属および化合物を用いることができる。また、Ａｌを用いることもできる。

【0031】

ｎ⁺ ＧａＮ層１２１のｎ型不純物濃度は、ｎ^- ＧａＮ層１２２のｎ型不純物濃度よりも高い。ｎ⁺ ＧａＮ層１２１のｎ型不純物濃度は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度である。ｎ^- ＧａＮ層１２２のｎ型不純物濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度である。

【0032】

ｐ型層１３０は、ｐ型ＧａＮから成る層である。ｐ型層１３０のキャリア濃度は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度である。ｎ型層１４０は、ｎ型ＧａＮから成る層である。ｎ型層１４０のキャリア濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲内である。

【0033】

絶縁膜１５０は、ゲート絶縁膜と保護膜とを兼ねているものである。絶縁膜１５０の材質はＳｉＯ₂ である。また、ＳｉＮ_X 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＨｆＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＡｌＮなどを用いてもよい。

【0034】

２．半導体装置の電極
本実施形態のパワー素子１００は、ソース電極Ｓ１の構造およびその製造方法に特徴を有している。図２に示すように、ソース電極Ｓ１は、金属層Ｓ１１と、金属層Ｓ１２と、酸化物層Ｓ１３と、絶縁膜Ｓ１４（１５０）と、を有している。各層の形成順序は、ｎ型層１４０から順に、金属層Ｓ１１、金属層Ｓ１２、酸化物層Ｓ１３である。

【0035】

ソース電極Ｓ１には、凹部Ｓ１５が形成されている。凹部Ｓ１５は、絶縁膜Ｓ１４および酸化物層Ｓ１３の厚みを貫通し、金属層Ｓ１２を部分的に露出させる非貫通孔である。そして、凹部Ｓ１５には、導電部Ｓ１６が形成されている。導電部Ｓ１６は、ソース電極Ｓ１をパワー素子１００の外部電源と導通させるためのものである。

【0036】

金属層Ｓ１１は、ソース電極Ｓ１と好適に密着する第１の電極層である。金属層Ｓ１１の材質は、例えば、Ｔｉである。または、Ｖであってもよい。また、これら以外の材質のものであってもよい。金属層Ｓ１１の厚みは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。

【0037】

金属層Ｓ１２は、金属層Ｓ１１の上に形成された第２の電極層である。金属層Ｓ１２の材質は、例えば、Ａｌである。また、これ以外の材質のものであってもよい。金属層Ｓ１２の厚みは、３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内である。

【0038】

酸化物層Ｓ１３は、金属層Ｓ１２の表面を覆うことで、金属層Ｓ１２のエッチングを抑制するための層である。酸化物層Ｓ１３の材質は、金属層Ｓ１２の酸化物である。例えば、金属層Ｓ１２がＡｌである場合には、酸化物層Ｓ１３はＡｌ₂ Ｏ₃ である。酸化物層Ｓ１３は、後述するように、金属層Ｓ１２を酸化することにより形成される。

【0039】

絶縁膜Ｓ１４は、各半導体層およびソース電極Ｓ１を覆っている保護膜である。ただし、絶縁膜Ｓ１４は、凹部Ｓ１５の箇所のみ覆っていない。絶縁膜Ｓ１４の材質は、例えば、ＳｉＯ₂ である。絶縁膜Ｓ１４の厚みは、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内である。

【0040】

３．電極の形成方法
続いて、電極の形成方法について説明する。この電極の形成方法は、前述した電極を形成するのに用いられる方法である。そして、後述する電極形成工程で実際に用いられることとなる。この電極形成工程は、２層以上の金属層を形成する金属層形成工程と、２層以上の金属層のうちの最表層の金属層の表面部分を酸化して酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、を有する。

【0041】

３−１．金属層形成工程
３−１−１．第１の金属層形成工程
まず、露出しているｎ型層１４０の上に金属層Ｓ１１を形成する。これにより、図３に示すように、ｎ型層１４０の上に金属層Ｓ１１が形成される。

【0042】

３−１−２．第２の金属層形成工程
次に、金属層Ｓ１１の上に金属層Ｓ１２を形成する。これにより、図４に示すように、金属層Ｓ１１および金属層Ｓ１２が、ｎ型層１４０の側からこの順序で形成される。ここで、金属層Ｓ１２は、２層以上の金属層のうちの最表層の金属層である。このとき、金属層Ｓ１２の表面Ｓ１２ａは、露出している。ここで、表面Ｓ１２ａは、金属層Ｓ１１に接触している面の反対側の面である。すなわち、表面Ｓ１２ａは、半導体層の側の反対側の面である。

【0043】

３−２．酸化物層形成工程（熱処理工程）
続いて、金属層形成工程の後に酸化物層形成工程を行う。具体的には、金属層Ｓ１１、Ｓ１２を形成したものに、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う。このときに、金属層Ｓ１２の表面Ｓ１２ａを露出させた状態で行う。この熱処理により、金属層Ｓ１２の表面部分が酸化される。これにより、図５に示すような酸化物層Ｓ１３が形成される。もちろん、この酸化物層Ｓ１３の材質は、金属層Ｓ１２の酸化物である。このように、１層であった金属層Ｓ１２が、金属層Ｓ１２および酸化物層Ｓ１３の２層となる。

【0044】

この熱処理の条件を表１に示す。供給するガスとして、窒素および酸素の混合ガスを用いる。ここで、供給ガスにおける酸素濃度は、流量比で１％以上１００％以下の範囲内である。ここで流量比とは、（供給する酸素の体積）／（供給する混合ガス全体の体積）のことである。ただし、この範囲に限らない。酸素濃度が少なければ、金属層Ｓ１２の酸化処理を十分に行うことができない。酸素濃度が多ければ、金属層Ｓ１２を酸化しすぎるおそれもある。また、パワー素子１００の別の箇所が酸化するおそれがある。ただし、これは、処理時間との兼ね合いによる。また、基板温度は、５００℃以上６５０℃以下の範囲内である。そして、処理時間は、５秒以上１０００秒以下の範囲内である。これらは例示であり、これ以外の範囲の値を用いてもよい。

【0045】

［表１］
供給ガスの種類 窒素と酸素の混合ガス
供給ガスの混合比 酸素濃度 １％以上１００％以下（流量比）
基板温度 ５００℃以上６５０℃以下
処理時間 ５秒以上１０００秒以下

【0046】

なお、この熱処理工程は、ソース電極Ｓ１とｎ型層１４０との間の接触抵抗を小さくするためのオーミックアロイ工程を兼ねている。

【0047】

４．半導体装置の製造方法
ここで、半導体装置の製造方法について説明する。

【0048】

４−１．半導体層形成工程
まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる半導体層形成工程を行う。具体的には、基板１１０に、ｎ型層１２０と、ｐ型層１３０と、ｎ型層１４０とを、この順序で形成する。これにより、基板１１０に各半導体層の形成された積層体が形成される。

【0049】

４−２．凹凸形状形成工程
次に、エッチングにより、半導体層に凹凸形状を形成する。これにより、図１に示した台形形状およびトレンチ１６０がストライプ状に形成される。このエッチングには、例えば、Ｃｌ₂ を用いることができる。または、ＳｉＣｌ₄ 等の他のガスを用いてもよい。または、その他のドライエッチングもしくはウェットエッチングを用いてもよい。

【0050】

４−３．電極形成工程（ソース電極）
続いて、電極形成工程を行う。この工程において、前述した電極の形成方法を用いればよい。ｎ型層１４０の上にソース電極Ｓ１を形成する。

【0051】

４−４．絶縁膜形成工程
次に、絶縁膜１５０を形成する。その形成箇所は、図１の上側の面である。ドレイン電極Ｄ１を形成する側の面には、絶縁膜を形成しない。

【0052】

４−５．導電部形成工程
そして、Ｃｌ₂ を用いてエッチングを行う。エッチング対象箇所を除いてマスクで覆い、凹部１５を形成する箇所にＣｌ₂ ガスが供給されるようにする。これにより、絶縁膜Ｓ１４および酸化物層Ｓ１３の一部が除去されて、金属層Ｓ１２の一部が露出される。その結果、凹部Ｓ１５が形成される。そして、凹部Ｓ１５に金属の層を形成し、図２に示したような導通部Ｓ１６を形成する。

【0053】

４−６．電極形成工程（ゲート電極、ドレイン電極）
次に、ゲート電極Ｇ１およびドレイン電極Ｄ１を形成する。

【0054】

４−７．洗浄工程
そして、最後にＢＨＦ溶液（ＮＨ₄ Ｆ／ＨＦ／Ｈ₂ ０）を用いて、パワー素子１００にウェットエッチングを実施する。これにより、パワー素子１００の表面に残留している絶縁膜等を除去する。なお、ＢＨＦ溶液の代わりに、ＤＨＦ溶液（希フッ酸）やＨＣｌ溶液を用いてもよい。

【0055】

５．従来例との比較
従来におけるパワー素子の電極構造を図６に例示する。従来のパワー素子４００では、ｎ型層４１０の上に、Ｔｉ層４２０、Ａｌ層４３０、Ｎｉ層４４０、Ａｕ層４５０がこの順序で形成されている。ここで、Ｎｉ層４４０、Ａｕ層４５０は、Ａｌ層４３０がエッチングにより除去されることを防止するためのカバー層である。このように従来では、本実施形態のパワー素子１００に比べてＮｉ層、Ａｕ層から成るカバー層を余分に設ける必要があった。すなわち、本実施形態では、カバー層を形成する工程を省略することができる。そのため本実施形態のパワー素子１００の製造方法におけるサイクルタイムは、従来のパワー素子の製造方法の場合に比べて短い。

【0056】

６．実験内容
ここで、次の実施例および比較例の積層体について行った実験について説明する。積層体とは、基板に半導体層および電極を形成したものである。そして、後述する実施例の積層体と、比較例の積層体とで、次の実験を行った。
実験１） 熱処理工程後の電圧電流曲線
この実験において、ＧａＮ層と電極との間の電気抵抗の特性を調べれば良い。したがって、素子ではなく、後述するＧａＮ基板に電極を形成した積層体について測定を行った。

【0057】

６−１．実施例の積層体（酸化物層形成工程有り）
図７に実施例の積層体５００を示す。積層体５００は、ＧａＮ基板５１０と、Ｔｉ層５２０と、Ａｌ層５３０と、Ａｌ₂ Ｏ₃ 層５４０と、を有している。

【0058】

ここで、各層の厚みを次に示す。ただし、Ａｌ₂ Ｏ₃ 層５４０の厚みは、酸化物層形成工程における基板温度等の種々の条件により変化するものである。なお、実施例では、酸化物層形成工程に相当する工程における酸素濃度は、流量比で１０％とした。
Ｔｉ層 １７．５ｎｍ
Ａｌ層 ２９５ｎｍ
Ａｌ₂ Ｏ₃ 層 ５ｎｍ

【0059】

なお、酸化物層形成工程では、常圧下で酸素を０．２ｓｌｍ、窒素を２．０ｓｌｍ供給した。熱処理温度は５５０℃とした。熱処理時間を１０分とした。

【0060】

６−２．比較例１の積層体（酸化物層形成工程無し）
図８に比較例の積層体６００を示す。積層体６００は、ＧａＮ基板６１０と、Ｔｉ層６２０と、Ａｌ層６３０と、を有している。比較例では、実施例から酸化物層形成工程に相当する工程を除去した工程により積層体６００を作成したものである。そのため、積層体６００にはＡｌ₂ Ｏ₃ 層はない。

【0061】

ただし、オーミック性を向上させるために、窒素ガスによる熱処理については行ってある。この熱処理は、実施例の酸化物層形成工程において、酸素ガスを混入させないこととしたものと同じ工程である。なお、各層の厚みは次のとおりである。
Ｔｉ層 １７．５ｎｍ
Ａｌ層 ３００ｎｍ

【0062】

６−３．実験１の実験結果
続いて、実験結果について説明する。図９は、実施例の積層体５００における酸化物層形成工程後の電圧電流曲線である。ここで、端子間距離は５μｍである。また、図９の横軸は電圧であり、縦軸は電流である。電流は、電圧を１Ｖ印加したときの電流値を「１」として規格化してある。これらは、以下の図においても同様である。図９に示すように、積層体５００では、良好なオーミックコンタクトが得られている。

【0063】

図１０は、実施例の積層体５００における導電部形成工程後の電圧電流曲線である。図１０に示すように、実施例の積層体５００に流れる電流は、図９の場合とほとんど変わらない。つまり、酸化物層形成工程により、Ａｌ層５３０はほとんどエッチングされていない。そのため、ＧａＮ基板５１０と、Ｔｉ層５２０およびＡｌ層５３０におけるオーミック性は、良好なままである。

【0064】

図１１は、実施例の積層体５００における洗浄工程後の電圧電流曲線である。図１１に示すように、実施例の積層体５００に流れる電流は、図９の場合とほとんど変わらない。このように、ウェットな環境下においてもオーミック性が良好に保たれることに変わりない。そして、製造工程にわたって、ＧａＮ基板５１０と、Ｔｉ層５２０およびＡｌ層５３０におけるオーミック性は、良好なままであることを示している。

【0065】

図１２は、比較例の積層体６００における熱処理工程（オーミックアロイ工程）後の電圧電流曲線である。そして、この場合の電流値は、図９の場合と同様である。また、オーミック性も良好である。

【0066】

図１３は、比較例の積層体６００における導電部形成工程後の電圧電流曲線である。図１３に示すように、比較例の積層体６００に流れる電流は、図１２の場合に比べて半減している。これは、オーミックコンタクトのとれたＡｌ層６３０がエッチングにより除去されすぎているためであると考えられる。そのため、ＧａＮ基板６１０と、Ｔｉ層６２０およびＡｌ層６３０との間で接触抵抗が増していると考えられる。

【0067】

図１４は、比較例の積層体６００における洗浄工程後の電圧電流曲線である。洗浄工程後の積層体６００の電流値（図１４参照）は、導電部形成工程後の積層体６００の電流値（図１３参照）とほぼ同じである。図１４においても、図１３と同じように、比較例の積層体６００に流れる電流は、図１２の場合に比べて半減している。

【0068】

以上説明したように、Ａｌ₂ Ｏ₃ 層５４０を形成した積層体５００のほうが積層体６００に比べて、エッチング耐性は高い。つまり、熱処理工程において酸素ガスを混入させる酸化物層形成工程を行うとよい。また、その後の工程において、オーミックコンタクトが悪化するおそれがほとんどない。

【0069】

７．変形例
７−１．III 族窒化物系化合物半導体層
本実施形態では、半導体層は、ＧａＮから成るものとした。しかし、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等、その他のIII 族窒化物系化合物半導体から成る層であってもよい。もちろん、これらのIII 族窒化物系化合物半導体から成る層が一部に含まれていてもよい。

【0070】

７−２．ドレイン電極およびゲート電極
本実施形態の電極の形成方法を、ソース電極Ｓ１に適用することとした。しかし、素子の構造により、図２に示したような導電部を形成する場合には、ドレイン電極やゲート電極にも適用することができる。

【0071】

７−３．ｐ型半導体層
本実施形態では、ソース電極Ｓ１をｎ型半導体層であるｎ型層１４０の上に形成することとした。しかし、ｐ型半導体層の上に電極を形成する場合にも、もちろん適用することができる。

【0072】

７−４．金属層の積層数
本実施形態では、ソース電極Ｓ１を、Ｔｉ層から成る金属層Ｓ１１と、Ａｌ層から成る金属層Ｓ１２との２層構造とした。しかし、３層以上を積層してもよい。例えば、金属層Ｓ１１を、ｎ型層１４０の側からＰｄ層、Ｔｉ層を順に形成した２層構造の金属層とする。この場合には、ｎ型層１４０の側から順に、Ｐｄ層、Ｔｉ層、Ａｌ層が形成されることとなる。

【0073】

７−５．最表層の金属層
本実施形態では、最表層の金属層Ｓ１２をＡｌ層とした。しかし、その他に電極として用いることのできるものであれば、Ａｌ以外の金属を用いてもよい。その場合、酸素を含む雰囲気中で熱処理を施すことにより酸化物を形成する金属を用いることができる。

【0074】

８．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態のパワー素子１００の製造方法では、ｎ型層１４０に金属層Ｓ１１、Ｓ１２を形成し、金属層Ｓ１２の表面Ｓ１２ａを酸化する。これにより、酸化物層Ｓ１３を形成することとした。酸化物層Ｓ１３の材質は、金属層Ｓ１２の酸化物である。そのため、金属層Ｓ１２のエッチング耐性を高めることができる。これにより、導通部Ｓ１６を好適に形成することができる。つまり、ソース電極Ｓ１におけるオーミック特性を悪化させるおそれがほとんどない。また、カバー層を形成する必要がない。

【0075】

なお、本実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。本実施形態では、エピタキシャル成長の方法として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いることとした。しかし、ハイドライド気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ）などの気相成長法や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、パルスドスパッタデポジション法（ＰＳＤ）、そして、液相エピタキシー法などを用いてもよい。

【0076】

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、横型構造のパワー素子２００である。電極構造および電極の形成方法については、第１の実施形態と同様である。したがって、異なる箇所のみについて説明する。

【0077】

１．横型構造の半導体装置
パワー素子２００を図１５に示す。パワー素子２００は、基板２１０と、バッファ層２２０と、第１キャリア走行層２３０と、第２キャリア走行層２４０と、キャリア供給層２５０と、絶縁膜２６０と、ドレイン電極Ｄ２と、ソース電極Ｓ２と、ゲート電極Ｇ２と、を有している。

【0078】

基板２１０は、Ｓｉ基板の他に、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、スピネル基板、ＧａＮ基板を用いることができる。バッファ層２２０として、ＡｌＮまたはＧａＮから成る層を形成する。また、バッファ層２２０は、必ずしも形成しなくともよい。

【0079】

第１キャリア走行層２３０は、ノンドープのＧａＮから成る層である。第２キャリア走行層２４０は、例えば、ＧａＮから成る層である。キャリア供給層２５０は、例えば、ＡｌＧａＮから成る層である。キャリア供給層２５０のキャリア濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲内である。

【0080】

第２キャリア走行層２４０と、キャリア供給層２５０とは、ヘテロ結合である。そして、キャリア供給層２５０のバンドギャップは、第２キャリア走行層２４０のバンドギャップよりも大きい。これらの条件を満たしていれば、その他のIII 族窒化物系化合物半導体を用いてもよい。

【0081】

例えば、第２キャリア走行層２４０にＩｎＧａＮを用い、キャリア供給層２５０にＧａＮもしくはＡｌＧａＮを用いることができる。また、キャリア供給層２５０として、Ｓｉなどの不純物をドープしたｎ型層を用いてもよい。また、キャリア供給層２５０の上に、キャップ層を設けてもよい。また、第２キャリア走行層２４０の組成を、第１キャリア走行層２３０の組成と、同一組成としてもよい。もちろん、これらの組成が異なっていてもよい。

【0082】

電極構造は、図２に示したとおりである。ただし、本実施形態では、キャリア供給層２５０の上に、ソース電極Ｓ２およびドレイン電極Ｄ２が形成されている。そして、ゲート電極Ｇ２は、凹部２６１に対面する箇所であって絶縁膜２６０の上に形成されている。

【0083】

２．半導体装置の製造方法
パワー素子２００を製造する場合にも、基板２１０の上に半導体層を形成する（半導体層形成工程）。そして、マスクを用いて、凹部２６１を形成し、絶縁膜２６０を形成する。そして、ソース電極Ｓ２およびドレイン電極Ｄ２を、キャリア供給層２５０の上に形成する。そして、ゲート電極Ｇ２を、絶縁膜２６０の上に形成する（電極形成工程）。つまり、第１の実施形態と同様に、半導体形成工程および電極形成工程を有する。

【0084】

３．変形例
第２の実施形態においても、第１の実施形態で説明した全ての変形例を適用することができる。

【0085】

４．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態のパワー素子２００の製造方法では、キャリア供給層２５０に金属層Ｓ１１、Ｓ１２を形成し、金属層Ｓ１２の表面Ｓ１２ａを酸化する。これにより、酸化物層Ｓ１３を形成することとした。酸化物層Ｓ１３の材質は、金属層Ｓ１２の酸化物である。そのため、金属層Ｓ１２のエッチング耐性を高めることができる。これにより、導通部Ｓ１６を好適に形成することができる。つまり、ソース電極Ｓ２におけるオーミック特性を悪化させるおそれがほとんどない。また、カバー層を形成する必要がない。

【0086】

なお、本実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。本実施形態では、エピタキシャル成長の方法として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いることとした。しかし、ハイドライド気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ）などの気相成長法や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、パルスドスパッタデポジション法（ＰＳＤ）、そして、液相エピタキシー法などを用いてもよい。

【0087】

（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、発光素子３００である。電極構造および電極の形成方法については、第１の実施形態と同様である。したがって、異なる箇所のみについて説明する。

【0088】

１．発光素子
発光素子３００を図１６により説明する。発光素子３００は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子３００は、図１６に示すように、発光素子３００は、基板３１０に、低温バッファ層３２０と、ｎ型コンタクト層３３０と、ｎ型ＥＳＤ層３４０と、ｎ型ＳＬ層３５０と、発光層３６０と、ｐ型クラッド層３７０と、ｐ型コンタクト層３８０とを有している。また、ｎ型コンタクト層３３０には、ｎ電極Ｎ３が形成されている。ｐ型コンタクト層３８０には、ｐ電極Ｐ３が形成されている。

【0089】

基板３１０として、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＮなどを用いることができる。低温バッファ層３２０の材質は、例えばＡｌＮやＧａＮである。

【0090】

ｎ型コンタクト層３３０は、ｎ型ＧａＮから成る層である。ｎ型コンタクト層３３０のキャリア濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲内である。

【0091】

ｎ型ＥＳＤ層３４０は、各半導体層の静電破壊を防止するための静電耐圧層である。ｎ型ＥＳＤ層４０の構造は、ノンドープのＧａＮとＳｉドープのｎ型ＧａＮの積層構造である。

【0092】

ｎ型ＳＬ層３５０は、発光層３６０に加わる応力を緩和するための歪緩和層である。より具体的には、ｎ型ＳＬ層３５０は、超格子構造を有するｎ型超格子層である。ｎ型ＳＬ層３５０は、後述するように、ＩｎＧａＮと、ＧａＮと、ｎ型ＧａＮとを積層した単位積層体を繰り返し積層したものである。

【0093】

発光層３６０は、電子と正孔とが再結合することで、光を発する発光層である。そのために、発光層３６０は、バンドギャップの小さい井戸層と、バンドギャップの大きい障壁層とが交互に形成されている多重量子井戸構造となっている。ここで、井戸層としてＩｎＧａＮを用いるとともに、障壁層としてＡｌＧａＮを用いることができる。このように井戸層は、Ｉｎを含んでいる。また、障壁層としてＡｌＩｎＧａＮを用いてもよい。

【0094】

ｐ型クラッド層３７０は、ｐ型ＩｎＧａＮから成る層と、ｐ型ＡｌＧａＮから成る層とを単位構造として、その単位構造を繰り返して形成した層である。もちろん、これ以外のものを用いてもよい。

【0095】

ｐ型コンタクト層３８０は、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮから成る層である。ｐ型コンタクト層３８０の材質として、その他に、ＩｎＧａＮと、ＡｌＧａＮと、ＡｌＩｎＧａＮとのうちのいずれか１つを用いてもよい。

【0096】

そして、ｐ電極Ｐ３の材質は、例えば、ＩＴＯである。もちろん、これ以外の材質であってもよい。また、ｐ電極Ｐ３の上に、パッド電極が形成されていてもよい。

【0097】

ｎ電極Ｎ３は、図２に示したように、ｎ型コンタクト層３３０の上に、金属層Ｓ１１および金属層Ｓ１２が形成されている。そして、酸化物層Ｓ１３が、金属層Ｓ１３の上に形成されている。

【0098】

２．半導体装置の製造方法
発光素子３００を製造する場合にも、基板３１０の上に半導体層を形成する（半導体層形成工程）。そして、ｐ電極Ｐ３を形成し、ｎ型コンタクト層３３０を露出させてｎ電極Ｎ３を形成する（電極形成工程）。つまり、第１の実施形態と同様に、半導体形成工程および電極形成工程を有する。

【0099】

３．変形例
第３の実施形態においても、第１の実施形態で説明した全ての変形例を適用することができる。

【0100】

４．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子３００の製造方法では、ｎ型コンタクト層３３０に金属層Ｓ１１、Ｓ１２を形成し、金属層Ｓ１２の表面Ｓ１２ａを酸化する。これにより、酸化物層Ｓ１３を形成することとした。酸化物層Ｓ１３の材質は、金属層Ｓ１２の酸化物である。そのため、金属層Ｓ１２のエッチング耐性を高めることができる。これにより、導通部Ｓ１６を好適に形成することができる。つまり、ｎ電極Ｎ３におけるオーミック特性を悪化させるおそれがほとんどない。また、カバー層を形成する必要がない。

【0101】

なお、本実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。本実施形態では、エピタキシャル成長の方法として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いることとした。しかし、ハイドライド気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ）などの気相成長法や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、パルスドスパッタデポジション法（ＰＳＤ）、そして、液相エピタキシー法などを用いてもよい。

【0102】

以上、第１の実施形態から第３の実施形態までにおいて、パワー素子１００、２００および発光素子３００について説明した。しかし、パワー素子や発光素子に限らず、その他の半導体装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0103】

１００…パワー素子
１１０…基板
１２０…ｎ型層
１３０…ｐ型層
１４０…ｎ型層
１５０…絶縁膜
Ｇ１…ゲート電極
Ｄ１…ドレイン電極
Ｓ１…ソース電極
Ｓ１１…金属層
Ｓ１２…金属層
Ｓ１３…酸化物層
Ｓ１４…絶縁膜
Ｓ１５…凹部
Ｓ１６…導電部
２００…パワー素子
２５０…キャリア供給層
Ｇ２…ゲート電極
Ｄ２…ドレイン電極
Ｓ２…ソース電極
３００…発光素子
３３０…ｎ型コンタクト層
３８０…ｐ型コンタクト層
Ｎ３…ｎ電極
Ｐ３…ｐ電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】