特表 2024-526363 凹部にオーミックコンタクトを有する半導体装置構造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】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-17

(54)【発明の名称】凹部にオーミックコンタクトを有する半導体装置構造およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20240709BHJP

【ＦＩ】

H01L29/80 H

H01L29/80 M

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024503614

(86)(22)【出願日】2022-07-18

(85)【翻訳文提出日】2024-02-05

(86)【国際出願番号】 EP2022070059

(87)【国際公開番号】W WO2023001762

(87)【国際公開日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】21186564.7

(32)【優先日】2021-07-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517241271

【氏名又は名称】スウェガン、アクチボラグ

【氏名又は名称原語表記】ＳＷＥＧＡＮ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】ティン－ユアン、チェン

(72)【発明者】

【氏名】ニクラス、ロルスマン

(72)【発明者】

【氏名】イェーアル－タイ、チェン

【テーマコード（参考）】

5F102

【Ｆターム（参考）】

5F102GB01

5F102GC01

5F102GD01

5F102GJ02

5F102GJ03

5F102GJ04

5F102GJ10

5F102GL04

5F102GM04

5F102GQ01

5F102GR04

5F102GS03

5F102GT02

5F102GT03

5F102GV08

5F102HC01

5F102HC15

5F102HC21

(57)【要約】

本開示は半導体装置構造およびその製造方法に関するものであり、半導体装置構造は、基板（１０）と、基板（１０）上に配置されたＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（２０）と、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（２０）上に配置されたＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）と、第１のＴｉ層（６１）と、第１のＴｉ層（６１）上に配置されたＡｌ層（６２）とを備えるオーミックコンタクト構造（６０）と、を備え、オーミックコンタクト構造（６０）は、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）内の凹部に配置されており、第１のＴｉ層（６１）の底部が、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層およびＩＩＩ族窒化物材料バリア層（２０、３０）によって提供される２ＤＥＧチャネルレベル（２ＤＥＧ）の下に延在しており、第１のＴｉ層（６１）は、側壁角４０°≦θ≦７５°、好ましくは５０°≦θ≦６０°の傾斜側壁（６１ａ）を備えており、傾斜側壁（６１ａ）のそれぞれとＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）の底部との間の角度（θ）として測定され、第１のＴｉ層（６１）の厚さは５ｎｍ以下であり、第１のＴｉ層（６１）とＡｌ層（６２）との厚さ比は、Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００である．

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板（１０）と、
前記基板（１０）上に配置されたＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（２０）と、
前記ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（２０）上に配置されたＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）と、
第１のＴｉ層（６１）と、前記第１のＴｉ層（６１）上に配置されたＡｌ層（６２）とを備えるオーミックコンタクト構造（６０）と、
を備え、
前記オーミックコンタクト構造（６０）は、前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）内の凹部に配置されており、前記第１のＴｉ層（６１）の底部が、前記ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層および前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（２０、３０）によって提供される２ＤＥＧチャネルレベル（２ＤＥＧ）の下に延在しており、
前記第１のＴｉ層（６１）は、側壁角４０°≦θ≦７５°、好ましくは５０°≦θ≦６０°の傾斜側壁（６１ａ）を備えており、前記傾斜側壁（６１ａ）のそれぞれと前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）の底部との間の角度（θ）として測定され、
前記第１のＴｉ層（６１）の厚さは５ｎｍ以下であり、
前記第１のＴｉ層（６１）と前記Ａｌ層（６２）との厚さ比は、Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００である、
半導体装置構造（１）。

【請求項2】

前記第１のＴｉ層（６１）の底部が、２ＤＥＧチャネルレベル（２ＤＥＧ）の５～１５ｎｍ下に延在するように、好ましくは２ＤＥＧチャネルレベル（２ＤＥＧ）の５～１０ｎｍ下に延在するように、前記オーミックコンタクト構造（６０）が、前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）内の凹部に配置される、請求項１に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項3】

前記オーミックコンタクト構造（６０）のＡｌ層（６２）上に配置された第２のＴｉ層（６３）を備える、請求項１～２のいずれか１項に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項4】

前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）上に配置されたパッシベーション層（４０）を備えており、前記パッシベーション層（４０）の材料は、好ましくはＳｉＮである、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項5】

前記ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（２０）の材料は、ＧａＮである、請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項6】

前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）の材料は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ、Iｎ_ｙ２Ａｌ_１－ｙ２Ｎ、または、Iｎ_ｙ２ＡＩ_ｘ２Ｇａ_{１－ｘ２－ｙ２}Ｎであり、ここで、ｘ２＝０～１、ｙ２＝０～１、ｘ２＋ｙ２≦１である、請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項7】

前記第１のＴｉ層は、１～３ｎｍの厚さを有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項8】

前記第１のＴｉ層は、１～４．５ｎｍ、好ましくは２～３ｎｍの厚さを有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項9】

前記オーミックコンタクト構造のＡｌ層（６２）は、２５０～５０００ｎｍ、好ましくは３００～１０００ｎｍの厚さを有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項10】

前記第１のＴｉ層は、Ｔｉを含むＴｉ系層であり、および／または、前記オーミックコンタクト構造のＡｌ層は、Ａｌを含むＡｌ系層である、請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体装置構造（１）。

【請求項11】

半導体装置構造（１）の製造方法（Ｓ０）であって、
基板（１０）を提供する工程（Ｓ１）と、
前記基板（１）上にＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（２０）を提供する工程（Ｓ２）と、
前記ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（２０）上にＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）を提供する工程（Ｓ３）と、
ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）上に、または、任意に、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）上に設けられたパッシベーション層上に、フォトレジスト層（５０）を提供する工程（Ｓ４）と、
前記フォトレジスト層のターゲット領域に光を照射して、ＩＩＩ族窒化物層を、または、もし提供されているのであればパッシベーション層を、露出させる工程（Ｓ５）と、
前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）の凹部を、前記ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層および前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（２０、３０）によって提供される２ＤＥＧチャネルレベル（２ＤＥＧ）を超える深さまでエッチングする工程（Ｓ６）であって、前記エッチングは、前記ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（３０）の側壁が、側壁角４０°≦θ≦７５°、好ましくは５０°≦θ≦６０°となるように行われ、傾斜側壁のそれぞれと前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）の底部との間の角度（θ）として測定される工程と、
５００～７００℃の温度、好ましくは５５０～６００℃の温度で、凹部内における第１のＴｉ層（６１）およびＡｌ層（６２）を含むオーミックコンタクト構造（６０）をアニールする工程（Ｓ７）と、
を備え、
前記第１のＴｉ層（６１）は、前記第１のＴｉ層（６１）の厚さが５ｎｍ以下となるように傾斜堆積法により堆積され、
前記Ａｌ層（６２）は、前記第１のＴｉ層と前記Ａｌ層との厚さ比がＴｉ：Ａｌ＜１：１０００となる厚さで、前記第１のＴｉ層（６１）上に堆積される、
半導体装置構造の製造方法。

【請求項12】

前記フォトレジスト層の前記ターゲット領域を画定するためにマスクを配置する工程を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ターゲット領域は、空間光変調器によって露光される、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記第１のＴｉ層（６１）の底部が、２ＤＥＧチャネルレベル（２ＤＥＧ）の５～１５ｎｍ下に延在するように、好ましくは、２ＤＥＧチャネルレベル（２ＤＥＧ）の５～１０ｎｍ下に延在するように、前記オーミックコンタクト構造（６０）は、前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）内の凹部でアニールされる、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

前記オーミックコンタクト構造（６０）のＡｌ層（６２）上に、第２のＴｉ層（６２）を提供する工程を備える、請求項１１～１４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項16】

前記エッチングする工程の前に、前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）上にＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤによりパッシベーション層（４０）を堆積する工程を備え、前記パッシベーション層（４０）の材料は、好ましくはＳｉＮである、請求項１１～１５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項17】

前記ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層（２０）の材料がＧａＮである、請求項１１～１６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項18】

前記ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）の材料は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ、Iｎ_ｙ２Ａｌ_１－ｙ２Ｎ、または、Iｎ_ｙ２ＡＩ_ｘ２Ｇａ_{１－ｘ２－ｙ２}Ｎであり、ここで、ｘ２＝０～１、ｙ２＝０～１、ｘ２＋ｙ２≦１である、請求項１１～１７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項19】

前記エッチングする工程が、ＩＣＰドライエッチングプロセスを含む、請求項１１～１８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項20】

前記第１のＴｉ層は、１～３ｎｍの厚さを有するように提供される、請求項１１～１９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項21】

前記第１のＴｉ層が、１～４．５ｎｍ、好ましくは２～３ｎｍの厚さを有するように提供される、請求項１１～１９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項22】

前記オーミックコンタクト構造のＡｌ層（６２）が、２５０～５０００ｎｍ、好ましくは３００～１０００ｎｍの厚さを有するように提供される、請求項１１～２１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項23】

前記第１のＴｉ層がＴｉを含むＴｉ系層であり、および／または、前記オーミックコンタクト構造のＡｌ層がＡｌを含むＡｌ系層である、請求項１１～２２のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、凹部にオーミックコンタクトを有する半導体装置構造およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＩＧａＮ／ＧａＮ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High-Electron-Mobility Transistor）は、典型的には、無線周波数、マイクロ波、および電力スイッチング用途のために関心が持たれている。従来のＡＩＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴは、高温、すなわち＞８００℃でアニールされたＡｕ系のオーミックコンタクトで製造されている。このような高いアニール温度により、ＡＩＧａＮバリア層のＡｌおよびオーミック金属スタック内のＡｌが溶融し、結果として、表面モフォロジおよびエッジ明瞭度が悪くなっている。また、高Ａｌの含有量が多いため、高Ａｌ含有バリア層上で低い接触抵抗でオーミックコンタクトを形成することは困難であり、より大きいショットキー障壁電位となり、熱電子輸送またはトンネル輸送によって、オーミックコンタクトと２ＤＥＧチャネルとの間で電子が輸送されにくくなっている。

【0003】

ＡＩＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ上で接触抵抗の低いオーミックコンタクトを形成するという問題に対して、いくつかの解決策が提案されている。これらの解決策のいくつかは、浅い凹型オーミックコンタクト（すなわち、２ＤＥＧチャネルより上の深さまでの凹部）、または、深い凹部の側壁Ｔａ系のオーミックコンタクト（すなわち、２ＤＥＧチャネル以下の深さの凹部）を含んでいる。

【0004】

ＡＩＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴにおいて浅い凹部のオーミックコンタクトを提供することによって、トンネル距離が短縮し、その結果、接触抵抗も低減する。しかしながら、この解決策は、結果として２ＤＥＧ特性を劣化させる、または、装置全体の性能を低下させる、不均一な接触抵抗を導入するであろう。

【0005】

深い凹部の側壁Ｔａ系のオーミックコンタクトは、バリア層の設計を無視することを可能にし、大きなエッチングおよびリソグラフィプロセスウィンドウを達成することができる。しかし、この解決策は、アニール処理中の（薄膜抵抗体と考えられる）ＴａＮの形成に起因して、オーミックコンタクトと２ＤＥＧチャネルとの間に直列抵抗を導入する。

【0006】

このため、半導体特性を満足しつつ、高いスループットでの製造を実現することが困難である。

【0007】

したがって、従来の解決策に関して上述した問題を少なくとも軽減する低い接触抵抗を有するオーミックコンタクトを備えた半導体装置構造が必要とされている。

【発明の概要】

【0008】

本発明の目的は、本解決策を用いて前述の欠点を軽減する改良された解決策を提供することである。特に、第１の目的は、大規模な製造に適した低い接触抵抗を有するオーミックコンタクトを備えた半導体装置構造を提供することである。この目的は、請求項１に記載の発明によって解決される。第２の目的は、大規模な製造に適した半導体装置構造の製造方法を提供することである。この目的は、請求項７に記載の方法によって解決される。

【0009】

以下では、ある用語が使用される。例えば、第１の層Ａが第２の層Ｂ上に配置されていることにより、第１の層Ａが第２の層Ｂと直接接触していることを意味してもよいし、または、第１の層Ａと第２の層との間に、半導体装置構造が低い接触抵抗を達成することを妨げない、１つ以上の層があることを意味してもよい。

【0010】

本発明の第１の態様によれば、半導体装置構造が提供される。半導体装置構造は、基板と、基板上に配置されたＩＩＩ族窒化物材料チャネル層と、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層上に配置されたＩＩＩ族窒化物材料バリア層と、第１のＴｉ層と、第１のＴｉ層上に配置されたＡｌ層とを備えるオーミックコンタクト構造と、を備え、オーミックコンタクト構造は、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層内の凹部に配置されており、第１のＴｉ層の底部が、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層およびＩＩＩ族窒化物材料バリア層によって提供される２ＤＥＧチャネルレベルの下に延在しており、第１のＴｉ層は、側壁角４０°≦θ≦７５°、好ましくは５０°≦θ≦６０°の傾斜側壁を備えており、これは傾斜側壁のそれぞれとＩＩＩ族窒化物材料バリア層の底部との間の角度として測定され、第１のＴｉ層の厚さは５ｎｍ以下であり、第１のＴｉ層とＡｌ層との厚さ比は、Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００である。

【0011】

所定の側壁角により、トンネル距離が短縮され、接触抵抗も低減される。また、２ＤＥＧチャネルレベルの下に延在する第１のＴｉ層により、接触抵抗がさらに低減される。また、特定の第１のＴｉ層の厚さにより、接触抵抗が低くなるであろう。また、オーミックコンタクト構造におけるＴａの代わりにＴｉを用いることで、より低い接触抵抗を実現することができる。厚さ比Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００は、側壁角の特徴とともに、例えば０．２～０．１ｏｈｍ－ｍｍの間隔で、接触抵抗をさらに低減することができるという驚くべき利点を提供する。これは、通常、複雑な再成長オーミックコンタクトによってしか達成できない。

【0012】

このように、上記の利点を考慮して、半導体構造装置は、上述した第１の目的を解決する。

【0013】

側壁角θは、低い接触抵抗を可能にする４０°≦θ≦７５°である。特定の範囲よりも急峻な側壁角を有することにより、金属の堆積が困難になる（側壁上の金属被覆率の悪化）ことがある。また、特定の範囲よりも小さな傾斜を有することで、半導体／オーミック金属の界面領域における２ＤＥＧ濃度の低下（少ない電子に起因する接触抵抗の悪化）になるおそれがある。したがって、側壁角は、これらの態様に関して選択され得る。したがって、側壁角θは、次の４０°≦θ≦４５°、４５°≦θ＜５０°、５０°≦θ≦５５°、５５°≦θ≦６０°、６０°≦θ≦６５°、６５°≦θ≦７０°、７０°≦θ≦７５°のいずれかから選択することができる。一例として、半導体装置構造がＡｌＧａＮバリア層を備える場合、側壁角が５０°≦θ≦６０°のときに、０．２ｏｈｍ－ｍｍ以下の接触抵抗を実現することができる。しかしながら、０．２ｏｈｍ－ｍｍの低い接触抵抗は、例えば、チャネル層および／またはバリア層の材料、これらの厚さ、オーミックコンタクト構造の特性などを変えることによって、４０°≦θ≦５０°および６０°≦θ≦７５°で達成することができる。

【0014】

基板は、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ、またはサファイア基板であってもよい。ＳｉＣ基板の場合、ＳｉＣ基板は、ポリタイプ４Ｈまたは６Ｃを有していてもよい。基板は、基板オフカット角が面内格子軸に沿って実質的にゼロになるように設けられてもよい。基板には、炭素がドープされていてもよい。基板は半絶縁性であってもよい。基板は、Ｈ_２、ＨＣＩ、ＨＦ、ＨＢｒ、またはＳｉＦ_４、Ｃｌ_２またはこれらの組合せなどのエッチングガス、またはＨ_２および他の任意の１つなどのエッチングガスによって、その場でまたは外部で前処理されてもよい。基板を前処理することにより、例えば、基板表面への酸素および炭素汚染の量を、低減することができる。

【0015】

ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の厚さは、０．０５０～１０μｍであってもよい。ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の厚さは、０．０５０～０．１μｍ、０．１～０．２μｍ、０．２～０．３μｍ、０．３～０．４μｍ、０．４～０．５μｍ、０．５～０．６μｍ、０．６～０．７μｍ、０．７～０．８μｍ、０．８～０．９μｍ、０．９～１．０μｍ、１．０～２．０μｍ、２．０～３．０μｍ、３．０～４．０μｍ、４．０～５．０μｍ、５．０～６．０μｍ、６．０～７．０μｍ、７．０～８．０μｍ、８．０～９．０μｍ、または、９．０～１０．０μｍであってもよい。

【0016】

ＩＩＩ族窒化物材料バリア層は、１～４０ｎｍの厚さを有してもよい。ＩＩＩ族窒化物材料バリア層は、１～２ｎｍ、２～３ｎｍ、３～４ｎｍ、４～５ｎｍ、５～６ｎｍ、６～７ｎｍ、７～８ｎｍ、８～９ｎｍ、９～１０ｎｍ、１０～１５ｎｍ、１５～２０ｎｍ、２０～２５ｎｍ、２５～３０ｎｍ、３０～３５ｎｍ、または、３５～４０ｎｍの厚さを有してもよい。

【0017】

オーミックコンタクト構造のＡｌ層は、比Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００の特定の条件を考慮して、第１のＴｉ層の選択された厚さに応じて、２～５μｍであってもよい。

【0018】

半導体装置構造は、第１のＴｉ層とＡｌ層とを備えるオーミックコンタクト構造を備える。Ｔｉ層またはＡｌ層により、それは、Ｔｉ系層およびＡｌ系層をそれぞれ意味してもよい。ｘ系層によって、層が材料ｘを含むことを意味してもよい。Ｘ系層はｘ層として堆積されることを意味してよいが、近傍から追加の材料を抽出することを意味してもよい。オーミックコンタクト構造は、凹部でアニールされる。オーミックコンタクト構造をアニールする間、第１のＴｉ層は、隣接する層から他の材料を抽出してもよい。例えば、Ｎは、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層またはＩＩＩ族窒化物材料バリア層から抽出されてもよく、それによって、第１のＴｉ層を少なくとも部分的にまたは全体的にＴｉＮ層に変換する。Ａｌ層は、同様に、少なくとも部分的または全体的にＡｌＮ層に変換してもよい。部分的には、第１のＴｉ層は、ＴｉＮ層部分とＴｉ層部分とを備えることを意味してもよい。Ａｌ層は、ＡｌＮ層部分とＡｌ層部分とを備えることを意味してもよい。

【0019】

一実施形態によれば、オーミックコンタクト構造は、第１のＴｉ層の底部が２ＤＥＧチャネルレベルの５～１５ｎｍ下に延在するように、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層の凹部に配置される。この範囲は、オーミックコンタクトを低減するために特定されている。特に、接触抵抗は、さらに０．２ｏｈｍ－ｍｍ未満に低減してもよい。少なくとも５ｎｍ延在させることで、接触抵抗の均一性を良好にすることができる。２ＤＥＧチャネルレベルを超えて１５ｎｍを超えないことにより、望ましいオーミックコンタクトが可能となり、そうでなければ、より深く伸びると、より悪いオーミックコンタクトをもたらすかもしれない。より悪いオーミックコンタクトにより、それは、０．２～０．４ｏｈｍ－ｍｍを意味してもよい。

【0020】

一実施形態によれば、半導体装置構造は、オーミックコンタクト構造のＡｌ層上に配置された第２のＴｉ層を備える。第２のＴｉ層は、酸化保護層として機能してもよい。ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＷ、ＴａＷ、Ｔｉ、Ｔａ等の酸化を防止することができれば、他の材料も好適である。第２のＴｉ層は、１～１００ｎｍの厚さを有してもよい。第２のＴｉ層は、１～１０ｎｍ、１０～２０ｎｍ、２０～３０ｎｍ、３０～４０ｎｍ、４０～５０ｎｍ、５０～６０ｎｍ、６０～７０ｎｍ、７０～８０ｎｍ、８０～９０ｎｍ、または、９０～１００ｎｍの厚さを有してもよい。

【0021】

一実施形態によれば、半導体装置構造は、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層上に配置されたパッシベーション層を備え、パッシベーション層の材料は、好ましくはＳｉＮである。これにより、周辺環境による半導体装置構造への影響や腐食を低減することができる。パッシベーション層の厚さは、１～４００ｎｍであってもよい。パッシベーション層は、１～２５ｎｍ、２５～５０ｎｍ、５０～７５ｎｍ、７５～１００ｎｍ、１００～１５０ｎｍ、１５０～２００ｎｍ、２００～２５０ｎｍ、２５０～３００ｎｍ、３００～３５０ｎｍ、または、３５０～４００ｎｍの厚さを有してもよい。

【0022】

一実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の材料は、ＧａＮである。ＧａＮは、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の中で最も高い電子移動度および速度を有するので、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の好ましい選択かもしれず、これは、ＨＥＭＴ構造におけるチャネル層として理想的である。ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層は、ＡＩＧａＮ層またはＡｌ傾斜ＡｌＧａＮ層（Al graded AlGaN layer）であってもよい。

【0023】

一実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層（３０）の材料は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ、Ｉｎ_ｙ２Ａｌ_１－ｙ２Ｎ、または、Ｉｎ_ｙ２ＡＩ_ｘ２Ｇａ_{１－ｘ２－ｙ２}Ｎであり、ここで、ｘ２＝０～１、ｙ２＝０～１、ｘ２＋ｙ２≦１である。Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎの場合、ｘ２はｘ２＝０．１５～１であることが好ましい。Ｉｎ_ｙ２Ａｌ_１－ｙ２Ｎの場合、ｙ２はｙ２＝０．１～０．２であることが好ましい。Ｉｎ_ｙ２ＡＩ_ｘ２Ｇａ_{１－ｘ２－ｙ２}Ｎの場合、ｘ２、ｙ２は、ｘ２＝０．７５～０．８０、ｙ２＝０．１～０．２であることが好ましい。

【0024】

本発明の第２の態様によれば、半導体装置構造の製造方法が提供される。この方法は、基板を提供する工程と、基板上にＩＩＩ族窒化物材料チャネル層を提供する工程と、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層上にＩＩＩ族窒化物材料バリア層を提供する工程と、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層上に、または、任意に、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層上に設けられたパッシベーション層上に、フォトレジスト層を提供する工程と、フォトレジスト層のターゲット領域に光を照射して、ＩＩＩ族窒化物層を、または、もし提供されているのであればパッシベーション層を露出させ、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層の凹部を、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層およびＩＩＩ族窒化物材料バリア層によって提供される２ＤＥＧチャネルレベルを超える深さまでエッチングする工程であって、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の側壁が、傾斜側壁のそれぞれとＩＩＩ族窒化物材料バリア層の底部との間の角度として測定されると、側壁角４０°≦θ≦７５°、好ましくは５０°≦θ≦６０°となるように行われる工程と、５００～７００℃、好ましくは５５０～６００℃の温度で、凹部内における第１のＴｉ層とＡｌ層とを含むオーミックコンタクト構造をアニールする工程とを備え、第１のＴｉ層は、第１のＴｉ層の厚さが５ｎｍ以下となるように傾斜堆積法によって堆積され、Ａｌ層は、第１のＴｉ層とＡｌ層との厚さ比がＴｉ：Ａｌ＜１：１０００となる厚さで、Ｔｉ層上に堆積される。

【0025】

所定の側壁角により、トンネル距離が短縮され、接触抵抗も低減される。また、第１のＴｉ層が２ＤＥＧチャネルレベルの下で延びることにより、接触抵抗がさらに低減される。また、特定された第１のＴｉ層の厚さにより、接触抵抗がより低くなる。また、オーミックコンタクト構造にＴａの代わりにＴｉを用いることで、さらに低い接触抵抗を実現することができる。比Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００は、接触抵抗が０．２ｏｈｍ－ｍｍ未満まで低減することができるという驚くべき利点を提供し、これは通常、複雑な再成長オーミックコンタクトによって達成することができるだけである。

【0026】

このように、上記の利点を考慮して、半導体構造装置は、上述した第１の目的を解決する。

【0027】

側壁角θは、低い接触抵抗を可能にする４０°≦θ≦７５°である。特定の範囲よりも急峻な側壁角を有することにより、金属の堆積が困難になる（側壁上の金属被覆率の悪化）おそれがある。また、特定の範囲よりも小さな傾斜を有することで、半導体／オーミック金属の界面領域における２ＤＥＧ濃度の低下（少ない電子に起因する接触抵抗の悪化）になるおそれがある。したがって、側壁角は、これらの態様に関して選択され得る。したがって、側壁角θは、４０°≦θ≦４５°、４５°≦θ＜５０°、５０°≦θ≦５５°、５５°≦θ≦６０°、６０°≦θ≦６５°、６５°≦θ≦７０°、７０°≦θ≦７５°のいずれかから選択することができる。一例として、半導体装置構造がＡｌＧａＮバリア層を備える場合、側壁角が５０°≦θ≦６０°のときに、０．２ｏｈｍ－ｍｍ以下の接触抵抗を実現することができる。しかしながら、０．２ｏｈｍ－ｍｍの低い接触抵抗は、例えば、チャネル層および／またはバリア層の材料、これらの厚さ、オーミックコンタクト構造の特性などを変えることによって、４０°≦θ≦５０°および６０°≦θ≦７５°で達成することができる。

【0028】

基板は、ＳｉＣ基板であってもよい。ＳｉＣ基板は、ポリタイプ４Ｈまたは６Ｃを有していてもよい。ＳｉＣ基板は、面内格子軸に沿って基板オフカット角が実質的にゼロとなるように設けられてもよい。基板は、炭素ドープされていてもよい。基板は半絶縁性であってもよい。基板は、Ｈ_２、ＨＣＩ、ＨＦ、ＨＢｒ、またはＳｉＦ_４、Ｃｌ_２またはこれらの組合せなどのエッチングガス、またはＨ_２および他の任意の１つなどのエッチングガスによって、その場でまたは外部で前処理されてもよい。基板を前処理することにより、例えば、基板表面への酸素や炭素汚染の量を低減することができる。

【0029】

ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の厚さは、０．０５０～１０μｍであってもよい。ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の厚さは、０．０５０～０．１μｍ、０．１～０．２μｍ、０．２～０．３μｍ、０．３～０．４μｍ、０．４～０．５μｍ、０．５～０．６μｍ、０．６～０．７μｍ、０．７～０．８μｍ、０．８～０．９μｍ、０．９～１．０μｍ、１．０～２．０μｍ、２．０～３．０μｍ、３．０～４．０μｍ、４．０～５．０μｍ、５．０～６．０μｍ、６．０～７．０μｍ、７．０～８．０μｍ、８．０～９．０μｍ、または、９．０～１０．０μｍであってもよい。

【0030】

ＩＩＩ族窒化物材料バリア層は、１～４０ｎｍの厚さを有してもよい。ＩＩＩ族窒化物材料バリア層は、１～２ｎｍ、２～３ｎｍ、３～４ｎｍ、４～５ｎｍ、５～６ｎｍ、６～７ｎｍ、７～８ｎｍ、８～９ｎｍ、９～１０ｎｍ、１０～１５ｎｍ、１５～２０ｎｍ、２０～２５ｎｍ、２５～３０ｎｍ、３０～３５ｎｍ、または、３５～４０ｎｍの厚さを有してもよい。

【0031】

オーミックコンタクト構造のＡｌ層は、比Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００の特定の条件を考慮して、第１のＴｉ層の選択された厚さに応じて、２～５μｍであってもよい。

【0032】

半導体装置構造は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、または、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）、または、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）、または、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用いて成長させることができる。

【0033】

第１およびＩＩＩ族窒化物材料バリア層の成長条件、すなわち、使用される前駆体、フローレート、成長時間、圧力、温度、温度ランピングは、第１およびＩＩＩ族窒化物材料バリア層、任意のパッシベーション層、および、フォトレジスト層の材料の選択に応じて選択されてもよい。

【0034】

フォトレジスト層は、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層上に堆積されてもよく、または存在する場合には、任意のパッシベーション層上に堆積されてもよい。フォトレジスト層は、アンダーカット角を有するアンダーカット領域を形成するために、フォトリソグラフィの間に露光されてもよい。側壁角は、フォトレジストのアンダーカットによって制御してもよい。より大きなフォトレジストアンダーカット角は、より大きな凹部側壁角をもたらし、その逆も同様である。

【0035】

任意のパッシベーション層が存在する場合、フッ素系ガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングを用いてエッチングしてもよい。エッチングは、空気に暴露されることなく行われてもよい。エッチング残渣は、プラズマアッシングにより除去してもよい。

【0036】

第２のＩＩＩ族窒化物層は、塩素系ガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ドライエッチングでエッチングしてもよい。エッチングは、空気に曝すことなく行うことができる。エッチング残渣は、プラズマアッシングにより除去してもよい。

【0037】

一実施形態によれば、方法は、フォトレジスト層のターゲット領域を画定するために、マスクを配置する工程を備える。あるいは、ターゲット領域は、空間光変調器（Spatial Light Modulator）によって露光される。

【0038】

一実施形態によれば、オーミックコンタクト構造は、第１のＴｉ層の底部が２ＤＥＧチャネルレベルの５～１５ｎｍ下に延在するように、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層内の凹部でアニールされる。これにより、接触抵抗を０．２ｏｈｍ－ｍｍ未満にさらに低減することができる。２ＤＥＧチャネルレベルの１５ｎｍよりも下に延在することにより、オーミックコンタクト不良となり、または側壁の金属被覆不良によりオーミックコンタクトでなくなるかもしれない。２ＤＥＧチャネルレベルの５ｎｍ下に延在しないことにより、接触抵抗の均一性が不十分となるかもしれない。

【0039】

一実施形態によれば、この方法は、オーミックコンタクト構造のＡｌ層上に第２のＴｉ層を提供する工程を備える。第２のＴｉ層は、酸化保護層として機能してもよい。第２のＴｉ層の厚さは、１～１００ｎｍであってもよい。第２のＴｉ層の厚さは、１～１０ｎｍ、１０～２０ｎｍ、２０～３０ｎｍ、３０～４０ｎｍ、４０～５０ｎｍ、５０～６０ｎｍ、６０～７０ｎｍ、７０～８０ｎｍ、８０～９０ｎｍ、または、９０～１００ｎｍであってもよい。

【0040】

一実施形態によれば、方法は、エッチングする工程の前に、低圧力化学気相成長（ＬＰＣＶＤ：Low Pressure Chemical Vapor Deposition）またはプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ：Plasma-enhanced chemical vapor deposition）によって、ＩＩＩ族窒化物材料バリア上にパッシベーション層を堆積する工程を備える。ここで、パッシベーション層の材料は、ＳｉＮであることが好ましい。これにより、周辺環境による半導体装置の構造への影響や腐食を低減することができる。パッシベーション層の厚さは、１～４００ｎｍであってもよい。ＳｉＮの場合、前駆体として、シラン（Silane）、ジクロロシラン（Dichlorosilane）、アンモニア（ammonia）を用いてもよい。成長条件は、フローレートが５０～４００ｓｃｃｍであり、成長時間が０．１～１００分であり、圧力が１００～５００ｍＴｏｒｒであり、温度が７００～８５０℃であってもよい。

【0041】

一実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の材料は、ＧａＮである。ＧａＮは、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層の好ましい選択であり得る。なぜなら、ＨＥＭＴ構造のチャネル層として理想的であるＩＩＩ族窒化物の中で、電子移動度および速度が最も高いからである。或いは、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層は、ＡＩＧａＮ層またはＡｌ傾斜ＡｌＧａＮ層であってもよい。ＧａＮの場合、前駆体として、トリメチルガリウム（trimethylgallium）、ＴＭＧ、Ｇａ（ＣＨ_３）_３、および、アンモニア、ＮＨ_３を用いてもよい。一例として、前駆体のフローレートは、ＮＨ_３に対して２ｌ／分であってもよく、ＴＭＧａに対して０．６２ｍｌ／分であってもよい。ＴＭＧａバブラー（例えばＨ_２）を流れるキャリアガスのフローレートは、４２ｍｌ／分であってもよい。前駆体は室温で提供されてもよい。代替として、フローレートを増加させるために、つまりＧａＮバッファ層の成長速度を増加させるために、前駆体の少なくとも１つを加熱してもよい。各前駆体の流れは、前駆体容器と反応器との間に配置され得る少なくとも１つのマスフローコントローラによって、制御されてもよい。前駆体の各々または両方は、Ｈ_２、Ｎ_２またはＡｒなどのキャリアガスによって反応器内に輸送されてもよい。反応器の温度は、ＧａＮ層の成長時に１０５０℃程度としてもよい。ＧａＮ成長時の反応器内の圧力は、約５０ｍｂａｒとしてもよい。安定した成長条件、すなわち、例えば温度および圧力が安定すると、ＧａＮ層の成長速度は、１時間あたり約７００～２０００ｎｍであってもよい。室温では、それは１６～２３℃を意味してもよい。

【0042】

一実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層の材料は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_1－ｘ２Ｎ、Ｉｎ_ｙ２Ａｌ_1－ｙ２ＮまたはＩｎ_ｙ２ＡＩ_ｘ２Ｇａ_{1－ｘ２－ｙ２}Ｎであり、ここでｘ２＝０～１、ｙ２＝０～１、ｘ２＋ｙ２≦１である。ＡＩ_ｘ２Ｇａ_1－ｘ２Ｎの場合、ｘ２＝０．１５～１であることが好ましい。Ｉｎ_ｙ２Ａｌ_1－ｙ２Ｎの場合、ｙ２はｙ２＝０．１～０．２であることが好ましい。Ｉｎ_ｙ２ＡＩ_ｘ２Ｇａ_{1－ｘ２－ｙ２}Ｎの場合、ｘ２、ｙ２は、ｘ２＝０．７５～０．８０、ｙ ２＝０．１～０．２であることが好ましい。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの含有量は、成長条件に応じて調整されてもよい。

【0043】

ＩＩＩ族窒化物材料バリア層の成長のための前駆体は、ＴＭＩｎ、トリメチルインジウム（trimethylindium）、すなわちＩｎ（ＣＨ_３）_３、ＴＭＡＩ、または、ＴＥＡおよびＴＭＧａ、または、ＴＥＧａであってもよい。前駆体は、しばしば、Ｈ_２、Ｎ_２、またはＮ_２とＨ_２との混合物などのキャリアガスによって、ＭＯＣＶＤ反応器内に輸送される。

【0044】

前駆体（例えば、ＴＭＡＩまたはＴＭＧａ）バブラーを通って流れるキャリアガスのフローレートは、ＴＭＡＩについては約７０ｍｌ／分、ＴＭＧａについては約５０ｍｌ／分、ＴＭＩｎについては７０ｍｌ／分であってもよい。前駆体流は、主キャリアガス流と合流し、これは、反応器へのさらなる輸送のために３０ｌ／分のオーダーであってもよい。 前駆体の反応は、反応性中間体および副生成物を、基板上にまたはその近傍に形成する。反応物が基板上に吸着されて、薄膜層を形成し、ＭＯＣＶＤ反応器でポンピングすることにより、最終的に副生成物が基板から離れるように輸送される。薄膜成長についてのＭＯＣＶＤ反応器内の圧力は、通常、数ミリバールから大気圧までの範囲である。反応器チャンバは、コールドウォールタイプであってもよく、または、ホットウォールタイプであってもよい。コールドウォール反応器では、基板は、典型的には、反応器壁が基板よりも冷たいのを維持した状態で、下方から加熱される。対照的に、ホットウォール反応器では、反応器チャンバ全体が加熱され、すなわち、基板と反応器の両方が加熱される。本開示で論じられるヘテロ構造の成長のために、ホットウォールＶＰ５０８ＧＦＲ、ＡＩＸＴＲＯＮ反応器を使用してもよい。反応器のバックグラウンド圧力は、１０～４ミリバールよりも低くてもよい（参考文献：「ＭＯＣＶＤにより成長させたＡｌ含有ＡＩＧａＮのドーピング」、ＰｈＤ論文、D Nilsson、２０１４およびWikipedia）。

【0045】

一実施形態によれば、エッチング工程は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ドライエッチングプロセスを含む。

【0046】

一実施形態によれば、第１のＴｉ層の厚さは、０．１～１ｎｍ、１～２ｎｍ、２～３ｎｍ、３～４ｎｍ、４～４．５ｎｍ、４．５ｎｍ～５ｎｍ未満、または、これらの間隔の任意の組み合わせによって形成される間隔内であってもよい。第１のＴｉ層の厚さを５ｎｍ未満とすることにより、ＡｌがＴｉよりも強い電子親和力を有することから、第１のＴｉ層は、Ａｌ層のＡｌがＮを抽出するのを助けるための触媒として作用するように十分に薄くなる。一例として、Ａｌは約４２ｋＪ／ｍｏｌの電子親和力を有し、Ｔｉは約７ｋＪ／ｍｏｌの電子親和力を有し得る。より正確な値は、適用可能な参照テーブルで見つけることができる。第１のＴｉ層の厚さを５ｎｍ未満とすることにより、接触抵抗をさらに低減することができる。理想的には、第1のＴｉの層は、（抵抗体として作用する可能性があり、そのため、接触抵抗が増大する）ＴｉＮの形成を防止するために、可能な限り薄くなるべきである。しかし、低い接触抵抗でオーミックコンタクトを形成するために、ＩＩＩ族窒化物材料からＮを抽出するＡｌをサポートする触媒として、Ｔｉを作用させてもよい。

【0047】

一実施形態によれば、オーミック構造のＡｌ層の厚さは、２５０～３００ｎｍ、３００～４００ｎｍ、４００～５００ｎｍ、５００～６００ｎｍ、６００～７００ｎｍ、７００～８００ｎｍ、８００～９００ｎｍ、９００～１０００ｎｍ、１０００～１５００ｎｍ、１５００～２０００ｎｍ、２０００～２５００ｎｍ、２５００～３０００ｎｍ、３０００～３５００ｎｍ、３５００～４０００ｎｍ、４０００～４５００ｎｍ、４５００～５０００ｎｍ、または、これらの間隔の任意の組み合わせによって形成される間隔内にある。５ｎｍ未満の厚さで第１のＴｉ層上に、このような厚さのＡｌ層を設けることにより、低い接触抵抗が可能となる。特に、Ａｌ層の厚さが３００～１０００ｎｍの場合には、低い接触抵抗が可能となる。

【0048】

一実施形態によれば、第１のＴｉ層とＡｌ層との厚さ比は、Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００であってもよい。この厚さ比は、５０～１００、１００～１５０、１５０～２００、２００～２５０、２５０～３００、３００～３５０、３５０～４００、４００～４５０、４５０～５００、５００～５５０、５５０～６００、６００～６５０、６５０～７００、７００～７５０、７５０～８００、８００～８５０、８５０～９００、９００～９５０、９５０～１０００、または、これらの間隔の任意の組み合わせによって形成される間隔内にあってもよい。

【0049】

一実施形態によれば、第１のＴｉ層は、少なくともＴｉを含むＴｉ系層である。一実施形態によれば、オーミックコンタクト構造のＡｌ層は、少なくともＡｌを含むＡｌ系層である。一実施形態によれば、第２のＴｉ層は、少なくともＴｉを含むＴｉ系層である。アニール処理の間、上記の層は、隣接する層から材料を抽出してもよい。例えば、これらの層のうちの１つ以上は、Ｔｉ－Ｎ、Ｔｉ－ＡＩ－Ｎ、Ａｌ－Ｎ、Ｔｉ－ＡＩ合金および未反応のＴｉまたはＡｌを部分的に含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【0050】

以下、本発明について、添付の図面を参照してより詳細に説明する。

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置構造を示す。

【図2】図２は、他の既知のワークに関連して本発明のアニール温度の関数として接触抵抗を示す図である。

【図3】図３は、凹部側壁角（図１のθ）の関数として接触抵抗を示す図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態に係る半導体装置構造の製造方法のフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0051】

以下、本発明の好適な実施の形態を、図面に基づいてより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全かつ完結されるように提供され、本発明の範囲を当業者に十分に伝えることになる。図面において、同様の番号は同様の要素を指す。

【0052】

図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置構造１を示す。半導体装置構造１は、基板１０と、基板１０上に配置されたＩＩＩ族窒化物材料チャネル層２０と、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層２０上に配置されたＩＩＩ族窒化物材料バリア層３０と、第１のＴｉ層６１および第１のＴｉ層６１上に配置されたＡｌ層６２とを備えるオーミックコンタクト構造６０とを備える。オーミックコンタクト構造６０は、第１のＴｉ層の底部が、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層によって提供される２ＤＥＧチャネルレベルを下回るように、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層３０内に凹んで配置される。第１のＴｉ層６１は、側壁角４０°≦θ≦７５°を有する傾斜側壁６１ａを備えている。側壁角θは、それぞれの傾斜側壁とＩＩＩ族窒化物材料バリア層３０の底部との間の角度として測定される。第１のＴｉ層６１の厚さは、５ｎｍ以下である。第１のＴｉ層６１とＡｌ層６２との厚さ比は、Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００である。

【0053】

なお、基板１０、オーミックコンタクト構造６０および各種層２０、３０、４０、５０は、縮尺通りではない。

【0054】

このような半導体装置構造１によれば、低い接触抵抗が実現され、特に、接触抵抗が０．１～０．２Ω－ｍｍの半導体装置構造１が実現される。

【0055】

接触抵抗は、アニール温度の関数として探求することができ、図２は、本発明を６つの他の発明と、いかに比較するかを示している。
Ｒｅｆ［１］：J.Zhang他、IEEE Electron Device Lett. 39、847(2018)
Ｒｅｆ［２］：Y.K. Lin他、Semicond Sci. Technol. 33、095019(2018)
Ｒｅｆ［３］：T.Yoshida、および、T. Egawa、Phys. Status Solidi A215、1700825(2008)
Ｒｅｆ［４］：X.W. Wang他、Journal of Vac. Sci&Tech B 38、062206(2020)
Ｒｅｆ［５］：A. Ping他、J.Electron Mater. 27、261(1998)
Ｒｅｆ［６］：H.S. Lee、D.S. Lee、および、T.Palacios、IEEE Electron Device Lett. 32、623(2011)

【0056】

図２に見られるように、本発明の接触抵抗は、５００～６００℃のアニール温度に対して、０．１～０．２Ω－ｍｍの間である。５００～６００℃の同じアニール温度間隔に対して、Ｒｅｆ［１］の本発明は、およそ０．２１Ω－ｍｍを達成し、Ｒｅｆ［２］の発明はおよそ０．２４Ω－ｍｍを達成し、Ｒｅｆ［３］はおよそ０．３６Ω－ｍｍを達成し、Ｒｅｆ［４］の発明は０．５３Ω－ｍｍを達成する。Ｒｅｆ［１］、Ｒｅｆ［２］、Ｒｅｆ［３］、Ｒｅｆ［４］は全て、５００～６００℃のアニール温度を用いた場合、０．２ｏｈｍ－ｍｍ以下の接触抵抗を達成することができない。本発明によれば、前述のアニール温度の間隔で、０．２Ω－ｍｍ以下の接触抵抗とすることができ、これは、本発明が従来技術を大幅に改善できることを示している。

【0057】

また、Ｒｅｆ［５］、Ｒｅｆ［６］は、それぞれの発明が、８００～９００℃のアニール温度で、０．５～０．６Ω－ｍｍの接触抵抗を実現し、その結果、ＡＩＧａＮバリア層（存在する場合）のＡｌ、または、オーミックメタルが溶け、その結果、オーミックコンタクトの表面モフォロジおよびエッジ明瞭度が悪化する。

【0058】

好ましい実施形態によれば、半導体装置構造は、０．１５Ω－ｍｍの接触抵抗を有してもよい。半導体装置構造の好ましい実施形態は、面内格子軸に沿って実質的にゼロのカットオフ角を有するＳｉＣ基板１０と、ＳｉＣ基板１０上に配置されたＧａＮ層２０と、ＧａＮ層２０上に配置されたＡＩＧａＮ層３０と、第１のＴｉ層６１と、第１のＴｉ層６１上に配置されたＡｌ層６２とを備えるオーミックコンタクト構造６０とを備える。第１のＴｉ層６１の底部が、ＧａＮ層およびＡＩＧａＮ層によって提供される２ＤＥＧチャネルレベルの約１０ｎｍ下に延在するように、オーミックコンタクト構造６０はＡＩＧａＮ層の凹部に配置されている。第１のＴｉ層６１は、約５５°の側壁角を有する傾斜側壁６１ａを備えており、この側壁角は、傾斜側壁６１ａのそれぞれとＡＩＧａＮ層３０の底部との間の角度θとして測定される。第１のＴｉ層６１の厚さは、約１～３ｎｍである。Ａｌ層６２の厚さは、第１のＴｉ層６１とＡｌ層６２との間の厚さ比を、Ｔｉ：Ａｌ＜１：１０００とする厚さである。ＧａＮ層の厚さは約２μｍである。ＡＩＧａＮ層の厚さは約２０ｎｍである。また、側壁角および第１のＴｉ層の厚さは、種々のＡＩＧａＮバリア厚さおよびＡｌ組成物に対して最適化される必要がある。

【0059】

半導体装置構造は、任意で、オーミックコンタクト構造６０のＡｌ層６２上に配置された第２のＴｉ層を備えてもよい。

【0060】

半導体装置構造１は、任意で、ＡＩＧａＮ層３０上に配置されたＳｉＮパッシベーション層４０を備えてもよい。

【0061】

図３は、凹部側壁角θの関数として接触抵抗を表す図である。ＡＩＧａＮバリア層を含む本明細書に記載の半導体装置構造のサンプル上で測定されたオーミック接触抵抗Ｒｃが、４３°未満の側壁角θについて、０．４ｏｈｍ－ｍｍを超えるオーミック接触抵抗Ｒｃを示している。より高い側壁角θ＞６５°では、オーミック接触抵抗Ｒｃは、約０．４ｏｈｍ－ｍｍ以下のままであることが分かる。０．４ｏｈｍ－ｍｍ以下のオーミック接触抵抗Ｒｃは、側壁角４５°≦θ≦７５°のときに達成される。０．２ｏｈｍ－ｍｍ以下のオーミック接触抵抗Ｒｃは、側壁角５０°≦θ≦６０°のときに達成される。側壁角４０°≦θ＜５０°および６０°≦θ＜７５°のにおける０．２ｏｈｍ－ｍｍのオーミック接触抵抗は、チャネル層および／またはバリア層の材料組成、それらの厚さ、および／または、オーミックコンタクト構造特性の調整によって提供されてもよい。

【0062】

図４は、本発明の一実施形態に係る半導体装置構造１の製造方法Ｓ０のフローチャートを示す。この方法Ｓ０は、基板１０を提供する工程Ｓ１と、基板１上にＩＩＩ族窒化物材料チャネル層２０を提供する工程Ｓ２と、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層２０上にＩＩＩ窒化物材料バリア層３０を提供する工程Ｓ３と、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層３０上に、または、任意に、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層３０上に設けられたパッシベーション層上に、フォトレジスト層５０を提供する工程Ｓ４と、フォトレジスト層のターゲット領域に光を照射して、ＩＩＩ族窒化物層を、または、もし提供されているのであればパッシベーション層を、露出させる工程Ｓ５と、ＩＩＩ族窒化物材料バリア層３０の凹部を、第１およびＩＩＩ族窒化物材料バリア層２０、３０によって提供される２ＤＥＧチャネルレベルを超える深さまでエッチングする工程Ｓ６とであって、前記エッチングは、ＩＩＩ族窒化物材料チャネル層３０の側壁が、側壁角４０°≦θ≦７５°となるように行われ、傾斜側壁のそれぞれとＩＩＩ族窒化物材料バリア層３０の底部との間の角度θとして測定される工程Ｓ６と、５００～７００℃の温度、好ましくは５５０～６００℃の温度で、凹部内における第１のＴｉ層６１およびＡｌ層６２を含むオーミックコンタクト構造６０をアニールする工程Ｓ７とを、備える。第１のＴｉ層６１は、第１のＴｉ層６１の厚さが５ｎｍ以下となるように傾斜堆積法により堆積され、Ａｌ層６２は、第１のＴｉ層とＡｌ層との厚さ比がＴｉ：Ａｌ＜１：１０００となる厚さで、第１のＴｉ層６１上に堆積される。

【0063】

０．２ｏｈｍ－ｍｍ以下の低オーミック接触抵抗の範囲内にある接触抵抗を有する半導体装置構造のサンプルを、以下の特定の工程（図３には、本ワーク（This work）として示す）によって作製した。この特定のサンプルを生成するために、エピ構造上にＳｉＮパッシベーション層４０（図１参照）を堆積して、半導体を周囲の空気／汚染物から保護し、表面の（２ＤＥＧ濃度を劣化させる）望ましくない負電荷を中和する。メサまたはイオン注入は、オーミックコンタクト構造のためのターゲット領域を画定するために実施された。そして、現像後のアンダーカット（図１参照）を有するフォトレジスト層５０が、使用された。次いで、構造体をドライエッチング処理して、フッ素系ガスを用いてＳｉＮパッシベーション層を開口させ、その後、塩素系ガスを用いて、エピ構造内に深い凹部を形成した。接触抵抗を低減できるようにするためには、２ＤＥＧを超える５～１５ｎｍのエッチング深さが好ましい。凹部領域の表面酸化物は、金属蒸着直前に、緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ：Buffered Oxide Etchant）、希釈ＨＦ、および、希釈ＨＣＩを含む湿式化学エッチングによって除去された。第１のＴｉ層の金属堆積は、凹部側壁上の金属の良好な被覆率を確保するために、１０度傾斜して行われた。第２金属層および第３金属層は、傾斜させずに堆積した。本実施形態の最終工程は、（フォトレジスト上の）望まない金属を、アセトン中において５０℃でリフトオフする。次いで、オーミックコンタクトを、ＡＩＧａＮバリアおよびオーミック金属の厚さに応じて、５５０～６００℃の好ましい温度で、１５～９０分間、急速熱プロセス（ＲＴＰ）システムによってアニールした。

【0064】

さらなる実施例によれば、半導体装置構造は、ＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板上に配置されたＧａＮ層２０とを備える。ＳｉＣ基板は、面内格子軸に沿って実質的にゼロのカットオフ角を有することが好ましい。半導体装置構造は、ＧａＮ層２０上に配置されたＡＩＧａＮ層３０をさらに備える。半導体装置構造は、オーミックコンタクト構造６０をさらに備える。オーミックコンタクト構造６０は、第１のＴｉ層６１と、第１のＴｉ層６１上に配置されたＡｌ層６２とを備える。オーミックコンタクト構造６０は、ＧａＮ層およびＡＩＧａＮ層によって提供される２ＤＥＧチャネルレベルの約１０ｎｍ下に、第１のＴｉ層６１の底部が延在するように、ＡＩＧａＮ層の凹部に設けられている。第１のＴｉ層６１は、それぞれの傾斜側壁６１ａとＡＩＧａＮ層３０の底部との間の角度θとして測定される、約５５°の側壁角を有する傾斜側壁６１ａを備える。第１のＴｉ層６１の厚さは、約２．５ｎｍである。Ａｌ層６２の厚さは、３５０ｎｍである。ＧａＮ層の厚さは、約２μｍである。ＡＩＧａＮ層の厚さは、約２０ｎｍである。

【0065】

約５５°の側壁角によって、２ＤＥＧは劣化しない。このため、余分な酸化工程が不要となる。

【0066】

オーミックコンタクト構造では、Ｔａの代わりにＴｉを用いることで、Ｓｉ－ＣＭＯＳ製造およびＩＩＩ－Ｖ製造に適している。また、電子ビーム熱蒸着を利用することにより、材料が設計されたオーミック領域を越えて堆積するリスクを低減し、さもなければ、ソース・ゲートおよびドレイン・ゲートを短絡するかもしれない（オーミックコンタクトは、ソースおよびドレインのパッドとして作用する）。

【0067】

一例として、アニール処理の間、ＴｉおよびＴａの両方がＮを抽出し、結果としてＴｉＮおよびＴａＮが形成される。ＴｉＮおよびＴａＮは、２ＤＥＧとオーミック金属との間の薄膜抵抗として考えられ、これは、オーミックコンタクトにとって欠点である。ＴｉＮは、両者の厚さが同じ場合に、ＴａＮよりも低抵抗である。本発明において、Ｔｉは、約５ｎｍ以下の厚さを有してもよく、その後、最大厚さ５ｎｍのＴｉＮをもたらすことができる。Ｔａ／ＡＩオーミックコンタクトと比較して、ＴａＮは、薄いＴａ層を提供することが困難であるため、１５ｎｍの最小厚さを有するであろう。したがって、本発明のＴｉ／ＡＩオーミックコンタクトは、Ｔａ／ＡＩオーミックコンタクトよりもはるかに低い接触抵抗を有するであろう。

【0068】

第１の層中のＴｉを用い、および、５ｎｍ未満の厚さを有することにより、低いオーミック接触抵抗を容易にする。この点では、２～３ｎｍの厚さが好ましい。

【0069】

また、第１のＴｉ層６１の底部がＧａＮ層とＡＩＧａＮ層とによって形成される２ＤＥＧチャネルレベルの約８ｎｍ下に延在するように、オーミックコンタクト構造をＡＩＧａＮ層の凹部に配置する。２ＤＥＧレベルより５～１５ｎｍ、好ましくは５～１２．５ｎｍ、最も好ましくは７．５～９．５ｎｍ下であることにより、低い接触抵抗が実現される。１５ｎｍを超える凹部は、側壁における金属の被覆不良による接触抵抗の低下を引き起こすことが見出されている。

【0070】

図面および明細書には、本発明の好ましい実施形態および実施例が開示されており、具体的な用語が採用されているが、それらは、限定の目的ではなく、汎用的かつ記述的な意味で使用される。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲に記載されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】