特許 6787212 半導体装置の製造方法

(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】6787212

(24)【登録日】2020年11月2日

(45)【発行日】2020年11月18日

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/28 20060101AFI20201109BHJP

   H01L 21/338 20060101ALI20201109BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20201109BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20201109BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/28 301B

   H01L21/28 B

   H01L29/80 F

   H01L29/80 H

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-59010(P2017-59010)

(22)【出願日】2017年3月24日

(65)【公開番号】特開2018-163923(P2018-163923A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2019年11月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】市川 弘之

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２７３６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０４８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３７１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３５５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８６１３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項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、を含む請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項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絶縁膜を除去する請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１７１１３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【発明の効果】

【0007】

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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図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4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【図11】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12】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。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［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。

【0010】

［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。

【0011】

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。

【0012】

［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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

［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。

【0016】

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_２Ｏ_３）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。

【0017】

［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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【実施例1】

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【実施例2】

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【実施例3】

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【実施例4】

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

（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。

【符号の説明】

【0062】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】