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JP5846779B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP5846779B2 JP2011145199A JP2011145199A JP5846779B2 JP 5846779 B2 JP5846779 B2 JP 5846779B2 JP 2011145199 A JP2011145199 A JP 2011145199A JP 2011145199 A JP2011145199 A JP 2011145199A JP 5846779 B2 JP5846779 B2 JP 5846779B2
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Description

本発明は、高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)、レーザーダイオードなどの半導体装置に関するものであり、特に窒化物半導体層を備える半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device such as a high electron mobility transistor (HEMT) and a laser diode, and more particularly to a semiconductor device including a nitride semiconductor layer and a manufacturing method thereof.

III族窒化物半導体を用いたHEMTを高出力かつ高周波で動作させるための重要な課題の一つは、ソース・ドレイン電極のコンタクト抵抗を十分に低下させることである。なぜなら、コンタクト抵抗が大きいと寄生抵抗が増大して、トランスコンダクタンスが低くなる結果、出力電圧、動作周波数が低下するからである。   One of the important issues for operating a HEMT using a group III nitride semiconductor at high output and high frequency is to sufficiently reduce the contact resistance of the source / drain electrodes. This is because if the contact resistance is large, the parasitic resistance increases and the transconductance decreases, resulting in a decrease in output voltage and operating frequency.

n型III族窒化物半導体層に対して良好なオーミックコンタクトを得る手段として、特許文献1には、SiドープGaN層上に、TiとAlが含まれる合金、またはTiとAlとが積層された複数の膜から電極を形成する方法が記載されている。   As means for obtaining a good ohmic contact with an n-type group III nitride semiconductor layer, Patent Document 1 discloses that an alloy containing Ti and Al, or Ti and Al are laminated on a Si-doped GaN layer. A method for forming an electrode from a plurality of films is described.

しかしながら、特許文献1に記載の方法のようにAlを含む電極を採用すれば接触抵抗を低くすることはできるが、形成工程におけるエッチングにより電極が損傷する。そこで、特許文献2では、Alの代わりにNbを主成分とする電極構造が提案されている。   However, if an electrode containing Al is employed as in the method described in Patent Document 1, the contact resistance can be lowered, but the electrode is damaged by etching in the forming process. Therefore, Patent Document 2 proposes an electrode structure mainly composed of Nb instead of Al.

特開平7−221103号公報JP-A-7-221103 特開2010−212406号公報JP 2010-212406 A

しかし、発明者は、調査の結果、特許文献2で提案された3層積層タイプのオーミック電極を形成した場合にも、エッチングにより電極が損傷を受ける可能性があることを見出した。そして、特許文献2の技術では、電極形成後に400〜700℃の温度で短時間の熱処理が実施されているものの、NbやPtなどの高融点金属の相互拡散が十分でないことが、異種金属界面における標準電極電位差に起因したガルバニック腐食や、金属層の腐食耐性が低い順の侵食が生じてしまう原因となるのではないかと、発明者は考えた。   However, as a result of investigation, the inventor has found that even when the three-layer stacked type ohmic electrode proposed in Patent Document 2 is formed, the electrode may be damaged by etching. In the technique of Patent Document 2, although the heat treatment is performed for a short time at a temperature of 400 to 700 ° C. after the electrode is formed, the mutual diffusion of refractory metals such as Nb and Pt is not sufficient. The inventor thought that this might cause galvanic corrosion due to the standard electrode potential difference in the case of, and erosion in the order of low corrosion resistance of the metal layer.

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、半導体装置においてオーミック特性を良好にし、かつ、酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を有することが可能な技術を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a technique capable of improving ohmic characteristics in a semiconductor device and having high resistance to acid / alkali corrosion. The purpose is to do.

本発明に係る半導体装置は、不純物が添加された不純物領域を有し、Al x Ga 1-x N(0≦x≦1)層、または、Al x In y Ga 1-x-y N(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)層からなる窒化物半導体層と、前記不純物領域上に順に積層された下地電極層及び主電極層を含み、前記窒化物半導体層とオーミックコンタクトする電極とを備える。前記主電極層は、前記窒化物半導体層に対して前記下地電極層よりも仕事関数が近いNbと、水素よりもイオン化傾向が小さいPtとからなる合金を主成分として含む。前記下地電極層は、前記主電極層よりも窒素との反応性が高い金属としてTi、Ta、Niのいずれかを主成分に含み、かつ、前記主電極層から拡散したNbを含む。

The semiconductor device according to the present invention, have a impurity region to which an impurity is added, Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) layer, or, Al x In y Ga 1- xy N (0 ≦ x a 1,0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) nitride ing from layer semiconductor layer, viewed including the underlying electrode layer and the main electrode layer which are sequentially stacked on the impurity region, the nitride semiconductor layer and the ohmic And an electrode to be contacted . The main electrode layer contains, as a main component, an alloy composed of Nb having a work function closer to that of the nitride semiconductor layer than the base electrode layer and Pt having a lower ionization tendency than hydrogen. The base electrode layer contains, as a main component, any one of Ti, Ta, and Ni as a metal having a higher reactivity with nitrogen than the main electrode layer, and Nb diffused from the main electrode layer .

本発明によれば、主電極層は、窒化物半導体層に対して下地電極層よりも仕事関数が近い第1金属を含み、下地電極層も第1金属を含んでいる。したがって、オーミック特性が良好な半導体装置を得ることができる。また、主電極層は、水素よりもイオン化傾向が小さい第2金属を、第1金属との合金として含んでいる。これにより、第1金属と第2金属との相互拡散を、これらを金属層として積層する従来構造よりも向上させることができるので、酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を有する半導体装置を得ることができる。   According to the present invention, the main electrode layer includes the first metal having a work function closer to the nitride semiconductor layer than the base electrode layer, and the base electrode layer also includes the first metal. Therefore, a semiconductor device with good ohmic characteristics can be obtained. The main electrode layer includes a second metal having a smaller ionization tendency than hydrogen as an alloy with the first metal. As a result, the interdiffusion between the first metal and the second metal can be improved as compared with the conventional structure in which these are laminated as a metal layer, so that a semiconductor device having high resistance to acid / alkali corrosion is obtained. Can do.

実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 不純物の注入有無に応じた通電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the electricity supply characteristic according to the injection | pouring presence or absence of an impurity. Si濃度と深さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Si density | concentration and depth. サンプルのコンタクト抵抗を示す図である。It is a figure which shows the contact resistance of a sample. 実施の形態2に係るHEMTの構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a configuration of a HEMT according to a second embodiment. FIG.

<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、n型不純物が注入(添加)された高濃度不純物領域(不純物領域)2を有する窒化物半導体層1と、高濃度不純物領域2上に設けられた複数の電極層を含む電極11とを備えている。なお、窒化物半導体層1は、図示しないSiC基板上に形成されているものとする。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. This semiconductor device includes a nitride semiconductor layer 1 having a high concentration impurity region (impurity region) 2 into which n-type impurities are implanted (added), and an electrode including a plurality of electrode layers provided on the high concentration impurity region 2 11. It is assumed that nitride semiconductor layer 1 is formed on a SiC substrate (not shown).

本実施の形態では、電極11下の窒化物半導体層1にn型不純物が注入されて高濃度不純物領域2が形成されている。詳細については後述するが、この高濃度不純物領域2でのキャリア濃度が増大していることから、電極11(オーミック電極)と窒化物半導体層1との接触領域におけるコンタクト抵抗を低減することが可能となっている。なお、本実施の形態では、高濃度不純物領域2のn型不純物はSiであるものとし、その不純物濃度は1×1019cm-3とする。 In the present embodiment, n-type impurities are implanted into nitride semiconductor layer 1 under electrode 11 to form high concentration impurity region 2. Although details will be described later, since the carrier concentration in the high-concentration impurity region 2 is increased, the contact resistance in the contact region between the electrode 11 (ohmic electrode) and the nitride semiconductor layer 1 can be reduced. It has become. In the present embodiment, the n-type impurity in the high-concentration impurity region 2 is Si, and the impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 .

図2は、AlGaNからなる窒化物半導体層1中にn型不純物としてSiを注入した場合の通電特性(白抜き四角の点)と、注入していない場合の通電特性(黒塗り丸の点)とを示すグラフである。横軸は印加電圧を示し、縦軸は半導体装置に流れる電流を示す。このグラフによると、Siを注入した場合には印加電圧の大きさに比例して電流値が増大しており、良好なオーミック性を確認できるが、Siを注入していない場合には印加電圧によらず、ほとんど電流が流れないことが分かる。本実施の形態では、上述のように窒化物半導体層1にSiが注入されて高濃度不純物領域2が形成されていることから、オーミック性が良好となっている。   FIG. 2 shows current-carrying characteristics when Si is implanted as an n-type impurity into the nitride semiconductor layer 1 made of AlGaN (open square points) and current-carrying characteristics when not implanted (black circle points). It is a graph which shows. The horizontal axis represents the applied voltage, and the vertical axis represents the current flowing through the semiconductor device. According to this graph, when Si is injected, the current value increases in proportion to the magnitude of the applied voltage, and a good ohmic property can be confirmed, but when Si is not injected, the applied voltage is Regardless, almost no current flows. In the present embodiment, Si is implanted into the nitride semiconductor layer 1 to form the high-concentration impurity region 2 as described above, so that the ohmic property is good.

次に、高濃度不純物領域2上に形成される電極11は、順に積層された下地電極層3、主電極層4及び保護電極層5を含んでいる。   Next, the electrode 11 formed on the high-concentration impurity region 2 includes a base electrode layer 3, a main electrode layer 4, and a protective electrode layer 5 that are sequentially stacked.

下地電極層3は、主電極層4よりも窒素との反応性が高い金属を主成分として含んでいる。したがって、窒化物半導体層1中の窒素と結合しやすくなっており、電極11と窒化物半導体層1との付着力が高くなっている。つまり、電極11が窒化物半導体層1から剥がれにくくなっている。なお、本実施の形態では、下地電極層3はTiを主成分として含んでおり、下地電極層3の膜厚は20nmであるものとする。また、この下地電極層3は、次に説明する第1金属も含んでいる。   The base electrode layer 3 contains a metal having a higher reactivity with nitrogen than the main electrode layer 4 as a main component. Therefore, it becomes easy to combine with nitrogen in the nitride semiconductor layer 1, and the adhesion between the electrode 11 and the nitride semiconductor layer 1 is increased. That is, the electrode 11 is difficult to peel off from the nitride semiconductor layer 1. In the present embodiment, the base electrode layer 3 contains Ti as a main component, and the base electrode layer 3 has a thickness of 20 nm. The base electrode layer 3 also contains a first metal described below.

主電極層4は、第1金属と第2金属とからなる合金を主成分として含んでいる。ここで、第1金属は、窒化物半導体層1に対して下地電極層3よりも仕事関数が近い(ここでは低い)金属である。第2金属は、例えば貴金属であり、水素よりもイオン化傾向が小さい金属である。詳細については後述するが、電極11は、このような主電極層4を含むことにより、低抵抗なオーミック性を有し、かつ腐食耐性が高いオーミック電極となっている。なお、本実施の形態では、第1金属及び第2金属はそれぞれNb及びPtであり、主電極層4の膜厚は50nmであるものとする。   The main electrode layer 4 contains an alloy composed of a first metal and a second metal as a main component. Here, the first metal is a metal whose work function is closer (lower in this case) than that of the base electrode layer 3 to the nitride semiconductor layer 1. The second metal is, for example, a noble metal and is a metal having a smaller ionization tendency than hydrogen. Although details will be described later, the electrode 11 includes such a main electrode layer 4, thereby having an ohmic electrode having low resistance and high corrosion resistance. In the present embodiment, the first metal and the second metal are Nb and Pt, respectively, and the main electrode layer 4 has a thickness of 50 nm.

保護電極層5は、水素よりもイオン化傾向が小さい金属(例えばSb,Bi,Cu,Ag,Pd,Au,Pt,Irのいずれか)を主成分として含んでおり、主電極層4における侵食を抑制している。本実施の形態では、保護電極層5の当該金属は第2金属と同じ金属(Pt)であり、保護電極層5の膜厚は55nmであるものとする。   The protective electrode layer 5 contains a metal (for example, any one of Sb, Bi, Cu, Ag, Pd, Au, Pt, and Ir) having a smaller ionization tendency than hydrogen as a main component, and erodes the main electrode layer 4. Suppressed. In the present embodiment, the metal of the protective electrode layer 5 is the same metal (Pt) as the second metal, and the thickness of the protective electrode layer 5 is 55 nm.

なお、本実施の形態では、主電極層4での腐食耐性を大きく高めるために、主電極層4上に保護電極層5を設けた構造としているが、保護電極層5を設けなかったとしても、主電極層4内の第2金属の作用により当該腐食耐性を高めることは可能である。しかしながら、長期間の酸・アルカリへの曝露による合金の粒界に沿った侵食を確実に抑制する、つまり主電極層4での耐腐食性を高める観点から、保護電極層5を設けることが好ましい。また、保護電極層5に含まれる金属は、主電極層4に含まれる貴金属と同一の金属である必要はないが、互いに異なる金属を用いた場合に生じる、標準電極電位差に起因したガルバニック腐食を抑制する観点から、特段の事情がない限り同一の金属を用いることが好ましい。   In the present embodiment, the protective electrode layer 5 is provided on the main electrode layer 4 in order to greatly enhance the corrosion resistance of the main electrode layer 4, but even if the protective electrode layer 5 is not provided. The corrosion resistance can be increased by the action of the second metal in the main electrode layer 4. However, it is preferable to provide the protective electrode layer 5 from the viewpoint of reliably suppressing erosion along the grain boundary of the alloy due to long-term exposure to acid / alkali, that is, enhancing the corrosion resistance of the main electrode layer 4. . In addition, the metal contained in the protective electrode layer 5 need not be the same metal as the noble metal contained in the main electrode layer 4, but the galvanic corrosion caused by the standard electrode potential difference caused when different metals are used. From the viewpoint of suppression, it is preferable to use the same metal unless there are special circumstances.

次に、以上のような半導体装置の構造をとれば、課題を解決することができることについて説明する。   Next, it will be described that the problem can be solved by taking the structure of the semiconductor device as described above.

第一に、窒化物半導体層1中に高濃度の不純物(n型不純物)が注入(添加)されたことによってオーミック性が良好となっている。ここで、一般的に、金属と半導体とを接合すると、熱平衡状態においてこれら二つの物質のフェルミ準位が一致しなければならないことから、理想的には金属の仕事関数と半導体の電子親和力の差分に相当するエネルギー障壁が、金属と半導体の界面に存在することになる。   First, the ohmic property is improved by implanting (adding) high-concentration impurities (n-type impurities) into the nitride semiconductor layer 1. Here, in general, when a metal and a semiconductor are joined, the Fermi levels of these two substances must match in a thermal equilibrium state, so ideally the difference between the work function of the metal and the electron affinity of the semiconductor. An energy barrier corresponding to is present at the interface between the metal and the semiconductor.

これに対し、本実施の形態では、上述のように窒化物半導体層1に不純物が添加されていることから、金属・半導体接触によるエネルギーバンドは変調を受けており、不純物が添加された電極11との界面近傍の伝導帯エネルギーは引き下げられている。その結果、上述のエネルギー障壁の高さは変わらないものの、その厚さが薄くなり、エネルギー障壁を電子がトンネルする確率を高めることができる。よって、コンタクト抵抗を低減することができる。   In contrast, in the present embodiment, since the impurity is added to the nitride semiconductor layer 1 as described above, the energy band due to the metal / semiconductor contact is modulated, and the electrode 11 to which the impurity is added is added. The conduction band energy near the interface is reduced. As a result, although the height of the above-described energy barrier does not change, the thickness is reduced, and the probability that electrons tunnel through the energy barrier can be increased. Therefore, contact resistance can be reduced.

第二に、下地電極層3は窒化物半導体層1中の窒素と結合し、窒化物を形成することによって電極11の安定化が図られている。つまり、窒化物半導体層1からの電極11の剥離の発生を抑制することができている。また、窒化物半導体層1において窒素が抜けたことにより発生した窒素空孔は、n型不純物として機能する。したがって上述のエネルギー障壁を薄くする効果も得られ、コンタクト抵抗を低減することも期待できる。なお、以上のような2つの効果が期待できる下地電極層3として例えばTi、Ta、Niがあるが、特に窒化物を形成しやすいTi、Taを用いて下地電極層3を形成すれば、優れた効果が期待できる。   Second, the base electrode layer 3 is combined with nitrogen in the nitride semiconductor layer 1 to stabilize the electrode 11 by forming a nitride. That is, the occurrence of peeling of the electrode 11 from the nitride semiconductor layer 1 can be suppressed. In addition, nitrogen vacancies generated by the elimination of nitrogen in nitride semiconductor layer 1 function as n-type impurities. Therefore, the effect of thinning the energy barrier described above can be obtained, and the contact resistance can be expected to be reduced. In addition, although there exist Ti, Ta, Ni as the base electrode layer 3 which can anticipate the above two effects, if the base electrode layer 3 is formed using Ti and Ta which are easy to form a nitride, it is excellent. Can be expected.

第三に、上述のような下地電極層3の選定は、窒化物形成を容易にして電極11の剥離を抑制することを主目的としており、コンタクト抵抗を低減することを主目的としていない。そこで、コンタクト抵抗を確実に低減するために主電極層4が構成されている。   Thirdly, the selection of the base electrode layer 3 as described above has a main purpose of facilitating the formation of nitrides and suppressing the peeling of the electrode 11, and does not have the main purpose of reducing the contact resistance. Therefore, the main electrode layer 4 is configured to reliably reduce the contact resistance.

具体的には、金属・半導体接触界面に存在するエネルギー障壁の高さは、上述したように、金属の仕事関数と半導体の電子親和力の差分に相当している。ここで、本実施の形態では、主電極層4が、仕事関数が窒化物半導体層1の電子親和力と近い金属を、第1金属として含んでおり、この第1金属が下地電極層3において窒化物半導体層1と接触するように拡散されている。したがって、本実施の形態によれば、エネルギー障壁の高さを低くすることができ、電子がエネルギー障壁を超えて移動する確率やトンネル確率を上昇させることができる。よって、コンタクト抵抗の低減が期待できる。ここで参考までに、金属の仕事関数及び半導体の電子親和力のデータを引用すると、Ti(4.33eV)、Ta(4.25eV)、Ni(5.15eV)、Al(4.28eV)、Nb(4.3eV)、GaN(4.1eV)、AlN(0.6eV)である。   Specifically, as described above, the height of the energy barrier existing at the metal / semiconductor contact interface corresponds to the difference between the work function of the metal and the electron affinity of the semiconductor. Here, in the present embodiment, the main electrode layer 4 includes a metal whose work function is close to the electron affinity of the nitride semiconductor layer 1 as the first metal, and the first metal is nitrided in the base electrode layer 3. It is diffused so as to be in contact with the physical semiconductor layer 1. Therefore, according to the present embodiment, the height of the energy barrier can be reduced, and the probability that electrons move beyond the energy barrier and the tunnel probability can be increased. Therefore, a reduction in contact resistance can be expected. For reference, the work function of a metal and the electron affinity data of a semiconductor are cited as follows: Ti (4.33 eV), Ta (4.25 eV), Ni (5.15 eV), Al (4.28 eV), Nb (4.3 eV), GaN (4.1 eV), and AlN (0.6 eV).

なお、第1金属が下地電極層3内を拡散して窒化物半導体層1と接触するためには、主電極層4の金属と、下地電極層3の金属とが相互拡散することが必要である。したがって、例えば、下地電極層3及び主電極層4の形成後に熱処理等の拡散を促進する処理を行うことが必須である。ここで、第1金属が窒化物半導体層1と接触し易くなるように下地電極層3の膜厚を薄くしすぎると、上述の窒素空孔が発生しにくくなるのでコンタクト抵抗が増大する。逆に、窒素空孔が発生し易くなるように下地電極層3を厚くしすぎると、当該相互拡散を十分に行うことができなくなるのでコンタクト抵抗が増大すると考えられる。したがって、下地電極層3の膜厚には、後述するように上限及び下限を設けることが望ましい。   In order for the first metal to diffuse in the base electrode layer 3 and come into contact with the nitride semiconductor layer 1, it is necessary for the metal of the main electrode layer 4 and the metal of the base electrode layer 3 to mutually diffuse. is there. Therefore, for example, it is essential to perform a treatment such as heat treatment after the formation of the base electrode layer 3 and the main electrode layer 4 to promote diffusion. Here, when the film thickness of the base electrode layer 3 is made too thin so that the first metal can easily come into contact with the nitride semiconductor layer 1, the above-described nitrogen vacancies are hardly generated, so that the contact resistance increases. Conversely, if the base electrode layer 3 is made too thick so that nitrogen vacancies are likely to be generated, the interdiffusion cannot be performed sufficiently, and the contact resistance is considered to increase. Therefore, it is desirable to provide an upper limit and a lower limit on the film thickness of the base electrode layer 3 as will be described later.

さて、仮に、窒化物半導体層1の電子親和力に近い仕事関数を有する第1金属のみを用いて主電極層4を形成した場合には、酸・アルカリに対する十分な腐食耐性を得ることは困難である。   Now, if the main electrode layer 4 is formed using only the first metal having a work function close to the electron affinity of the nitride semiconductor layer 1, it is difficult to obtain sufficient corrosion resistance against acid / alkali. is there.

そこで、第四として、本実施の形態では、主電極層4は、水素イオンよりもイオン化傾向を小さい金属、つまり化学的安定度が高い金属を第2金属として含んでいる。しかも、本実施の形態では、主電極層4は、このような第2金属を、第1金属との合金として含んでいる。これにより、第1金属と第2金属との相互拡散が、これらを金属層として積層する従来構造よりも向上させることができることから、酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を有することができる。なお、自然酸化による電極材料の変成に伴う酸・アルカリへの腐食耐性の劣化を確実に抑制するという観点から、第2金属には、AuやPtのように酸化しにくい貴金属が好ましい。   Therefore, fourthly, in the present embodiment, the main electrode layer 4 contains a metal having a smaller ionization tendency than hydrogen ions, that is, a metal having high chemical stability, as the second metal. Moreover, in the present embodiment, the main electrode layer 4 includes such a second metal as an alloy with the first metal. Thereby, since the interdiffusion between the first metal and the second metal can be improved as compared with the conventional structure in which these are laminated as a metal layer, it can have high resistance to corrosion by acid / alkali. In addition, from the viewpoint of surely suppressing deterioration of corrosion resistance to acids and alkalis due to the transformation of the electrode material due to natural oxidation, the second metal is preferably a noble metal that is difficult to oxidize, such as Au or Pt.

<製造工程>
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造工程について説明する。
<Manufacturing process>
Next, a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described.

<窒化物半導体層1及び高濃度不純物領域2の形成>
まず、SiC基板(図示せず)上に有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法により、n型のAlxGa1-xN(0≦x≦1)から成る1層以上の層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体層1を形成する。それから、Siイオンを、窒化物半導体層1に選択的に注入する。
<Formation of Nitride Semiconductor Layer 1 and High Concentration Impurity Region 2>
First, one or more layers of n-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) are formed on a SiC substrate (not shown) by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). These layers are epitaxially grown to form the nitride semiconductor layer 1. Then, Si ions are selectively implanted into the nitride semiconductor layer 1.

図3は、加速エネルギーを30〜200KeV、注入濃度を1×1015cm-2として、Siイオンを窒化物半導体層1に注入したときのSi濃度と、その深さとの関係を、モンテカルロ計算で求めたグラフである。この図3から、加速エネルギーを50KeVとし、注入濃度を1×1015cm-2として、Siイオンを上述の窒化物半導体層1に注入した場合には、窒化粒半導体層1の表面におけるSi濃度は1×1019cm-3以上になることが分かる。 FIG. 3 shows the relationship between the Si concentration and the depth when Si ions are implanted into the nitride semiconductor layer 1 with an acceleration energy of 30 to 200 KeV and an implantation concentration of 1 × 10 15 cm −2 by Monte Carlo calculation. It is the calculated | required graph. From FIG. 3, when the acceleration energy is 50 KeV, the implantation concentration is 1 × 10 15 cm −2 , and Si ions are implanted into the nitride semiconductor layer 1 described above, the Si concentration on the surface of the nitride semiconductor layer 1 Is 1 × 10 19 cm −3 or more.

上述の結果に基づき、本実施の形態では、加速エネルギーを50KeVとし、注入濃度を1×1015cm-2として、Siイオンを窒化物半導体層1に注入することにより、表面でのSi濃度が1×1019cm-3となる高濃度不純物領域2を形成する。ただし、高濃度不純物領域2の形成はこれに限ったものではなく、注入濃度を1×1015cm-2以上にすることにより、窒化物半導体層1表面におけるSi濃度を1×1019cm-3以上としてもよい。なお、Siイオンの注入を実施しなくても窒化物半導体層1から剥離しにくい電極11を形成することはできるが、本実施の形態では、図2に示したようにオーミック特性を良くするために当該注入を実施している。 Based on the above results, in this embodiment, the acceleration energy is 50 KeV, the implantation concentration is 1 × 10 15 cm −2 , and Si ions are implanted into the nitride semiconductor layer 1, so that the Si concentration on the surface is reduced. A high concentration impurity region 2 having a density of 1 × 10 19 cm −3 is formed. However, the formation of the high concentration impurity region 2 is not limited to this, and the Si concentration on the surface of the nitride semiconductor layer 1 is 1 × 10 19 cm by increasing the implantation concentration to 1 × 10 15 cm −2 or more. It may be 3 or more. Although it is possible to form the electrode 11 that does not easily peel from the nitride semiconductor layer 1 without performing Si ion implantation, in this embodiment, the ohmic characteristics are improved as shown in FIG. The injection is carried out.

その後、高濃度不純物領域2を有する窒化物半導体層1に対して、1100〜1200℃の温度により短時間の急速加熱(Rapid Thermal Annealing:RTA)処理を行う。   Thereafter, a rapid thermal annealing (RTA) process is performed on the nitride semiconductor layer 1 having the high concentration impurity region 2 at a temperature of 1100 to 1200 ° C. for a short time.

<電極11の形成>
次に、電極11を形成する。ここでは、電極11を形成する場所以外、つまり高濃度不純物領域2を形成した場所以外の窒化物半導体層1上にレジストパターン(図示せず)を形成する。そして、レジストパターンが形成されなかった窒化物半導体層1、及び、レジストパターンのそれぞれの上に、蒸着法などによって、下地電極層3、主電極層4、保護電極層5を順に積層した後、レジストパターンを除去する。つまり、本実施の形態では、リフトオフ法を用いて電極11を形成する。
<Formation of electrode 11>
Next, the electrode 11 is formed. Here, a resist pattern (not shown) is formed on the nitride semiconductor layer 1 other than where the electrode 11 is formed, that is, where the high-concentration impurity region 2 is formed. And after laminating | stacking the base electrode layer 3, the main electrode layer 4, and the protective electrode layer 5 in order by the vapor deposition method etc. on each of the nitride semiconductor layer 1 in which the resist pattern was not formed, and a resist pattern, The resist pattern is removed. That is, in this embodiment mode, the electrode 11 is formed using a lift-off method.

次に、下地電極層3、主電極層4、保護電極層5の形成について詳細に説明する。   Next, the formation of the base electrode layer 3, the main electrode layer 4, and the protective electrode layer 5 will be described in detail.

まず、主電極層4の金属よりも、窒素との結合を形成するエネルギーが低い金属を用いて、下地電極層3を形成する。その後、下地電極層3上に、上述の第1及び第2金属とからなる合金を用いて主電極層4を形成する。それから、主電極層4上に、水素よりもイオン化傾向が小さい金属を用いて、保護電極層5を形成する。   First, the base electrode layer 3 is formed using a metal whose energy for forming a bond with nitrogen is lower than that of the metal of the main electrode layer 4. Thereafter, the main electrode layer 4 is formed on the base electrode layer 3 using an alloy composed of the first and second metals described above. Then, the protective electrode layer 5 is formed on the main electrode layer 4 using a metal having a smaller ionization tendency than hydrogen.

ここで、主電極層4の形成には、第1及び第2金属が予め合金化されたターゲットを用いて蒸着法もしくはスパッタ法を行ってもよい。あるいは、主電極層4の形成には、第1及び第2金属をそれぞれ単体とするターゲットを同一るつぼ内に投入し、電子ビームにより溶融しつつ同時蒸着してもよい。ただし、後者の場合には、第1及び第2金属それぞれの融点及び熱伝導率の違いによって同時に蒸着されない可能性があることから、融点や熱伝導率が大幅に異ならない第1及び第2金属に対してのみ採用できると考えられる。   Here, the main electrode layer 4 may be formed by vapor deposition or sputtering using a target in which the first and second metals are pre-alloyed. Alternatively, the main electrode layer 4 may be formed by putting a target composed of the first and second metals alone into the same crucible and co-depositing while melting with an electron beam. However, in the latter case, since the first and second metals may not be deposited at the same time due to differences in the melting points and thermal conductivities of the first and second metals, the first and second metals whose melting points and thermal conductivities are not significantly different. It is thought that it can be adopted only for.

なお、本実施の形態では、下地電極層3、主電極層4、保護電極層5の厚さがそれぞれ20nm、50nm、55nmとなるように、つまり電極11の厚さが125nmとなるように形成する。これら電極層の厚さについては、後で詳細に説明する。   In the present embodiment, the base electrode layer 3, the main electrode layer 4, and the protective electrode layer 5 are formed to have thicknesses of 20 nm, 50 nm, and 55 nm, respectively, that is, the electrode 11 has a thickness of 125 nm. To do. The thickness of these electrode layers will be described later in detail.

<電極11の合金化>
その後、主電極層4から下地電極層3への第1金属の拡散を含む、下地電極層3及び主電極層4の各種金属の相互拡散を促進する工程として、窒素雰囲気中にて650〜1000℃の温度で短時間のRTA処理を行う。
<Alloying electrode 11>
Then, as a process of promoting the mutual diffusion of various metals in the base electrode layer 3 and the main electrode layer 4 including the diffusion of the first metal from the main electrode layer 4 to the base electrode layer 3, it is performed at 650 to 1000 in a nitrogen atmosphere. Perform a short RTA treatment at a temperature of ° C.

なお、ここではRTAの温度上限として1000℃としているが、金属の熱拡散の向上のみを考慮するのであれば、電極11を構成する金属元素の融点以下の温度のうち、なるべく高い温度であることが好ましい。しかし、窒化物半導体の成長温度に近い1000℃を超える温度では、窒化物半導体層1の分解が生じる恐れがあることも考慮すべきであることから、ここでのRTAは、1000℃以下の温度に留めておくべきである。   Here, the upper limit of the temperature of RTA is set to 1000 ° C. However, if only the improvement of metal thermal diffusion is considered, it should be as high as possible among the temperatures below the melting point of the metal element constituting electrode 11. Is preferred. However, since it should be considered that the nitride semiconductor layer 1 may be decomposed at a temperature exceeding 1000 ° C., which is close to the growth temperature of the nitride semiconductor, RTA here is a temperature of 1000 ° C. or less. Should be kept in.

さて、RTAによる相互拡散の結果、主電極層4の合金中の第1金属(ここではNb)が、下地電極層3内において窒化物半導体層1と接触する。本実施の形態では、第1金属は、金属の窒化物である下地電極層3よりも仕事関数が窒化物半導体層1に近いことから、電極11と窒化物半導体層1との間のエネルギー障壁の高さを下げることができ、コンタクト抵抗が低い電極11を得ることができる。また、これとは別に、本実施の形態では、窒化物半導体層1は不純物としてSiを含み、その不純物濃度は1×1019cm-3以上としていることから、電極11と窒化物半導体層1との間のエネルギー障壁を薄くすることができる。このことはコンタクト抵抗が低い電極11を得る上で有効に働く。 As a result of interdiffusion by RTA, the first metal (Nb in this case) in the alloy of the main electrode layer 4 comes into contact with the nitride semiconductor layer 1 in the base electrode layer 3. In the present embodiment, since the first metal has a work function closer to that of the nitride semiconductor layer 1 than that of the base electrode layer 3 that is a metal nitride, an energy barrier between the electrode 11 and the nitride semiconductor layer 1 is used. The electrode 11 having a low contact resistance can be obtained. Separately from this, in the present embodiment, the nitride semiconductor layer 1 contains Si as an impurity, and the impurity concentration is set to 1 × 10 19 cm −3 or more. Therefore, the electrode 11 and the nitride semiconductor layer 1 The energy barrier between the two can be reduced. This works effectively in obtaining the electrode 11 with low contact resistance.

以上のように、本実施の形態では、窒化物半導体層1が不純物としてSiを1×1019cm-3以上含んでおり、また、窒化物半導体層1に対して仕事関数が近い第1金属を下地電極層3及び主電極層4が含んでいることから、これらによる相乗効果が得られる。したがって、本実施の形態では、コンタクト抵抗が比較的大きく低減された電極11を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, nitride semiconductor layer 1 contains Si as an impurity in an amount of 1 × 10 19 cm −3 or more, and the first metal has a work function close to that of nitride semiconductor layer 1. Since the base electrode layer 3 and the main electrode layer 4 contain the synergistic effect by these. Therefore, in the present embodiment, it is possible to obtain the electrode 11 in which the contact resistance is relatively greatly reduced.

<下地電極層3の厚さ>
以上により、本実施の形態に係る半導体装置を製造することができる。なお、以上の説明では、下地電極層3、主電極層4及び保護電極層5の厚さを、それぞれ20nm、50nm及び55nmとしたが、必ずしもこの厚さである必要はない。ただし、既に述べたように、本実施の形態では、窒素空孔を発生させることによってオーミック特性を改善するとともに、主電極層4に含まれる第1金属を拡散させて窒化物半導体層1と接触させることによってオーミック特性を改善することから、下地電極層3の膜厚には上限及び下限があると予測される。
<Thickness of base electrode layer 3>
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment can be manufactured. In the above description, the thicknesses of the base electrode layer 3, the main electrode layer 4, and the protective electrode layer 5 are 20 nm, 50 nm, and 55 nm, respectively. However, the thicknesses are not necessarily required. However, as already described, in this embodiment, the ohmic characteristics are improved by generating nitrogen vacancies, and the first metal contained in the main electrode layer 4 is diffused to contact the nitride semiconductor layer 1. Therefore, it is expected that the film thickness of the base electrode layer 3 has an upper limit and a lower limit.

そこで、まず、膜厚の下限を調べるために、下地電極層3の膜厚を変えて評価を実施した。具体的には、NbとPtの合金からなる主電極層4の膜厚は50nmに揃えて一定とし、Tiからなる下地電極層3を10nm,15nm,20nm,25nmの膜厚でそれぞれ形成し、それに伴いPtからなる保護電極層5を65nm,60nm,55nm,50nmの膜厚でそれぞれ形成した。つまり、電極11の厚さの合計は125nmに揃えて一定として、サンプルを作成した。そして、下地電極層3及び保護電極層5の厚さが異なるこれらサンプルについて、コンタクト抵抗(接触抵抗)ρcをTLM(Transfer Length Method)法により求めた。 Therefore, first, in order to examine the lower limit of the film thickness, evaluation was performed by changing the film thickness of the base electrode layer 3. Specifically, the film thickness of the main electrode layer 4 made of an alloy of Nb and Pt is made constant at 50 nm, and the base electrode layer 3 made of Ti is formed with a film thickness of 10 nm, 15 nm, 20 nm, and 25 nm, respectively. Along with this, protective electrode layers 5 made of Pt were formed with film thicknesses of 65 nm, 60 nm, 55 nm, and 50 nm, respectively. That is, the sample was prepared by keeping the total thickness of the electrodes 11 constant at 125 nm. And about these samples from which the thickness of the base electrode layer 3 and the protective electrode layer 5 differs, contact resistance (contact resistance) (rho) c was calculated | required by TLM (Transfer Length Method) method.

図4は、そのときの結果を示す図である。横軸はTi(下地電極層3)の膜厚を示し、横軸はコンタクト抵抗を示す。これによるとTi膜厚が15nm以下になるとコンタクト抵抗が急激に増大する傾向がある。したがって、下地電極層3の厚さは15nm以上であることが好ましいことが分かる。   FIG. 4 is a diagram showing the results at that time. The horizontal axis indicates the film thickness of Ti (base electrode layer 3), and the horizontal axis indicates the contact resistance. According to this, when the Ti film thickness is 15 nm or less, the contact resistance tends to increase rapidly. Therefore, it can be seen that the thickness of the base electrode layer 3 is preferably 15 nm or more.

次に、下地電極層3の厚さの上限について説明する。下地電極層3の効果は、窒化物半導体層1中の窒素と結合することにより、電極11の当該窒化物半導体層への密着性を高める点にあり、接触抵抗を低減できるように仕事関数やウェットエッチング耐性については着目していない。ここで、下地電極層3をあまりに厚く形成してしまうと、主電極層4の第1金属が拡散して窒化物半導体層1に接触することが妨げられ、コンタクト抵抗を低減することができなくなる。そればかりか、課題である電極11での酸・アルカリに対する腐食耐性を欠く結果となる。経験的には、下地電極層3は、その膜厚が図4の最大値である25nm以下となるように形成すれば、オーミック特性が良好となるとともに、ウェットエッチングなどのエッチング耐性が良好となる。   Next, the upper limit of the thickness of the base electrode layer 3 will be described. The effect of the base electrode layer 3 is to improve the adhesion of the electrode 11 to the nitride semiconductor layer by bonding with nitrogen in the nitride semiconductor layer 1. No attention is paid to wet etching resistance. Here, if the base electrode layer 3 is formed too thick, the first metal of the main electrode layer 4 is prevented from diffusing and coming into contact with the nitride semiconductor layer 1, and the contact resistance cannot be reduced. . Not only that, the result is a lack of corrosion resistance to acid and alkali at the electrode 11 which is a problem. Empirically, if the base electrode layer 3 is formed so that its film thickness is 25 nm or less, which is the maximum value in FIG. 4, ohmic characteristics are good and etching resistance such as wet etching is good. .

以上をまとめると、下地電極層3は15nm〜25nmの範囲で形成することが望ましい。これにより、窒化物半導体層1と高い密着性を有するとともに、オーミック特性が良好な電極11を得ることができる。   In summary, the base electrode layer 3 is desirably formed in a range of 15 nm to 25 nm. Thereby, it is possible to obtain the electrode 11 having high adhesion with the nitride semiconductor layer 1 and having good ohmic characteristics.

<効果>
本実施の形態では、主電極層4は、窒化物半導体層1に対して下地電極層3よりも仕事関数が近い第1金属(ここではNb)を含み、下地電極層3も第1金属(ここでは拡散された第1金属)を含んでいる。したがって、コンタクト抵抗が低い、つまりオーミック特性が良好な半導体装置を得ることができる。また、主電極層4は、水素よりもイオン化傾向が小さい第2金属(ここではPt)を、第1金属との合金として含んでいる。これにより、第1金属と第2金属との相互拡散を、これらを金属層として積層する従来構造よりも向上させることができるので、酸・アルカリによる腐食に対し高い耐性を有する半導体装置を得ることができる。また、下地電極層3は、主電極層4よりも窒素との反応性が高い金属を含んでいることから、電極11の窒化物半導体層1からの剥離の発生を低減することができる。
<Effect>
In the present embodiment, the main electrode layer 4 includes a first metal (Nb in this case) having a work function closer to that of the nitride semiconductor layer 1 than that of the base electrode layer 3, and the base electrode layer 3 also includes the first metal ( Here, the first metal diffused) is included. Therefore, a semiconductor device with low contact resistance, that is, good ohmic characteristics can be obtained. Further, the main electrode layer 4 contains a second metal (here, Pt) having a smaller ionization tendency than hydrogen as an alloy with the first metal. As a result, the interdiffusion between the first metal and the second metal can be improved as compared with the conventional structure in which these are laminated as a metal layer, so that a semiconductor device having high resistance to acid / alkali corrosion is obtained. Can do. In addition, since the base electrode layer 3 contains a metal that is more reactive with nitrogen than the main electrode layer 4, the occurrence of peeling of the electrode 11 from the nitride semiconductor layer 1 can be reduced.

また、本実施の形態では、主電極層4上に保護電極層5が設けられている。したがって、主電極層4の酸化を防ぐことができることから、酸・アルカリによる腐食に対する耐性を高めることができる。また、ドライエッチングなどのエッチング耐性を確保する効果も期待できる。   In the present embodiment, the protective electrode layer 5 is provided on the main electrode layer 4. Therefore, since the oxidation of the main electrode layer 4 can be prevented, resistance to corrosion by acid / alkali can be enhanced. In addition, an effect of ensuring etching resistance such as dry etching can be expected.

また、本実施の形態では、主電極層4から下地電極層3への第1金属の拡散を促進するためのRTA処理が電極11に施されている。したがって、オーミック特性をより良好にすることができる。また、第2金属の拡散も期待することができ、ウェットエッチングなどのエッチング耐性を確保する効果も期待できる。   In the present embodiment, the electrode 11 is subjected to RTA treatment for promoting the diffusion of the first metal from the main electrode layer 4 to the base electrode layer 3. Therefore, the ohmic characteristics can be improved. Further, diffusion of the second metal can be expected, and an effect of ensuring etching resistance such as wet etching can be expected.

また、本実施の形態では、高濃度不純物領域2の不純物はSiであり、その不純物濃度は1×1019cm-3以上である。したがって、オーミック特性をより良好にすることができる。 In the present embodiment, the impurity in the high concentration impurity region 2 is Si, and the impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more. Therefore, the ohmic characteristics can be improved.

また、本実施の形態では、下地電極層3は、Tiを主成分としている。これにより、電極11の窒化物半導体層1への良好な密着性と、オーミック特性の良化とを両立することができる。なお、下地電極層3としては、これらを両立できるものであればTiを主成分としなくてもよく、例えばTaやNiを主成分としてもよい。すなわち、下地電極層3は、Ti、Ta、Niのいずれかを主成分とすればよい。   In the present embodiment, the base electrode layer 3 is mainly composed of Ti. Thereby, it is possible to achieve both good adhesion of the electrode 11 to the nitride semiconductor layer 1 and improvement of ohmic characteristics. Note that the base electrode layer 3 does not have to contain Ti as a main component as long as both of these can be achieved. For example, Ta or Ni may be used as a main component. That is, the base electrode layer 3 may be composed mainly of any one of Ti, Ta, and Ni.

また、本実施の形態では、下地電極層3の厚さは15nm以上である。これにより、オーミック特性をより良好にすることができる。   In the present embodiment, the base electrode layer 3 has a thickness of 15 nm or more. Thereby, an ohmic characteristic can be made more favorable.

また、本実施の形態では、窒化物半導体層1は、AlxGa1-xN(0≦x≦1)層から成る1層以上の層であるが、窒化物半導体層1は、AlxGa1-xN(0≦x≦1)層に限ったものではなく、他の結晶の層、例えば、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)層を含んでもよい。この場合であっても、上述と同様の半導体装置を得ることができる。 Further, in the present embodiment, the nitride semiconductor layer 1, Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) is a one layer or more layers of layer, the nitride semiconductor layer 1, Al x The layer is not limited to the Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) layer, but other crystal layers such as Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) layer may be included. Even in this case, a semiconductor device similar to that described above can be obtained.

以上の説明では、窒化物半導体層1はMOCVD法で形成するとしたが、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法などのほかのエピタキシャル成長法を用いて形成してもよい。また、窒化物半導体層1が形成される基板はSiCであるとしたが、GaN基板、AlN基板、Si基板、サファイア基板であっても上述と同様の効果を得ることができる。   In the above description, the nitride semiconductor layer 1 is formed by the MOCVD method, but may be formed by using another epitaxial growth method such as an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method. Although the substrate on which the nitride semiconductor layer 1 is formed is SiC, the same effect as described above can be obtained even if it is a GaN substrate, AlN substrate, Si substrate, or sapphire substrate.

<実施の形態2>
図5は、本発明の実施の形態2に係るHEMTの構造を模式的に示す断面図である。なお、以下、本実施の形態に係るHEMTについての説明において、実施の形態1で説明した構成要素と類似するものについては同じ符号を付して説明を省略する。
<Embodiment 2>
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the HEMT according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, in the description of the HEMT according to the present embodiment, components similar to those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施の形態に係るHEMTは、基板21と、基板21の上に順に形成されたバッファ層22、チャネル層23、上述の窒化物半導体層1に対応するバリア層24と、上述の電極11に対応するソース・ドレイン電極25と、ソース・ドレイン電極25の間に設けられたゲート電極26とを備えている。なお、ここでは、Siを不純物とし、不純物濃度が1×1019cm-3である高濃度不純物領域2が、バリア層24の表面からチャネル層23にかけて設けられている。 The HEMT according to the present embodiment includes a substrate 21, a buffer layer 22 formed on the substrate 21 in order, a channel layer 23, a barrier layer 24 corresponding to the above-described nitride semiconductor layer 1, and the above-described electrode 11. A corresponding source / drain electrode 25 and a gate electrode 26 provided between the source / drain electrodes 25 are provided. Here, high-concentration impurity regions 2 having Si as an impurity and an impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 are provided from the surface of the barrier layer 24 to the channel layer 23.

<製造工程>
次に、本実施の形態に係るHEMTの製造工程について説明する。まず、基板21上に、バッファ層22、チャネル層23、及び、バリア層24を順に形成する。その次に、ソース・ドレイン電極25が形成される領域にのみ、実施の形態1と同様の方法により、加速エネルギーを50KeVとし、注入濃度を1×1015cm-2として、Siイオンをチャネル層23及びバリア層24に注入することにより、高濃度不純物領域2を形成する。
<Manufacturing process>
Next, a process for manufacturing the HEMT according to the present embodiment will be described. First, the buffer layer 22, the channel layer 23, and the barrier layer 24 are formed in this order on the substrate 21. Next, only in the region where the source / drain electrode 25 is formed, the acceleration energy is set to 50 KeV, the implantation concentration is set to 1 × 10 15 cm −2 , and Si ions are channeled by the same method as in the first embodiment. 23 and the barrier layer 24 are implanted to form the high concentration impurity region 2.

次に、実施の形態1と同様の方法により、ソース・ドレイン電極25を形成する場所以外、つまり高濃度不純物領域2を形成した場所以外のバリア層24上にレジストパターン(図示せず)を形成する。そして、レジストパターンが形成されなかったバリア層24、及び、レジストパターンのそれぞれの上に、下地電極層3、主電極層4及び保護電極層5をこの順に積層した後、レジストパターンを除去する。つまり、本実施の形態では、リフトオフ法を用いてソース・ドレイン電極25を形成する。ゲート電極26も同様にリフトオフ法により形成する。   Next, a resist pattern (not shown) is formed on the barrier layer 24 other than the place where the source / drain electrode 25 is formed, that is, the place where the high-concentration impurity region 2 is formed, by the same method as in the first embodiment. To do. And after laminating | stacking the base electrode layer 3, the main electrode layer 4, and the protective electrode layer 5 in this order on each of the barrier layer 24 and the resist pattern in which the resist pattern was not formed, the resist pattern is removed. That is, in the present embodiment, the source / drain electrodes 25 are formed using a lift-off method. Similarly, the gate electrode 26 is formed by a lift-off method.

以上により構成されたHEMTは、実施の形態1と同様、ソース・ドレイン電極25のコンタクト抵抗値が低減される。したがって、高電圧・高周波で動作可能なHEMTを得ることができる。   In the HEMT configured as described above, the contact resistance value of the source / drain electrode 25 is reduced as in the first embodiment. Therefore, a HEMT that can operate at a high voltage and a high frequency can be obtained.

なお、以上の説明ではプレーナ型のトランジスタに適用した場合について言及したが、選択エッチングや選択成長により形成されるゲートリセス構造に適用した場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。   In the above description, the case where the present invention is applied to a planar transistor has been described. However, the same effect as that of this embodiment can be obtained also when applied to a gate recess structure formed by selective etching or selective growth. .

1 窒化物半導体層、2 高濃度不純物領域、3 下地電極層、4 主電極層、5 保護電極層、11 電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nitride semiconductor layer, 2 high concentration impurity area | region, 3 base electrode layer, 4 main electrode layer, 5 protective electrode layer, 11 electrodes.

Claims (9)

不純物が添加された不純物領域を有し、AlxGa1-xN(0≦x≦1)層、または、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)層からなる窒化物半導体層と、
前記不純物領域上に順に積層された下地電極層及び主電極層を含み、前記窒化物半導体層とオーミックコンタクトする電極とを備え、
前記主電極層は、前記窒化物半導体層に対して前記下地電極層よりも仕事関数が近いNbと、水素よりもイオン化傾向が小さいPtとからなる合金を主成分として含み、
前記下地電極層は、前記主電極層よりも窒素との反応性が高い金属としてTi、Ta、Niのいずれかを主成分に含み、かつ、前記主電極層から拡散したNbを含む、半導体装置。
It has an impurity region to which an impurity is added, and an Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) layer or Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) , X + y ≦ 1) nitride semiconductor layer,
Including a base electrode layer and a main electrode layer sequentially stacked on the impurity region, and an electrode in ohmic contact with the nitride semiconductor layer;
The main electrode layer includes, as a main component, an alloy composed of Nb having a work function closer to the nitride semiconductor layer than the base electrode layer and Pt having a lower ionization tendency than hydrogen,
The base electrode layer includes, as a main component, any one of Ti, Ta, and Ni as a metal having higher reactivity with nitrogen than the main electrode layer, and Nb diffused from the main electrode layer. .
請求項1に記載の半導体装置であって、
前記電極は、
前記主電極層上に設けられ、水素よりもイオン化傾向が小さいPtを主成分として含む保護電極層をさらに含む、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The electrode is
A semiconductor device further comprising a protective electrode layer provided on the main electrode layer and containing Pt as a main component, which has a smaller ionization tendency than hydrogen.
請求項1または請求項2に記載の半導体装置であって、
前記不純物領域の前記不純物はSiであり、その不純物濃度は1×10 19 cm -3 以上である、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein
Wherein the impurity of the impurity region is Si, an impurity concentration Ru der 1 × 10 19 cm -3 or more, the semiconductor device.
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記下地電極層の厚さは15nm以上である、半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device, wherein the base electrode layer has a thickness of 15 nm or more.
(a)Al x Ga 1-x N(0≦x≦1)層、または、Al x In y Ga 1-x-y N(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)層からなる窒化物半導体層に不純物を注入して不純物領域を形成する工程と
(b)前記不純物領域上に下地電極層及び主電極層を順に積層して、前記窒化物半導体層とオーミックコンタクトする電極を形成する工程とを備え、
前記工程(b)は、
(b−1)前記不純物領域上に、前記主電極層よりも窒素との反応性が高い金属としてTi、Ta、Niのいずれかを主成分に含む前記下地電極層を形成する工程と、
(b−2)前記下地電極層上に、前記窒化物半導体層に対して前記下地電極層よりも仕事関数が近いNbと、水素よりもイオン化傾向が小さいPtとからなる合金を用いて前記主電極層を形成する工程とを含み、
(c)前記工程(b)後に、前記主電極層から前記下地電極層へのNbの拡散を促進する工程をさらに備える、半導体装置の製造方法
(A) An Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) layer or an Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1) layer Forming an impurity region by implanting impurities into the nitride semiconductor layer;
(B) a step of sequentially laminating a base electrode layer and a main electrode layer on the impurity region to form an electrode in ohmic contact with the nitride semiconductor layer;
The step (b)
(B-1) forming the base electrode layer containing, as a main component, any one of Ti, Ta, and Ni as a metal having higher reactivity with nitrogen than the main electrode layer on the impurity region;
(B-2) On the base electrode layer, using the alloy composed of Nb having a work function closer to the nitride semiconductor layer than the base electrode layer and Pt having a lower ionization tendency than hydrogen, Forming an electrode layer,
After (c) said step (b), further Ru comprising the step of promoting the diffusion of Nb into the underlying electrode layer from the main electrode layer, a method of manufacturing a semiconductor device.
請求項5に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記工程(c)において、
窒素雰囲気中にて650℃以上1000℃以下の温度により、前記拡散を促進するためのRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を前記電極に施す、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5,
In the step (c),
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an RTA (Rapid Thermal Annealing) process for promoting the diffusion is performed on the electrode at a temperature of 650 ° C. to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere .
請求項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記工程(a)において、
Siイオンを1×1015cm-2以上の注入濃度で前記窒化物半導体層に注入することにより、不純物濃度が1×1019cm-3以上の領域を前記不純物領域として形成し、
前記工程(c)において、
窒素雰囲気中にて650℃以上1000℃以下の温度により、前記拡散を促進するためのRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を前記電極に施す、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 ,
In the step (a),
A region having an impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more is formed as the impurity region by implanting Si ions into the nitride semiconductor layer at an implantation concentration of 1 × 10 15 cm −2 or more.
In the step (c),
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an RTA (Rapid Thermal Annealing) process for promoting the diffusion is performed on the electrode at a temperature of 650 ° C. to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere.
請求項5乃至請求項7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記工程(b)は、
前記主電極層上に、水素よりもイオン化傾向が小さいPtを用いて保護電極層を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 5 to 7,
The step (b)
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a protective electrode layer on the main electrode layer using Pt having a smaller ionization tendency than hydrogen.
請求項乃至請求項8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記工程(b)において、
15nm以上の厚さを有する前記下地電極層を形成する、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 5 to 8,
In the step (b),
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming the base electrode layer having a thickness of 15 nm or more.
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