WO2005057641A1 - 電極、その製造方法およびそれを用いた半導体素子 - Google Patents

電極、その製造方法およびそれを用いた半導体素子 Download PDF

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Tatsuo Nakayama
Hironobu Miyamoto
Yuji Ando
Takashi Inoue
Yasuhiro Okamoto
Masaaki Kuzuhara
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Nec Corporation
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    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • Electrode method of manufacturing the same, and semiconductor device using the same
  • the present invention relates to an electrode, a method for manufacturing the same, and a semiconductor device using the same.
  • HJFET Heterojunction Field Effect Transistor
  • AlGaNZGaN structure AlGaNZGaN structure
  • TiZAl structure for example, see Patent Document 1.
  • Patent Document 1 JP-A-7-248204
  • Non-Patent Document 1 Kumar et al., Journal of Applied Physics, Vol. 92, No. 3, p. 1712
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has as its object to provide a technique capable of obtaining a! / ⁇ electrode having a low surface roughness while realizing a low contact resistance.
  • the present invention has a first metal layer and a second metal layer laminated on a semiconductor film formed on a substrate in this order from the side of the semiconductor film.
  • the melting point of the eutectic alloy of the material and the second metal material forming the second metal film is higher than the heat treatment temperature, and the second metal material alloys with A1 at a temperature lower than the melting point of A1.
  • the present invention further provides a method for manufacturing an electrode formed on a semiconductor film, wherein a step of forming a first metal film and a step of forming a second metal film on the semiconductor film, Performing a heat treatment on the first metal film and the first metal film at a temperature higher than the melting point of A1 by 40 ° C. or more, wherein the eutectic of the first metal film and the second metal film is provided.
  • An electrode manufacturing method wherein the melting point of the alloy is higher than the temperature of the step of performing the heat treatment, and the second metal material does not alloy with A1 at a temperature equal to or lower than the melting point of A1.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional structural view showing one embodiment of an electrode provided by the present invention.
  • FIG. 2 is a partial sectional structural view showing one embodiment of an electrode provided by the present invention.
  • FIG. 3 is a partial sectional structural view showing one embodiment of an electrode provided by the present invention.
  • FIG. 4 is a partial sectional structural view showing an embodiment of an electrode provided by the present invention.
  • FIG. 5 is a partial sectional structural view showing one embodiment of a semiconductor device provided by the present invention.
  • ⁇ 6 The ratio of the surface of the electrode provided by the prior art to the surface of the electrode provided by the present invention is one ratio.
  • FIG. 5 is a photograph taken by an optical microscope for comparison.
  • FIG. 7 is a phase diagram of a binary alloy of Fe—A1.
  • FIG. 8 is a phase diagram of a binary alloy of Nb—A1.
  • FIG. 9 is a phase diagram of a binary alloy of A1—Mo.
  • the present inventor reacted with A1 in which Mo, which caused Mo causing the surface of an electrode having a TiZAlZMoZAu structure disclosed in Non-Patent Document 1, to be roughened, was melted. Forming a eutectic alloy, forming a first metal film on the semiconductor film, further forming a second metal film, and then forming the first metal film on the first metal film.
  • the present invention has a first metal layer and a second metal layer sequentially laminated on a semiconductor film formed on a substrate from the side of the semiconductor film, and at least the first metal layer and the second metal layer An electrode that comes into ohmic contact with the semiconductor film by heat-treating the metal layer.
  • the first metal material that forms the first metal layer also has an A1 force
  • the second metal that forms the first metal material and the second metal film An electrode characterized in that the melting point of the eutectic alloy with the material is higher than the temperature at which the heat treatment is performed and is equal to or higher than the melting temperature of the starting temperature force A1 for alloying the second metal material with A1. .
  • the temperature at which alloying of the second metal material and A1 is started is more preferably equal to or higher than the heat treatment temperature.
  • the starting temperature of alloying of A1 and the second metal material is preferably equal to or higher than the melting point of A1.
  • the starting temperature of alloying of the second metal material with A1 is higher than the heat treatment temperature. It is even better.
  • the reason for this is that in the case of a combination of Ti and A1, the melting point of the eutectic alloy of Ti and A1 is as high as 1400 ° C, but a force of about 300 ° C lower than the melting point of A1 is also alloyed. Tend. Such a metal material in which A1 does not melt and solid solution or eutectic formation starts and proceeds at a relatively low temperature is not suitable as the second metal material of the present invention.
  • the alloying start temperature is more preferably higher than the heat treatment temperature, which is preferably equal to or higher than the melting point of A1.
  • the second metal layer is at least one selected from the group consisting of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta and Zr. Formed from top metal !, preferably!
  • the first metal layer is easy to form an ohmic contact with the semiconductor film, has a relatively low melting point, and is usually made of a metal.
  • a metal that hardly forms an eutectic alloy with A1 even at a heat treatment temperature equal to or higher than the melting point of A1, that is, a eutectic alloy with A1 having the highest A1 composition is formed on the upper surface of the first metal made of A1. Since the second metal layer having a temperature higher than that of the heat treatment temperature is formed, the first metal layer and the second metal layer hardly form solid solution or eutectic during the heat treatment. As a result, even if a low contact resistance is realized by using a high heat treatment temperature, an effect that an electrode having a very flat surface shape can be realized can be achieved.
  • a semiconductor device including a semiconductor film and an electrode provided on the semiconductor film, wherein the electrode is the above-described electrode. Provided.
  • the semiconductor element is provided with the electrode having the above configuration, the electrode having a very flat surface shape while realizing low contact resistance by the same operation as above As a result, there is an effect that a semiconductor element having a fine electrode pattern can be manufactured with higher accuracy.
  • FIG. 1 is a sectional structural view showing an example of the electrode provided by the present embodiment.
  • the electrode provided by the present embodiment is obtained, for example, by forming a first metal film 102 and a second metal film 103 on a group III nitride semiconductor film 101 and patterning the film by, for example, a lift-off method. After forming, it can be formed by performing a heat treatment at a temperature not lower than the melting point of A1.
  • a semiconductor film containing GaN, A1N, InN and a mixture thereof as a main component can be used.
  • the first metal film 102 Can use a metal film that also has an Al force.
  • the second metal film 103 has a melting point of a eutectic alloy of A1 which is a main component of the first metal film 102 and a heat treatment temperature for lowering resistance by making ohmic contact between A1 and the semiconductor film. It is preferred to select a relatively higher metal than. If the melting point of the eutectic alloy with A1 is higher than the temperature at which the heat treatment is performed, it is difficult to form an alloy with aluminum when the heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the melting point of aluminum.
  • a metal film having at least one metal force selected from the group consisting of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta and Zr All of these metals have a relatively low A1 composition when eutectic alloyed with A1, and the temperature at which the melting point or phase change of the eutectic alloy occurs is sufficiently higher than the heat treatment temperature!
  • metal film made of a specific metal may be a metal film made of a specific metal alone or an alloy force of a specific metal and a different metal.
  • Metal film may be a metal film made of a specific metal alone or an alloy force of a specific metal and a different metal.
  • impurities may be contained in a trace amount.
  • the second metal film which has a metal force that makes it difficult to form an eutectic alloy with A1
  • the second metal film which has a metal force that makes it difficult to form an eutectic alloy with A1
  • the second metal film forms Since the material of the second metal film almost always reacts with the dissolved A1 to form a eutectic alloy because it covers the surface of the single metal film, a flat surface shape with low contact resistance is required. Provided electrodes can be obtained.
  • FIG. 7 is a phase diagram of a well-known binary alloy of Fe—A1.
  • FeAl exists as the eutectic alloy of Fe—A1 having the highest A1 composition.
  • the melting point or phase change temperature of this alloy is 11
  • the melting point of the eutectic alloy having the highest A1 composition or the temperature at which phase change occurs is defined as A1 If the temperature is sufficiently higher than the heat treatment temperature for melting, the resulting alloy of A1 and Fe acts as a barrier, so it can be expected that the reaction with A1 will not proceed further.
  • A1 and second metal constituting the first metal film are formed at the interface between the first metal film and the second metal film.
  • An extremely thin alloy layer with a thickness of about 1 to 3 nm is formed with Fe constituting the metal film.
  • This ultra-thin alloy layer of A1 and Fe becomes a norm layer in which A1 constituting the first metal film is dissolved in the second metal film.
  • the second metal film made of Fe it is extremely flat. It is possible to obtain an electrode having various surface shapes.
  • FIG. 8 is a phase diagram of a well-known binary alloy of Nb—A1.
  • NbAl exists as a eutectic alloy of Nb-A1 having the highest A1 composition. Melting point or phase change of this alloy
  • the temperature at which this occurs is 1660 ° C. This temperature is well above the melting point of A1.
  • the semiconductor film is an AlGaN semiconductor film
  • heat treatment in a wide temperature range of 830 ° C or more and 1000 ° C or less results in 1 ⁇ 10 —
  • An electrode with low contact resistance of 5 Qcm 2 or less can be obtained.
  • an electrode having a very flat surface shape can be obtained as shown in FIG.
  • the melting point of the eutectic alloy with A1 which has the highest A1 composition, or the temperature at which a phase change occurs is also W1, Hf, Re, Ta, and Zr. Further, the alloying with A1 did not proceed at the melting point of A1 or the heat treatment temperature of 800 to 950 ° C, which is sufficiently higher than the melting point of A1.
  • A1 and a metal such as Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta and Zr form an alloy layer at the interface at the heat treatment temperature, and this alloy layer forms a solid solution with A1. It was found that A1 functions as a noria for solid solution or eutectic without crystallization.
  • the melting point of the eutectic alloy of Ti and A1 is as high as 1400 ° C., but a force of about 300 ° C. lower than the melting point of A1 is alloyed. Even at a temperature at which A1 does not melt, alloying proceeds in a solid phase, and is not suitable as a second metal film. On the other hand, in the case of the combination of Fe, Nb and A1, the alloying in the solid phase is hardly observed.
  • FIG. 9 is a phase diagram of a well-known binary alloy of A1-Mo.
  • a heat treatment at 800 ° C causes a reaction from Al ⁇ ⁇ ⁇ 1 Mo ⁇ Al Mo.
  • the electrode provided by the present embodiment is preferably an electrode that makes ohmic contact with the semiconductor film.
  • This electrode covers the surface of the first metal film made of A1 with a second metal film having a metal force that is 40 ° C or more higher than the melting point of A1 and is hard to form an eutectic alloy with A1 even at the heat treatment temperature. Therefore, the surface coverage of the electrode metal material on the semiconductor film does not decrease during the heat treatment.
  • FIG. 2 is a sectional structural view showing an example of the electrode provided by the present embodiment.
  • the electrode provided by the present embodiment includes an intermediate metal film 202 made of a metal having a melting point of A1 or more, a first metal film 203, and a second metal film on a group III nitride semiconductor film 201.
  • 204 can be formed, followed by patterning by, for example, a lift-off method, and then performing heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of A1.
  • the group III nitride semiconductor film 201 for example, a semiconductor film containing GaN, A1N, InN and a mixture thereof as a main component can be used.
  • the intermediate metal film 202 made of a metal having a melting point higher than the melting point of A1 is, for example, Ti, Nb, V, W, Ta, Re, Mo, Mn, Pt, Pd, Rh, Y, and Zr.
  • a metal film made of at least one metal selected from the group can be used.
  • the first metal film 203 for example, a metal film made of A1 is used.
  • the second metal film 204 for example, one or more metal films selected from the group consisting of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta and Zr can be used.
  • the electrode provided by the present embodiment includes a part or all of the first metal film 203 instead of the intermediate metal film. It may be a film made of an alloy of a metal material and the above-mentioned intermediate metal material.
  • the first metal film is subjected to heat treatment (also referred to as annealing in this specification) conditions (mainly temperature and time), the first metal material before heat treatment.
  • heat treatment also referred to as annealing in this specification
  • a part or all may form a eutectic alloy or a solid solution alloy with the intermediate metal material.
  • the first metal material and the intermediate metal material tend to make ohmic contact with the semiconductor film as a whole.
  • an ohmic contact with the semiconductor film can be realized with better reproducibility by providing a structure including the intermediate metal film or the region made of an alloy with the intermediate metal material. can do.
  • the intermediate metal material for the electrode is Ti, Nb, V, W, Ta, Re, Mo,
  • It is preferably made of at least one metal selected from the group consisting of Mn, Pt, Pd, Rh, Y and Zr.
  • the group III nitride semiconductor After laminating a metal film made of such an intermediate metal material between the film and the metal film also having the first metal material strength, heat treatment can be performed to realize better ohmic contact with the semiconductor film. Because you can.
  • the intermediate metal material contains at least one metal selected from the group consisting of Ti and Nb, and the second metal material preferably has a structure made of Nb.
  • Ti and Nb are metals having a melting point equal to or higher than the melting point of A1, and Nb is unlikely to form a eutectic alloy with A1 even at a heat treatment temperature equal to or higher than the melting point of A1. Since it is also a metal, the heat treatment after laminating a metal film made of such an intermediate metal material between the semiconductor film and the metal film made of the first metal material makes the semiconductor film more This is because a better ohmic contact can be realized.
  • FIG. 3 is a sectional structural view showing an example of the electrode provided by the present embodiment.
  • a first metal film 302, a second metal film 303, and a third metal film 304 having a metal force whose melting point is equal to or higher than the melting point of A 1 are formed on the group III nitride semiconductor film 301. It can be formed by forming, for example, patterning by a method such as lift-off, and then performing a heat treatment at or above the melting point of A1.
  • the group III nitride semiconductor film 301 for example, a semiconductor film containing GaN, A1N, InN, or a mixture thereof as a main component can be used.
  • the first metal film 302 for example, a metal film having A alloy strength or A1 alloy strength can be used.
  • the second metal film 303 for example, a metal film having at least one kind of metal force selected from the group consisting of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta and Zr can be used.
  • the third metal film 304 made of a metal having a melting point equal to or higher than the melting point of A1, for example, Cu, Ti, V, W, Ta, Re, Mo, Pt, Pd, Rh, Au, and Zr It is possible to use one or more selected metal films.
  • the surface of the second metal film can be protected by further providing the third metal film having a melting point equal to or higher than the melting point of A1 on the second metal film.
  • the resistance in the parallel direction can be reduced.
  • the third metal material is one kind of metal selected from the group consisting of Cu, Ti, V, W, Ta, Re, Mo, Pt, Pd, Rh, Au and Zr. It is preferable that the alloy is composed of more than two kinds of metals.
  • these metals are all metals having a melting point equal to or higher than the melting point of A1 and also have a property of preventing oxidation of the second metal film, they protect the surface of the second metal film. This is because the resistance in the direction parallel to the electrode surface can be reduced.
  • the second metal material includes an alloy of Nb
  • the third metal material includes a structure made of Au.
  • Nb is a metal that is difficult to form an eutectic alloy with A1 even at a heat treatment temperature higher than the melting point of A1, so that Nb reacts with molten A1 to form an eutectic alloy. Few This is because an electrode having a flat surface shape having a very low contact resistance can be obtained. Also, because Au is a metal having a melting point equal to or higher than the melting point of A1, the surface of the second metal film can be protected and the resistance in the direction parallel to the electrode surface can be reduced.
  • FIG. 4 is a sectional structural view showing an example of the electrode provided by the present embodiment.
  • the electrode provided by the present embodiment includes, for example, an intermediate metal film 402, a first metal film 403, and a second metal film 40 on the GaN-based semiconductor film 401, which also have a metal force whose melting point is equal to or higher than the melting point of A1.
  • 4.A metal film 405 having a melting point higher than the melting point of A1 is formed, followed by patterning by, for example, a lift-off method, followed by heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of A1.
  • GaN-based semiconductor film 401 a semiconductor containing GaN, A1N, InN, and a mixture thereof as a main component can be used.
  • the intermediate metal film 402 having a metal force having a melting point higher than the melting point of A1 for example, Ti, Nb, V, W, Ta, Re, Mo, Mn, Pt, Pd, Rh, Y and Zr forces
  • the first metal film 403 for example, a metal film having A or A1 alloy force can be used.
  • the second metal film 404 for example, a metal film having one or more metal forces selected from the group consisting of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta, and Zr can be used.
  • the metal film 405 having a metal force having a melting point higher than the melting point of A1 is, for example, selected from the group consisting of Cu, Ti, V, W, Ta, Re, Mo, Pt, Pd, Rh, Au and Zr.
  • a metal film made of more than one kind of metal can be used.
  • an electrode having a low contact resistance and a flat surface shape can be obtained, and ohmic contact with the semiconductor film can be realized with good reproducibility and good reproducibility.
  • the surface of the second metal film can be protected, and the resistance in the direction parallel to the electrode surface can be reduced.
  • FIG. 5 is a sectional structural view showing an example of the semiconductor device provided by the present embodiment.
  • the semiconductor device provided by the present embodiment is, for example, a semiconductor film (for example, AlGa N carrier supply layer 504) and electrodes (for example, source electrode 505 and drain electrode 506) provided on the semiconductor film, wherein the electrodes are the above-mentioned electrodes.
  • a semiconductor film for example, AlGa N carrier supply layer 504
  • electrodes for example, source electrode 505 and drain electrode 506 provided on the semiconductor film, wherein the electrodes are the above-mentioned electrodes.
  • Semiconductor element for example, AlGa N carrier supply layer 504
  • electrodes for example, source electrode 505 and drain electrode 506
  • the semiconductor element provided by the present invention includes an electrode capable of realizing a low contact resistance and a flat electrode surface, and thus has an effect of easily forming a fine electrode pattern.
  • the ohmic electrode and the alignment mark can be simultaneously formed, so that the process steps can be shortened or the precision of the fine pattern can be improved.
  • the group III nitride semiconductor is exemplified by a material represented by the following formula (1) as an example.
  • the material is not limited to this material.
  • X and y are real numbers satisfying 0 ⁇ x ⁇ l, 0 ⁇ y ⁇ l, and 0 ⁇ x + y ⁇ 1.
  • a semiconductor film made of a material such as A1N, GaN, or AlGaN can be given.
  • a semiconductor film made of a so-called mixed crystal such as GaInNAs, GaNP, GaNPAs, or AlNSiC can also be used. In this specification, these are collectively referred to as group III nitride semiconductors.
  • Such a group III nitride semiconductor material has a sufficiently large forbidden band width and is a direct transition type, so that it can be applied to a short-wavelength light-emitting element.
  • Group III nitride semiconductor materials can also be applied to electronic devices because a heterojunction with a high electron saturation drift rate allows the use of a two-dimensional carrier gas.
  • FIG. 1 is a sectional structural view showing an example of an electrode provided by the present embodiment.
  • the electrodes provided by the present embodiment include an AlGaN film (A1 composition ratio 0.3) as the group III nitride-based semiconductor film 101, an A1 film (60 nm thick) as the first metal film 102, and a second metal film.
  • An Nb film (thickness: 35 nm) was sputter-deposited as the film 103, and was formed by performing heat treatment at 900 ° C. after patterning by, for example, a lift-off method.
  • the A1 film was used as the first metal film.
  • the first metal film may be a metal film having a mixed power of A1 and another metal, or a mixture of Si and N. May be.
  • A1 be the main component.
  • the thickness of the first metal film 102 made of the A1 film is set to 60 nm, and the thickness of the Nb film 103 is set to 35 nm.
  • the thickness of the A1 film and the Nb film is set to a desired thickness. can do.
  • the thickness of the Nb film is 10 nm or more. Is also good.
  • the Al composition ratio of the AlGaN film is set to 0.3, and the Al composition ratio of the AlGaN film can be set to a desired composition ratio.
  • the metal film is formed by sputter deposition, but it is also possible to laminate by another method such as electron gun deposition.
  • the force heat treatment temperature was set to 900 ° C.
  • the heat treatment temperature exceeded the melting point of A1.
  • the temperature should be good. However, if the heat treatment temperature is increased, the contact resistance tends to decrease, so heat treatment at 800 ° C or more may be performed! ,.
  • a metal film having a desired metal composition and a desired thickness can be laminated according to the purpose.
  • FIG. 2 is a sectional structural view showing an example of the electrode provided by the present embodiment.
  • the electrode provided by the present example is an AlGaN film (A1 composition ratio: 0.3) as the GaN-based semiconductor film 201, and an Nb film (film thickness) as an intermediate metal film 202 having a melting point higher than the melting point of A1. 5 nm), an A1 film 203 (film thickness 70 nm) as the first metal film, and an Nb film (film thickness 20 nm) as the second metal film 204 by electron gun vapor deposition. This was formed by performing a heat treatment.
  • the Nb film covers the A1 film surface, Kotonagu 5 X 10- 6 ⁇ cm 2 or lower contact resistance for coverage for the semiconductor film of the electrode material is reduced Can be obtained.
  • the Nb film and the A1 film hardly react at 850 ° C, a very flat electrode surface shape can be obtained, and it can be used without problem as a registration mark for position detection with an optical sensor. it can.
  • an Nb film is used as the intermediate metal film 202 made of a metal having a melting point higher than the melting point of A1! Ti, Nb, V, W, Ta, Re, Mo, Mn, Pt , Pd, Rh, Y, and Zr forces
  • a group consisting of one or more selected metallic forces can be substituted.
  • the thickness of the Nb film is set to 5 nm
  • the thickness of the intermediate metal film 202 made of a metal having a melting point higher than the melting point of A1 can be set to a desired thickness.
  • the thickness of the intermediate metal film 202 made of a metal whose melting point is higher than the melting point of A1 should be smaller than the thickness of the first metal film 203 which also has A or A1 alloy force. I can do it.
  • Apus was used as the first metal film 203, but as the first metal film, May be a metal film having a mixed power of Al and another metal, or may be a mixture of Si and N. However, since the contact resistance tends to increase when the ratio of A1 decreases, A1 may be the main component.
  • a force using an Nb film as the second metal film 204 is a group force of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta and Zr forces. It is also possible to do so.
  • the thickness of the A1 film 203 is set to 70 nm, and the thickness of the Nb film 204 is set to 20 nm.
  • the thicknesses of the A1 film and the Nb film can be set as desired. However, if the thickness of the Nb film is reduced, the surface shape may be degraded due to a problem of strength.In order to reduce the possibility, the thickness of the Nb film should be lOnm or more. it can.
  • the Al1 composition ratio of the AlGaN film was set to 0.3, and the Al composition ratio of the AlGaN film could also be a desired composition ratio.
  • the metal film is formed by electron gun vapor deposition, but it is also possible to laminate by another method such as sputter vapor deposition.
  • the power heat treatment temperature at a heat treatment temperature of 850 ° C may be any temperature that exceeds the melting point of A1. However, if the heat treatment temperature is increased, the contact resistance tends to decrease, so that heat treatment at 800 ° C or more can be performed.
  • a metal film having a desired metal composition and thickness can be laminated according to the purpose.
  • FIG. 3 is a sectional structural view showing an example of the electrode provided by the present embodiment.
  • the electrodes provided by the present embodiment include an AlGaN film (A1 composition ratio of 0.3) as the GaN-based semiconductor film 301, an A1 film (60 nm thick) as the first metal film 302, and a second metal film 303 as the second metal film 303.
  • Such electrode structures Nio, Te is Nb film covering the A1 film surface, coverage for semi conductor film because the electrode material is lowered Kotonagu 5 X 10- 6 ⁇ cm 2 following Low contact resistance Can be obtained.
  • the Nb film and the A1 film hardly react at 950 ° C, a very flat electrode surface shape can be obtained, and it can be used without problem as an alignment mark for position detection with an optical sensor. it can.
  • the A1 film was used as the first metal film.
  • the first metal film may be a metal film made of a mixture of the A1 film and another metal, or may be Si, N May be mixed.
  • A1 can be the main component.
  • a force using an Nb film as the second metal film 303 is a group force of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta, and Zr forces.
  • the thickness of the first metal film 302 made of the A1 film is set to 60 nm
  • the thickness of the second metal film 303 made of the Nb layer is set to 35 nm.
  • the thickness of the Nb film can be a desired thickness.
  • the thickness of the Nb film can be 10 nm or more.
  • the Al1 composition ratio of the AlGaN film was set to 0.3, and the Al composition ratio of the AlGaN film could also be a desired composition ratio.
  • a force using a 50 nm-thick Au film as the third metal film 304 having a melting point higher than the melting point of A1 is also used as the third metal film 304 having a melting point higher than the melting point of A1.
  • the trimetallic film 304 does not directly contribute to the contact resistance and surface shape between the semiconductor film and the electrode material.
  • the third metal film 304 is not particularly necessary.
  • Cu, Ti, V, W, Ta, Re, Mo, etc. are used to protect the Nb film surface and reduce resistance in the direction parallel to the electrode surface.
  • a group consisting of Pt, Pd, Rh, Au and Zr A metal film made of one or more selected metals can be provided.
  • the metal film is formed by electron gun evaporation, but it is also possible to laminate by another method such as sputter evaporation.
  • the heat treatment temperature at 850 ° C was higher than the melting point of A1.
  • the temperature should be good. However, if the heat treatment temperature is increased, the contact resistance tends to decrease, so that heat treatment at 800 ° C or more can be performed.
  • a metal film having a desired metal composition and thickness can be stacked according to the purpose.
  • FIG. 4 is a sectional structural view showing an example of an electrode provided by the present embodiment.
  • the electrode provided by the present embodiment is composed of AlGaN (Al composition ratio 0.3) as the GaN-based semiconductor film 401, and Ti (film thickness 15 nm) as the intermediate metal film 402 having a melting point higher than the melting point of A1.
  • An electron gun is deposited by a thickness of 50 nm, patterned by, for example, a lift-off method, and then subjected to a heat treatment at 850 ° C.
  • Nb film is Kotonagu 5 X 10- 6 ⁇ cm 2 or lower contact resistance coverage decreases for semi conductor film of the electrode material for covering the A1 film surface An electrode having the same was obtained. At the same time, since the Nb film and the A1 film hardly react at 850 ° C, a very flat electrode surface shape can be obtained, and it can be used without problem as a registration mark for position detection with an optical sensor. did it.
  • FIG. 6 is a photograph by an optical microscope showing a comparison between the surface of the electrode provided by the conventional technique and the surface of the electrode provided by the present invention.
  • the electrode having the TiZAlZMoZAu structure according to the prior art had rough irregularities formed on the electrode surface by heat treatment at 850 ° C (30 seconds).
  • the electrode with the TiZAlZNb ZAu structure had a flat surface even after the heat treatment at 850 ° C (30 seconds), as shown in the right figure of Fig. 6.
  • the Ti film is used as the intermediate metal film 402 made of a metal having a melting point higher than the melting point of A1, but Ti, Nb, V, W, Ta, Re, Mo, Mn, Pt, A group consisting of Pd, Rh, Y and Zr A metal film of any one or more selected metals can be substituted.
  • the thickness of the intermediate metal film 402 made of a metal whose force melting point is higher than the melting point of A1 when the thickness of the Ti film is 15 nm can be set to a desired thickness.
  • a metal that reacts with A1 during heat treatment there is a possibility that all of A1 contained in the first metal film 403 will be used in the reaction with the intermediate metal film 402, which has a metal force whose melting point is higher than the melting point of A1. Therefore, in order to reduce the possibility, the intermediate metal film 402 made of a metal having a melting point higher than the melting point of A1 and having a thickness smaller than the thickness of the first metal film 403 which also has A or A1 alloy force is used in order to reduce the possibility. be able to.
  • the Al1 composition ratio of the AlGaN film was set to 0.3, and the A1 composition ratio of the AlGaN film could also be a desired composition ratio.
  • the A1 film was used as the first metal film 403.
  • the first metal film may be a metal film having a mixed power of A1 and another metal, or Si or N may be used. You may mix.
  • A1 since the contact resistance tends to increase when the ratio of A1 decreases, it is preferable to use A1 as a main component.
  • a force using an Nb film as the second metal film 404 is a group force of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta, and Zr forces. It is also possible to do so.
  • the force of the first metal film 403 made of the A1 film was set to 60 nm
  • the thickness of the second metal film 404 made of the Nb film was set to 35 nm.
  • the thickness can be a desired thickness.
  • the thickness of the Nb film can be 10 nm or more.
  • a force using a 50 nm thick Au film as the third metal film 405 having a melting point higher than the melting point of A1 is also used as the third metal film 405 having a melting point higher than the melting point of A1.
  • the trimetal film 405 does not essentially directly contribute to the contact resistance and surface shape between the semiconductor and the metal.
  • the third metal film is not particularly required.
  • Cu, Ti, V, W, Ta, Re, Mo, Pt, and the like are used to protect the Nb film surface and reduce the resistance in the direction parallel to the electrode surface.
  • Pd, Rh, Au, and Zr forces A group of one or more selected metal films can be provided.
  • the metal film is formed by electron gun vapor deposition, but it is also possible to laminate by another method such as sputter vapor deposition.
  • the power heat treatment temperature at a heat treatment temperature of 850 ° C may be any temperature that exceeds the melting point of A1. However, if the heat treatment temperature is increased, the contact resistance tends to decrease, so that heat treatment at 800 ° C or more can be performed.
  • a metal film having a desired metal composition and thickness can be stacked according to the purpose.
  • FIG. 5 is a sectional structural view showing an example of the semiconductor device provided by the present embodiment.
  • the semiconductor device provided by the present embodiment is a field effect transistor.
  • the field-effect transistor includes, for example, an A1N buffer layer 502 (100 nm thick) and a GaN carrier traveling layer 503 (film) formed on a SiC substrate 501 by vapor phase epitaxy using an organic metal.
  • a thickness of 2 ⁇ m) and an AlGaN carrier supply layer 504 (A1 composition ratio 0.3, film thickness 30 nm) are laminated in this order.
  • a source electrode And a drain electrode 506 and a gate electrode 507 having a structural force different from that of the above-mentioned electrodes.
  • the AlGaN carrier supply layer 504 is covered with a photoresist, and a portion where the source electrode 505 and the drain electrode 506 are arranged using an exposure apparatus such as a stepper. At the same time, the photoresist at the portion where the registration mark for arranging another metal is arranged is exposed and removed.
  • the melting point is higher than the melting point of A1
  • the intermediate metal film 402 made of metal is an Nb film (7 nm thick)
  • the first metal film 403 is an A1 film (65 nm thick)
  • the second metal film Nb film film thickness 35 nm
  • Au film film thickness 50nm
  • a source electrode 505 and a drain electrode 506 are formed.
  • a registration mark for arranging another metal is also formed at the same time. Thereafter, the photoresist is covered again with a photoresist, and the photoresist in the portion where the gate electrode 507 is to be disposed is exposed and removed using an exposure apparatus such as an electron beam exposure with reference to the alignment mark.
  • a Ni film (thickness: 15 nm) and an Au film (thickness: 300 ⁇ m) are sequentially stacked as the gate electrode 507 by electron gun vapor deposition, and unnecessary metal is removed by lift-off.
  • a gate electrode 507 is formed, and a field-effect transistor is manufactured.
  • the Nb film and the A1 film hardly react at 900 ° C, and a very flat electrode surface shape can be obtained. Can be formed. Therefore, since the gate electrode can be arranged based on the alignment mark, a narrow and fine field effect transistor between the source electrode and the drain electrode can be formed. Furthermore, the step of separately forming the alignment mark is omitted, and the period required for manufacturing the field-effect transistor or the number of steps can be reduced.
  • the above structure is described as an example of the crystal structure used for the field-effect transistor.
  • the crystal structure used for the field-effect transistor can be any structure depending on the purpose.
  • the thickness of the intermediate metal film 402 in which the force melting point when the thickness of the Nb film is set to 7 nm and the metal melting point is higher than the melting point of A1 can be set to a desired thickness.
  • the Al composition ratio of the AlGaN carrier supply layer can be set to a desired composition ratio by setting the Al composition ratio of the AlGaN carrier supply layer to 0.3.
  • the melting point is higher than the melting point of A1, and all of A1 contained in the first metal film 403 is reacted with the intermediate metal film 402 made of metal.
  • the thickness of the intermediate metal film 402, which has a melting point higher than the melting point of A1, and the first metal film which also has A1 alloying force It can be thinner than 4003.
  • the A1 film is used as the first metal film 403, but the first metal film 403 may be a metal film made of a mixture of A1 and another metal. And N may be mixed. However, since the contact resistance tends to increase when the ratio of A1 decreases, it is preferable that A1 be the main component.
  • a force using an Nb film as the second metal film 404 is a group force of Nb, W, Fe, Hf, Re, Ta, and Zr forces. It is also possible to do so.
  • the force of the first metal film 403 made of the A1 film was set to 65 nm, and the thickness of the second metal film 404 made of the Nb film was set to 35 nm.
  • the thickness of the Nb film can be set to 10 nm or more.
  • a force using a 50 nm-thick Au film as the third metal film 405 having a melting point higher than the melting point of A1 is used as the third metal film 405 having a melting point higher than the melting point of A1.
  • the trimetallic film 405 does not essentially contribute to the contact resistance between the semiconductor and the metal and the surface shape.
  • the third metal film 405 is not particularly necessary.
  • Cu, Ti, V, W, Ta, Re, Mo, etc. are used to protect the Nb film surface and reduce resistance in the direction parallel to the electrode surface.
  • a group consisting of Pt, Pd, Rh, Au and Zr A metal film made of one or more selected metals can be provided.
  • the metal film is formed by electron gun evaporation, but it is also possible to laminate by another method such as sputter evaporation.
  • the power heat treatment temperature at which the heat treatment temperature is set to 850 ° C. may be any temperature that exceeds the melting point of A1. However, if the heat treatment temperature is increased, the contact resistance tends to decrease, so that heat treatment at 800 ° C. or more can be performed.
  • a metal film having a desired metal composition and thickness can be stacked according to the purpose.
  • a force using a field-effect transistor as the semiconductor element for example, a semiconductor element using a group III nitride semiconductor film, among which a light emitting diode, a laser diode, Semiconductor elements such as Schottky diodes and bipolar transistors may be used.
  • a semiconductor element using a group III nitride semiconductor film among which a light emitting diode, a laser diode
  • Semiconductor elements such as Schottky diodes and bipolar transistors

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Abstract

　低接触抵抗を実現しつつ表面荒れの少ない電極が得られる技術を提供する。 　半導体膜１０１の上部に設けられる電極であって、この半導体膜１０１の上部にこの半導体膜の側から順に積層された第一金属層１０２と第二金属層１０３とを有し、この第一金属膜１０２が、Ａｌからなり、この第二金属膜１０３が、Ｎｂ、Ｗ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｒｅ、ＴａおよびＺｒからなる群より選ばれる１種以上の金属からなることを特徴とする電極。

Description

明 細 書
電極、その製造方法およびそれを用いた半導体素子
技術分野
[0001] 本発明は、電極、その製造方法およびそれを用いた半導体素子に関する。
背景技術
[0002] 従来、 AlGaNZGaN構造の HJFET (ヘテロ接合電界効果トランジスタ)構造を有 する半導体素子においては、一般に TiZAl構造の電極力 オーム性電極として用 いられてきた (たとえば、特許文献 1参照。 ) o
[0003] し力し、単純に TiZAl構造のみでは A1の融点が 660°Cと低いため、 660°Cより高 温の熱処理を行うことにより、電極の低接触抵抗化を図ろうとした場合、溶けた A1の 表面張力により電極材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下してしまい、結果的 に低抵抗の実現が困難となる傾向があつた。
[0004] それを解決するために A1表面を Moで覆った TiZAlZMoZAu構造の電極が報 告されている（例えば、非特許文献 1参照。 ) o TiZAlZMoZAu構造とすることで、 A1の融点を超える 800°C以上の熱処理に対しても電極材料の半導体膜に対する表 面被覆率が低下することはな 、ため、 TiZAl構造の電極の場合よりも低抵抗が実現 できる。
特許文献 1：特開平 7-248204号公報
非特許文献 1：クマール他著，ジャーナル ·ォブ ·アプライド ·フィジックス (Journal of Applied Physics) ,第 92卷，第 3号， p. 1712
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかし、 TiZAlZMoZAu構造の電極で A1の融点（約 660°C)を超える温度で熱 処理を行なうと、電極材料の半導体膜に対する表面被覆率は低下しないものの、電 極の表面荒れが発生するため、微細な電極パターンを有する半導体素子を作製しよ うとした際には、電極間隔が狭くなるにつれて設計時に期待された半導体素子の特 性が得られない傾向があり、さらなる改善の余地があった。 [0006] 熱処理温度が 700°Cを超えると電極の表面荒れが、より顕著になることが判明した
[0007] 本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低接触抵抗を実現しつつ表面荒 れの少な!/ヽ電極が得られる技術を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明は、基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層され た第一金属層と第二金属層とを有し、少なくとも第一金属層と第二金属層を A1の融 点よりも 40°C以上高い温度で熱処理して半導体膜とオーム性接触する電極であって 、第一金属層を形成する第一金属材料が A1からなり、第一金属材料と第二金属膜を 構成する第二の金属材料との共晶合金の融点が、熱処理する温度よりも高ぐ且つ、 第二の金属材料が、 A1の融点以下の温度で A1と合金化しな ヽことを特徴とする電極 である。
[0009] 本発明は、更に、半導体膜上に形成された電極の製造方法であって、前記半導体 膜上に、第一金属膜を形成する工程と、第二金属膜を形成する工程と、前記第一金 属膜と前記第一金属膜とを A1の融点よりも 40°C以上高い温度で熱処理を行なうェ 程とを有し、前記第一金属膜と前記第二金属膜の共晶合金の融点が前記熱処理を 行なう工程の温度よりも高ぐ且つ、前記第二の金属材料が、 A1の融点以下の温度 で A1と合金化しないことを特徴とする電極の製造方法である。
発明の効果
[0010] 本発明によれば、半導体膜上に、低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な表面形 状を有する電極を実現することができる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
[図 2]本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
[図 3]本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
[図 4]本発明により提供される電極の実施の一形態を示す部分断面構造図である。
[図 5]本発明により提供される半導体素子の実施の一形態を示す部分断面構造図で ある。 圆 6]従来技術により提供される電極の表面と、本発明により提供される電極の表面と を1比—
〇較して示す光学顕微鏡による写真図である。
1—
[図 7]Fe— A1の 2元合金の相図である。
[図 8]Nb— A1の 2元合金の相図である。
[図 9]A1— Moの 2元合金の相図である。
符号の説明
半導体膜
102 第一金属膜
103 第二金属膜
201 半導体膜
202 中間金属膜
203 第一金属膜
204 第二金属膜
301 半導体膜
302 第一金属膜
303 第二金属膜
304 第三金属膜
401 半導体膜
402 中間金属膜
403 第一金属膜
404 第二金属膜
405 第三金属膜
501 SiC基板
502 A1Nバッファ層
503 GaNキャリア走行
504 AlGaNキャリア供給層
505 ソース電極
506 ドレイン電極 507 ゲート電極
発明を実施するための最良の形態
[0013] ここで、本発明者は、本実施の形態に至る研究の過程で、非特許文献 1に開示され る TiZAlZMoZAu構造を備える電極の表面が荒れてしまう原因力 Moが溶けた A1と反応し共晶合金を形成することにあることを見出し、半導体膜上に、第一金属膜 を形成し、さらに、第二金属膜を形成し、その後、第一金属膜を、第一金属膜の融点 以上の溶融温度で熱処理する際に、第一金属膜と第二金属膜との共晶合金の融点 よりも高い状態であれば、第一金属膜と第二金属膜とが、熱処理の際にほとんど固溶 化または共晶化することがなぐその結果、低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な 表面形状を有する電極を実現することができることを見出し、本発明に至った。
[0014] 本発明は、基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層され た第一金属層と第二金属層とを有し、少なくとも第一金属層と第二金属層を熱処理し て半導体膜とオーム性接触する電極であって、第一金属層を形成する第一金属材 料が A1力もなり、第一金属材料と第二金属膜を構成する第二金属材料との共晶合 金の融点が、熱処理する温度よりも高ぐ且つ、第二の金属材料と A1との合金化の開 始温度力 A1の融点以上であることを特徴とする電極である。
[0015] 第二の金属材料と A1との合金化の開始温度力 熱処理温度以上であることがより 好ましい。
[0016] A1と第二の金属材料との合金化の開始温度力 A1の融点以上であるこことが好ま しぐ第二の金属材料と A1との合金化の開始温度力 熱処理温度以上であることがよ り好まし。
[0017] この理由は、 Tiと A1との組合せの場合、 Tiと A1との共晶合金の融点は、 1400°Cと 高いが、 A1の融点よりも低温の 300°C程度力も合金化する傾向がある。このように A1 が溶けない比較的低温で固溶ィ匕または共晶化が開始し進行する金属材料は、本発 明の第二の金属材料として適さない。
[0018] 合金化の開始温度は、 A1の融点以上であることが好ましぐ熱処理温度よりも高い ことがより好ましい。
[0019] 第二金属層は、 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zrからなる群より選ばれる 1種以 上の金属から形成されて!、ることが好まし!/、。
[0020] 第一金属層は、半導体膜とオーム性接触を形成しやすく、融点の比較的低 、金属 を用いることがこのましぐ通常 A1が用いられる。
[0021] A1からなる第一金属の上部の表面に、 A1の融点以上の熱処理温度でも A1と共晶 合金を作り難い金属、すなわち、最高の A1組成を有する A1との共晶合金を形成する 温度が、熱処理温度より高い金属材料力もなる第二金属層が形成されているため、 第一金属層と第二金属層とが、熱処理の際にほとんど固溶ィ匕または共晶化すること がなぐその結果、高い熱処理温度を用いて低接触抵抗を実現しても、非常に平坦 な表面形状を有する電極を実現することができる効果を奏する。
[0022] また、本発明によれば、半導体膜と、この半導体膜上に設けられた電極とを備える 半導体素子であって、この電極は、上記の電極であることを特徴とする半導体素子も 提供される。
[0023] この本発明によれば、半導体素子中に、上記の構成を有する電極が備えられてい るため、上記と同様の作用により低接触抵抗を実現しつつ非常に平坦な表面形状を 有する電極が得られ、その結果、微細な電極パターンを有する半導体素子をより高 精度に製造することができる効果を奏する。
[0024] 以上、本発明の構成につ!ヽて説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたも のも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換し たものもまた本発明の態様として有効である。
[0025] 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。尚、すべて の図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
[0026] <実施の形態 1 >
図 1は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
[0027] 本実施の形態により提供される電極は、例えば、 III族窒化物半導体膜 101上に、 第一金属膜 102、第二金属膜 103を成膜し、例えば、リフトオフ等の方法でパター- ング後、 A1の融点以上の温度で熱処理を行なうことで形成することができる。
[0028] 本実施の形態の ΠΙ族窒化物半導体膜 101としては、 GaN、 A1N、 InNおよびその 混合物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、第一金属膜 102として は、 Al力もなる金属膜を用いることができる。そして、第二金属膜 103としては、第一 金属膜 102の主成分である A1との共晶合金の融点が A1と半導体膜とがオーム性接 触させることで低抵抗化するための熱処理温度よりも比較的高い金属を選択すること が好ましい。 A1との共晶合金の融点が熱処理する温度よりも高い金属であれば、上 記のアルミの融点以上の温度で熱処理を行なった際にアルミと合金化しにくい。
[0029] このためには、 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zrからなる群より選ばれる 1種以上 の金属力もなる金属膜を用いることが好ましい。これらの金属は、いずれも A1と共晶 合金化した際の A1組成が比較的低ぐまたその共晶合金の融点もしくは相変化を起 こす温度が熱処理温度よりも十分に高!、と!、う性質を有する。
[0030] なお、本明細書にぉ 、ては、特定の金属からなる金属膜とは、特定の金属単独か らなる金属膜であってもよぐあるいは特定の金属と異なる金属との合金力 なる金属 膜であってもよい。また、微量であれば不純物を含んでいてもよい。
[0031] 本実施の形態により提供される電極では、 A1の融点よりも 40°C以上高い熱処理温 度で、 A1と共晶合金を作り難い金属力もなる第二金属膜により、 A1からなる第一金属 膜の表面を覆っているため、第二金属膜の材料が、溶けた A1と反応し共晶合金を形 成することがほとんどな ヽために、低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備える 電極を得ることができる。
[0032] 図 7は、良く知られた Fe— A1の 2元合金の相図である。
[0033] 例えば、鉄 (Fe)力もなる第二金属膜を用いた場合、最も A1組成の高 、Fe— A1の共 晶合金として、 FeAlが存在する。この合金の融点もしくは相変化を起こす温度は 11
3
60°Cであるため、 900°Cの熱処理で Feは、 A1融液には溶け込みにくい。また、 Fe A
2
1などの A1組成の低い合金への反応も進みにくくなるため、 Feからなる第二金属膜
5
中への A1の浸透は進みにくく合金化しにくいと言える。
[0034] すなわち、溶けた A1が鉄 (Fe)界面において最初に反応してできる A1と Feとの共晶 合金のうち、最高 A1組成の共晶合金の融点もしくは相変化を起こす温度が、 A1を溶 融させるための熱処理温度よりも十分に高ければ、できた A1と Feとの合金が障壁に なるため、それ以上 A1との反応は進みにくいと期待できる。
[0035] この結果、第一金属膜と第二金属膜との界面に第一金属膜を構成する A1と第二金 属膜を構成する Feとの膜厚が約 1から 3nm程度の極薄い合金層が形成される。この 極薄い A1と Feとの合金層が第一金属膜を構成する A1が第二金属膜に溶け込むノ リ ァ層となり、この結果、 Feからなる第二金属膜を用いた場合、非常に平坦な表面形 状を備える電極を得ることができる。
[0036] 図 8は、良く知られた Nb— A1の 2元合金の相図である。
[0037] 別の具体例としては、ニオブ (Nb)力もなる第二金属膜を用いた場合、最も A1組成 の高い Nb— A1の共晶合金として、 NbAlが存在する。この合金の融点もしくは相変
3
化を起こす温度は 1660°Cである。この温度は、 A1の融点よりも十分に高い。
[0038] その結果、 Feの場合と同様の作用により、 Nbからなる第二金属膜を用いた場合、 非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
[0039] 実際に、 Nbからなる第二金属膜を用いた場合、半導体膜が AlGaN半導体膜であ れば、 830°C以上かつ 1000°C以下の広い温度範囲の熱処理の結果、 1 X 10— 5 Q c m2以下の低コンタクト抵抗を有する電極が得られる。また、詳しくは後述するが、図 6 に示すように、非常に平坦な表面形状を備える電極を得ることができる。
[0040] また、相図は示さないが、 W、 Hf、 Re、 Taおよび Zrについても、同様に、最も A1組 成の高い A1との共晶合金の融点もしくは相変化を起こす温度は、 A1の融点よりも十 分に高ぐ更に、 A1の融点あるいは熱処理温度である 800から 950°Cの温度で A1と 合金化が進むことはな力つた。
[0041] よって、上記と同様の作用により、 W、 Hf、 Re、 Taおよび Zrからなる群から選ばれ たいずれ力 1種以上の金属からなる第二金属膜を用いた場合、非常に平坦な表面 形状を備える電極を得ることができる。
[0042] つまり、 A1と Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zrの様な金属は、熱処理温度で界面 に合金層が形成されるがこの合金層は A1と固溶ィ匕または共晶化することがなく A1が 固溶ィ匕または共晶化する際のノリアとして機能することがわ力つた。
[0043] これに対し、 Tiと A1との組合せの場合、 Tiと A1との共晶合金の融点は、 1400°Cと 高いが、 A1の融点よりも低温の 300°C程度力も合金化する傾向があり、 A1が溶けな い温度でも固相のまま合金化が進むので第二の金属膜として適さない。一方、上述 の Fe、 Nbと A1との組み合わせの場合、固相での合金化はほとんど見られない。 [0044] つまり、 Tiは、 Alとの共晶合金の融点は 1400°Cと高いが、共晶合金の融点以下の 300°Cという比較的低い温度で固溶ィ匕または共晶化が進行する、すなわち、合金化 が開始するという性質を持っていることがわ力る。
[0045] 図 9は、良く知られた A1— Moの 2元合金の相図である。
[0046] 一方、モリブデン (Mo)力もなる第二金属膜を用いた場合、最も A1組成の高 、A1— Moの共晶合金をみると、 Al Moが見つかる。この合金の融点もしくは Al Moへの
12 5 相変化を起こす温度は 700°Cであるため、界面で Al Moがー且できてもそれが障
12
壁〖こなり〖こくく、例えば 800°Cの熱処理では Al Μο→Α1 Mo→Al Moへと反応が
12 5 4
進み、 Mo内部に A1融液が溶け込みやすぐ Moからなる第二金属膜内部まで合金 化が進む (合金化が開始する)こととなる。
[0047] ここで、本実施の形態により提供される電極は、上記の半導体膜とオーム性接触を する電極で有ることが好ま 、。
[0048] この電極は、 A1の融点よりも 40°C以上高温で熱処理温度でも A1と共晶合金を作り 難い金属力 なる第二金属膜により、 A1からなる第一金属膜の表面を覆っているた め、熱処理の際に電極金属材料の半導体膜に対する表面被覆率が低下することなく
、上記の半導体膜とコンタクト抵抗が低 ヽオーム性接触をする電極を得ることができ る。
<実施の形態 2 >
図 2は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
[0049] 本実施の形態により提供される電極は、 III族窒化物系半導体膜 201上に、融点が A1の融点以上の金属からなる中間金属膜 202、第一金属膜 203および第二金属膜 204を形成し、その後、例えば、リフトオフ等の方法でパターユング後、 A1の融点以 上の温度で熱処理を行なうことで形成することができる。
[0050] III族窒化物系半導体膜 201としては、例えば、 GaN、 A1N、 InNおよびその混合 物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、融点が A1の融点より高い金 属をからなる中間金属膜 202としては、例えば、 Ti、 Nb、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Mn、 Pt、 Pd、 Rh、 Yおよび Zrからなる群より選ばれる 1種以上の金属からなる金属膜を用 いることができる。また、第一金属膜 203としては、例えば、 A1からなる金属膜を用い ることができる。また、第二金属膜 204としては、例えば、 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taお よび Zrからなる群より選ばれる 1種以上の金属力 なる金属膜を用いることができる。
[0051] あるいは、本実施の形態により提供される電極は、図示はしないが、上記の中間金 属膜を備える代わりに、上記の第一金属膜 203の一部または全部が、上記の第一金 属材料と、上記の中間金属材料との合金カゝらなる膜であってもよい。
[0052] この第一金属膜は、中間金属材料として Tiを選択した場合、熱処理 (本明細書に おいて、アニーリングとも記載する）の条件 (主として温度と時間）、熱処理前の第一 金属材料と中間金属材料との膜厚などの条件により、一部または全部が中間金属材 料と共晶合金または固溶合金を形成する場合がある。このように合金化した場合に は、第一金属材料と中間金属材料とが全体として半導体膜とオーム性接触をする傾 向がある。
[0053] いずれの構造であれ、このように、中間金属膜あるいは中間金属材料との合金から なる領域を備える構成とすることにより、半導体膜とのオーム性接触をさらに再現性よ く良好に実現することができる。
[0054] ここで、この電極にぉ 、て、この中間金属材料は、 Ti、 Nb、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、
Mn、 Pt、 Pd、 Rh、 Yおよび Zrからなる群より選ばれる 1種以上の金属からなっている ことが好ましい。
[0055] これらの金属は、いずれも A1の融点以上の融点を有する金属であり、また III族窒 化物半導体膜とのオーム性接触を安定的に形成する性質を有するため、 ΠΙ族窒化 物半導体膜と第一金属材料力もなる金属膜との間に、このような中間金属材料から なる金属膜を積層した後に、熱処理をすることにより、半導体膜とさらに良好なオーム 性接触を実現することができるからである。
[0056] 具体例としては、この中間金属材料は Tiおよび Nbからなる群より選ばれる 1種以上 の金属を含み、上記の第二金属材料は Nbからなる構造が好ましく挙げられる。
[0057] このような構造を有する場合には、 Tiおよび Nbは、 A1の融点以上の融点を有する 金属であり、 Nbは、さらに A1の融点以上の熱処理温度でも A1と共晶合金を作り難い 金属でもあるため、半導体膜と第一金属材料をからなる金属膜との間にこのような中 間金属材料からなる金属膜を積層した後に熱処理をすることにより、半導体膜とより 一層良好なオーム性接触を実現することができるからである。
[0058] <実施の形態 3 >
図 3は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
[0059] 本実施の形態の電極は、 III族窒化物系半導体膜 301上に、第一金属膜 302、第 二金属膜 303、融点が A1の融点以上の金属力もなる第三金属膜 304を形成し、例え ば、リフトオフ等の方法でパターユング後、 A1の融点以上の熱処理を行なうことで形 成することができる。
[0060] III族窒化物系半導体膜 301としては、例えば、 GaN、 A1Nまたは InN及びその混 合物を主成分とする半導体膜を用いることができる。また、第一金属膜 302としては、 例えば、 Aほたは A1合金力もなる金属膜を用いることができる。また、第二金属膜 30 3としては、例えば、 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zrからなる群より選ばれる 1種 以上の金属力もなる金属膜を用いることができる。同様に、融点が A1の融点以上の 金属からなる第三金属膜 304としては、例えば、 Cu、 Ti、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Pt、 Pd、 Rh、 Auおよび Zrからなる群より選ばれる 1種以上の金属力 なる金属膜を用い ることがでさる。
[0061] このように、第二金属膜の上部に A1の融点以上の融点を有する金属力 なる第三 金属膜をさらに備えることにより、第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に 平行な方向の抵抗を下げることができる。
[0062] ここで、この第三金属材料は、 Cu、 Ti、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Pt、 Pd、 Rh、 Auおよ び Zr力もなる群より選ばれる 1種の金属あるいは 2種類以上の金属からなる合金であ ることが好ましい。
[0063] これらの金属は、いずれも A1の融点以上の融点を有する金属であり、また第二金属 膜の酸ィ匕を防止する性質を有する金属であるため、第二金属膜表面を保護すること ができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができるからである。
[0064] 具体例としては、この第二金属材料は Nbの合金を含み、この第三金属材料は Au 力 なる構造が挙げられる。
[0065] このような構造を有する場合には、 Nbは、 A1の融点以上の熱処理温度でも A1と共 晶合金を作り難い金属であるため、溶けた A1と反応し共晶合金を形成することが少な ぐ低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備える電極を得ることができるからで ある。また、 Auは A1の融点以上の融点を有する金属であるため、第二金属膜表面を 保護することができ、電極表面に平行な方向の抵抗を下げることができるからである。
[0066] <実施の形態 4 >
図 4は、本実施の形態により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
[0067] 本実施の形態により提供される電極は、例えば、 GaN系半導体膜 401上に、融点 が A1の融点以上の金属力もなる中間金属膜 402、第一金属膜 403、第二金属膜 40 4、融点が A1の融点より高い金属からなる金属膜 405を形成し、その後、例えば、リフ トオフ等の方法でパター-ング後、 A1の融点以上の温度で熱処理を行なうことで形 成することができる。
[0068] GaN系半導体膜 401としては、 GaN、 A1N、 InNおよびその混合物を主成分とする 半導体を用いることができる。また、融点が A1の融点より高い金属力もなる中間金属 膜 402としては、例えば、 Ti、 Nb、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Mn、 Pt、 Pd、 Rh、 Yおよび Zr力 なる群より選ばれる 1種以上の金属力 なる金属膜を用いることができる。また 、第一金属膜 403としては、例えば、 Aほたは A1合金力もなる金属膜を用いることが できる。また、第二金属膜 404としては、例えば、 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Ta、 Zrから なる群より選ばれる 1種以上の金属力もなる金属膜を用いることができる。また、融点 が A1の融点より高い金属力もなる金属膜 405としては、例えば、 Cu、 Ti、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Pt、 Pd、 Rh、 Auおよび Zrからなる群より選ばれる 1種以上の金属からなる 金属膜を用いることができる。
[0069] このような構成を備えることにより、低コンタクト抵抗を有する平坦な表面形状を備え る電極を得ることができ、半導体膜とのオーム性接触をさらに再現性よく良好に実現 することができ、または第二金属膜表面を保護することができ、電極表面に平行な方 向の抵抗を下げることができる。
[0070] <実施の形態 5 >
図 5は、本実施の形態により提供される半導体素子の一例を示す断面構造図であ る。
[0071] 本実施の形態により提供される半導体素子は、例えば、半導体膜 (例えば、 AlGa Nキャリア供給層 504)と、この半導体膜上に設けられた電極 (例えば、ソース電極 50 5およびドレイン電極 506)とを備える半導体素子であって、この電極は、上記の電極 であることを特徴とする半導体素子である。
[0072] このように、本発明により提供される半導体素子は、低コンタクト抵抗かつ平坦な電 極表面を実現できる電極を備えるため、微細な電極パターンの形成が容易となる効 果を奏する。また、本発明により提供される半導体素子を作成する際には、オーム性 の電極と目合わせマークとを同時に作成できることから、プロセス工程の短縮あるい は微細なパターンの高精度化が図れる。
[0073] 以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例 示であり、上記以外の様々な構成を採用し得る。
[0074] たとえば、上記実施の形態では ΠΙ族窒化物半導体としては、下記の式（1)で表さ れる材料を例として挙げられる力 特にこの材料に限定されるものではな 、。
[0075] In Al Ga Ν· · · (1)
なお、上記の式（1)において、 Xおよび yは、 0≤x≤l、 0≤y≤lおよび 0≤x+y≤ 1を満たす実数である。
[0076] 具体的には、 A1N、 GaNまたは AlGaNなどの材料からなる半導体膜を挙げること ができる。また、上記の式（1)で表される材料以外にも、 GaInNAs、 GaNP、 GaNP Asまたは AlNSiCなどのいわゆる混晶からなる半導体膜も用いることができる。本明 細書ではこれらを含めて総称して III族窒化物半導体と記載することにする。
[0077] このような III族窒化物半導体材料は、禁制帯幅が十分大きぐバンド間遷移も直接 遷移型であるため、短波長発光素子への適用が可能である。また、 III族窒化物半導 体材料は、電子の飽和ドリフト速度が大きぐヘテロ接合による 2次元キャリアガスの 利用が可能であるため、電子素子への応用も可能である。
実施例
[0078] 以下、本発明を実施例によりさらに説明する力 本発明はこれらに限定されるもの ではない。
[0079] <実施例 1 >
図 1は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。 [0080] 本実施例により提供される電極は、 III族窒化物系半導体膜 101として AlGaN膜（ A1組成比 0. 3)、第一金属膜 102として A1膜 (膜厚 60nm)、第二金属膜 103として Nb膜 (膜厚 35nm)をスパッタ蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターユング後 、 900°Cの熱処理を行なうことで形成した。
[0081] このような電極構造においては、 Nb膜が A1膜表面を覆っているため、電極材料の 半導体膜に対する被覆率が低下することがなぐ 5 X 10— 6 Ω cm2以下の低コンタクト 抵抗を有する電極を得ることができる。同時に、 Nb膜と A1膜とが 950°Cではほとんど 反応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位 置検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
[0082] なお、本実施例では、第一金属膜として A1膜を用いたが、第一金属膜は A1とその 他の金属との混合物力 なる金属膜でもよぐもしくは Si、 Nを混合しても良い。ただし 、 A1の比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、 A1を主成分とする ことが好ましい。
[0083] また、第二金属膜として、 Nbと Feとを用いて電子銃蒸着法を用いて Nbと Feとの合 金を 35nm形成した場合も Nb膜の場合と同様の結果が得られた。この結果、 Nb、 W 、 Fe、 Hf、 Re、 Taまたは Zrからなる膜以外に、 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zrの 群力 選ばれたいずれか 2種以上の合金力 なる金属膜で代用することも可能であ る。更に、 Nbおよび Feに、更に、微量（5重量％以下）であれば Moをカ卩えた合金を 用いても同様な結果が得られた。
[0084] また、本実施例では、 A1膜からなる第一金属膜 102の厚さを 60nm、 Nb膜 103の 厚さを 35nmとしたが、 A1膜、 Nb膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、 Nb膜の厚さが薄くなると強度の問題から、電極表面形状が悪ィ匕する可能性があるた め、その可能性を低減させるために、 Nb膜の厚さは 10nm以上であってもよい。
[0085] また、本実施例では AlGaN膜の A1組成比を 0. 3とした力 AlGaN膜の A1組成比 も所望の組成比とすることができる。
[0086] また、本実施例では、金属膜をスパッタ蒸着により形成したが、電子銃蒸着等他の 方法で積層することも可能である。
[0087] さらに、本実施例では、熱処理温度を 900°Cとした力 熱処理温度は A1の融点を超 える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすすればコンタクト抵抗が低くなる 傾向にあるため、 800°C以上の熱処理を行ってもよ！、。
[0088] また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属 組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
[0089] <実施例 2 >
図 2は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
[0090] 本実施例により提供される電極は、 GaN系半導体膜 201として AlGaN膜 (A1組成 比 0. 3)、融点が A1の融点より高い金属力もなる中間金属膜 202として Nb膜 (膜厚 5 nm)、第一金属膜として A1膜 203 (膜厚 70nm)、第二金属膜 204として Nb膜 (膜厚 20nm)を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、 850°Cの熱 処理を行なうことで形成した。
[0091] このような電極構造においては、 Nb膜が A1膜表面を覆っているため、電極材料の 半導体膜に対する被覆率が低下することなぐ 5 X 10— 6 Ω cm2以下の低コンタクト抵 抗を有する電極を得ることができる。同時に、 Nb膜と A1膜とが 850°Cではほとんど反 応しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置 検出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
[0092] なお、本実施例では、融点が A1の融点より高い金属からなる中間金属膜 202として Nb膜を用!ヽた力 Ti、 Nb、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Mn、 Pt、 Pd、 Rh、 Yおよび Zr力ら なる群力 選ばれたいずれか 1種以上の金属力 なる金属膜で代用することも可能 である。
[0093] また、 Nb膜の膜厚を 5nmとしたが、融点が A1の融点より高い金属からなる中間金 属膜 202の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、熱処理時に A1と反応する 金属を用いた場合、融点が A1の融点より高い金属力もなる中間金属膜 202との反応 で、第一金属膜 203に含まれる A1がすべて使われてしまう可能性がある。そのため、 その可能性を低減させるために、融点が A1の融点より高 、金属からなる中間金属膜 202の厚さは、 Aほたは A1合金力もなる第一金属膜 203の厚さより薄くすることがで きる。
[0094] 同様に、本実施例では、第一金属膜 203として A膿を用いたが、第一金属膜として は Alとその他の金属との混合物力もなる金属膜でもよぐもしくは Si、 Nを混合しても 良い。ただし、 A1の比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、 A1を 主成分としてもよい。
[0095] また、第二金属膜 204として Nb膜を用いた力 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zr 力 なる群力 選ばれたいずれ力 1種以上の金属からなる金属膜で代用することも可 能である。
[0096] また、本実施例では A1膜 203の厚さを 70nm、 Nb膜 204の厚さを 20nmとしたが、
A1膜、 Nb膜の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、 Nb膜の厚さが薄くなる と強度の問題から、表面形状が悪ィ匕する可能性があるため、その可能性を低減する ために、 Nb膜の厚さは lOnm以上とすることができる。
[0097] また、本実施例では AlGaN膜の A1組成比を 0. 3とした力 AlGaN膜の A1組成比 も所望の組成比とすることができる。
[0098] また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の 方法で積層することも可能である。
[0099] さらに、本実施例では、熱処理温度を 850°Cとした力 熱処理温度は A1の融点を超 える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾 向にあるため、 800°C以上の熱処理を行うことができる。
[0100] また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属 組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
[0101] <実施例 3 >
図 3は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
[0102] 本実施例により提供される電極は、 GaN系半導体膜 301として AlGaN膜 (A1組成 比 0. 3)、第一金属膜 302として A1膜 (膜厚 60nm)、第二金属膜 303として Nb膜 (膜 厚 35nm)、融点が Alの融点以上の金属からなる第三金属膜 304として Au膜 (膜厚
50nm)を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、 950°Cの熱 処理を行なうことで形成した。
[0103] このような電極構造にぉ 、ては、 Nb膜が A1膜表面を覆って 、るため電極材料の半 導体膜に対する被覆率が低下することなぐ 5 X 10— 6 Ω cm2以下の低コンタクト抵抗 を有する電極を得ることができる。同時に、 Nb膜と A1膜とが 950°Cではほとんど反応 しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検 出するための目合わせマークとして問題なく使用することができる。
[0104] なお、本実施例では、第一金属膜として A1膜を用いたが、第一金属膜としては A1 膜とその他の金属との混合物カゝらなる金属膜でもよぐもしくは Si、 Nを混合しても良 い。ただし、 A1の比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、 A1を主 成分とすることができる。
[0105] また、第二金属膜 303として Nb膜を用いた力 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zr 力 なる群力 選ばれたいずれ力 1種以上の金属からなる金属膜で代用することも可 能であり、また、本実施例では、 A1膜からなる第一金属膜 302の厚さを 60nm、 Nb層 力もなる第二金属膜 303の厚さを 35nmとしたが、 A1膜、 Nb膜の厚さは所望の厚さと することができる。ただし、 Nb膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪 化する可能性があるため、 Nb膜の厚さは 10nm以上とすることができる。
[0106] また、本実施例では AlGaN膜の A1組成比を 0. 3とした力 AlGaN膜の A1組成比 も所望の組成比とすることができる。
[0107] 同様に、本実施例では、融点が A1の融点より高い金属力もなる第三金属膜 304と して厚さ 50nmの Au膜を用いた力 融点が A1の融点より高い金属力もなる第三金属 膜 304は、本質的に、半導体膜と電極材料とのコンタクト抵抗および表面形状に直 接寄与するものではない。
[0108] そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向 の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜 304は特に必要とはしない。ただし、実 際の半導体素子での使用を鑑みた場合、 Nb膜表面の保護、および電極表面に平 行な方向の抵抗を下げる目的から、 Cu、 Ti、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Pt、 Pd、 Rh、 Au および Zrからなる群力 選ばれたいずれか 1種以上の金属からなる金属膜を配する ことができる。
[0109] また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の 方法で積層することも可能である。
[0110] さらに、本実施例では、熱処理温度を 850°Cとした力 熱処理温度は A1の融点を超 える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾 向にあるため、 800°C以上の熱処理を行うことができる。
[0111] また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属 組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
[0112] く実施例 4 >
図 4は、本実施例により提供される電極の一例を示す断面構造図である。
[0113] 本実施例により提供される電極は、 GaN系半導体膜 401として AlGaN (Al組成比 0. 3)、融点が A1の融点より高い金属力もなる中間金属膜 402として Ti (膜厚 15nm) 、第一金属膜 403として A1膜 (膜厚 60nm)、第二金属膜 404として Nb膜 (膜厚 35η m)、融点が A1の融点より高い金属力もなる第三金属膜 405として Au膜 (膜厚 50nm )を電子銃蒸着し、例えば、リフトオフ等の方法でパターニング後、 850°Cの熱処理を 行なうことで形成した。
[0114] このような電極構造においては、 Nb膜が A1膜表面を覆っているため電極材料の半 導体膜に対する被覆率が低下することなぐ 5 X 10— 6 Ω cm2以下の低コンタクト抵抗 を有する電極を得ることができた。同時に、 Nb膜と A1膜とが 850°Cではほとんど反応 しないため、非常に平坦な電極表面形状を得ることができ、光学センサーで位置検 出するための目合わせマークとして問題なく使用することができた。
[0115] 図 6は、従来技術により提供される電極の表面と、本発明により提供される電極の 表面とを比較して示す光学顕微鏡による写真図である。
[0116] 従来技術である TiZAlZMoZAu構造を備える電極は、図 6の左図に示すように 、 850°C (30秒)の熱処理により、電極表面に荒い凹凸が形成された。一方、本実施 の形態の構造である、 A1以上の融点を有し、かつ A1の融点以上の熱処理温度でも A 1と共晶合金を作り難 ヽ金属材料として Nbからなる第二金属膜を用いた TiZAlZNb ZAu構造を備える電極は、図 6の右図に示すように、 850°C (30秒）の熱処理によつ ても、電極表面の形状が平坦なままであった。
[0117] このような電極を備える半導体素子においては、平坦な電極表面が形成できること で、微細な電極パターンを制御性よく作製することができ、半導体素子の特性を向上 することができた。 [0118] なお、本実施例では、融点が A1の融点より高い金属からなる中間金属膜 402として Ti膜を用いたが、 Ti、 Nb、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Mn、 Pt、 Pd、 Rh、 Yおよび Zrから なる群力 選ばれたいずれか 1種以上の金属力 なる金属膜で代用することも可能 である。
[0119] また、 Ti膜の膜厚を 15nmとした力 融点が A1の融点より高い金属からなる中間金 属膜 402の厚さは所望の厚さとすることができる。ただし、熱処理時に A1と反応する 金属を用いた場合、融点が A1の融点より高い金属力もなる中間金属膜 402との反応 で、第一金属膜 403に含まれる A1がすべて使われてしまう可能性があるため、その 可能性を低減するために、融点が A1の融点より高 、金属からなる中間金属膜 402の 厚さは Aほたは A1合金力もなる第一金属膜 403の厚さより薄くすることができる。
[0120] また、本実施例では AlGaN膜の A1組成比を 0. 3とした力 AlGaN膜の A1組成比 も所望の組成比とすることができる。
[0121] 同様に、本実施例では、第一金属膜 403として A1膜を用いたが、第一金属膜として は A1とその他の金属との混合物力もなる金属膜でもよぐもしくは Si、 Nを混合しても 良い。ただし、 A1の比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため、 A1を 主成分とすることが好ま ヽ。
[0122] また、第二金属膜 404として Nb膜を用いた力 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zr 力 なる群力 選ばれたいずれ力 1種以上の金属からなる金属膜で代用することも可 能である。
[0123] 同様に、本実施例では、 A1膜からなる第一金属膜 403の厚さを 60nm、 Nb膜から なる第二金属膜 404の厚さを 35nmとした力 A1膜、 Nb膜の厚さは所望の厚さとする ことができる。ただし、 Nb膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化す る可能性があるため、 Nb膜の厚さは 10nm以上とすることができる。
[0124] 同様に、本実施例では、融点が A1の融点より高い金属力もなる第三金属膜 405と して厚さ 50nmの Au膜を用いた力 融点が A1の融点より高い金属力もなる第三金属 膜 405は、本質的に、半導体と金属のコンタクト抵抗および表面形状に直接寄与す るものではない。
[0125] そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向 の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜は特に必要とはしない。ただし、実際の 半導体素子での使用を鑑みた場合、 Nb膜表面の保護、および電極表面に平行な 方向の抵抗を下げる目的から、 Cu、 Ti、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Pt、 Pd、 Rh、 Auおよ び Zr力 なる群力 選ばれたいずれか 1種以上の金属力 なる金属膜を配すること ができる。
[0126] また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の 方法で積層することも可能である。
[0127] さらに、本実施例では、熱処理温度を 850°Cとした力 熱処理温度は A1の融点を超 える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾 向にあるため、 800°C以上の熱処理を行うことができる。
[0128] また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属 組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
[0129] <実施例 5 >
図 5は、本実施例により提供される半導体素子の一例を示す断面構造図である。
[0130] 本実施例により提供される半導体素子は、電界効果トランジスタである。
[0131] この電界効果トランジスタは、例えば、 SiC基板 501上に、それぞれ有機金属を用 いた気相成長法で形成された、 A1Nバッファ層 502 (膜厚 100nm)、 GaNキャリア走 行層 503 (膜厚 2 μ m)、 AlGaNキャリア供給層 504 (A1組成比 0. 3、膜厚 30nm)を 順に積層した構造を有し、この AlGaNキャリア供給層 504上には、上記の電極から なるソース電極 505およびドレイン電極 506と、上記の電極とは異なる構造力 なる ゲート電極 507とを備える。
[0132] 上記のソース電極 505およびドレイン電極 506を形成するには、まず AlGaNキヤリ ァ供給層 504をフォトレジストで覆い、ステツパ等の露光装置を用い、ソース電極 505 およびドレイン電極 506を配する部分、同時に他の金属を配置する際の目合わせマ ークを配する部分のフォトレジストを感光、除去する。
[0133] 次 、で、融点が A1の融点より高 、金属からなる中間金属膜 402として Nb膜 (膜厚 7 nm)、第一金属膜 403として A1膜 (膜厚 65nm)、第二金属膜 404として Nb膜 (膜厚 35nm)、融点が A1の融点より高い第三金属膜 405として Au膜 (膜厚 50nm)を順に 積層する形で電子銃蒸着により成膜して、リフトオフにより不要な金属を除去した後、
900°Cの熱処理を行うことにより、ソース電極 505およびドレイン電極 506が形成され る。
[0134] 上記の工程中に、同時に、他の金属を配置する際の目合わせマークも形成される 。その後、再度フォトレジストで覆い、電子線露光等の露光装置を用いてこの目合わ せマークを基準にゲート電極 507を配する部分のフォトレジストを感光、除去する。
[0135] 次いで、例えば、ゲート電極 507として Ni膜 (膜厚 15nm)および Au膜 (膜厚 300η m)を順に積層する形で電子銃蒸着により成膜して、リフトオフにより不要な金属を除 去することで、ゲート電極 507が形成され、電界効果トランジスタが作製される。
[0136] このような電極構造においては、 Nb膜が A1膜表面を覆っているため、電極材料の 半導体膜に対する表面被覆率が低下することがなぐ 5 X 10 6 Q cm2以下の低コン タクト抵抗を有するソース電極またはドレイン電極などの電極を得ることができる。
[0137] 同時に、 Nb膜と A1膜とが 900°Cではほとんど反応せず、非常に平坦な電極表面形 状を得ることができるため、ソース電極またはドレイン電極などの電極と同時に目合わ せマークを形成することができる。そのため、この目合わせマークを基準にゲート電 極を配置できることから、ソース電極 ドレイン電極間の狭い、微細な電界効果トラン ジスタを形成することができる。さら〖こ、別途目合わせマークを形成する工程が省か れ、電界効果トランジスタ作製に要する期間、または工数を削減することができる。
[0138] なお、本実施例では、電界効果トランジスタに用いる結晶構造の一例として上記の 構造を示したが、電界効果トランジスタに用いる結晶構造としては、目的に応じ任意 の構造とすることができる。
[0139] また、融点が A1の融点より高い金属力もなる中間金属膜 402として Nb膜を用いた 1S Ti、 Nb、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Mn、 Pt、 Pd、 Rh、 Yおよび Zrからなる群から選 ばれたいずれか 1種以上の金属力 なる金属膜で代用することも可能である。
[0140] また、上記の Nb膜の膜厚を 7nmとした力 融点が A1の融点より高い金属力もなる 中間金属膜 402の厚さは、所望の厚さとすることができる。
[0141] また、本実施例では AlGaNキャリア供給層の A1組成比を 0. 3とした力 AlGaNキ ャリア供給層の A1組成比も所望の組成比とすることができる。 [0142] ただし、熱処理時に Alと反応する金属を用いた場合、融点が A1の融点より高 、金 属からなる中間金属膜 402との反応で、第一金属膜 403に含まれる A1のすべてが使 われてしまう可能性があるため、その可能性を低減するために、融点が A1の融点より 高い金属力もなる中間金属膜 402の厚さは、 Aほたは A1合金力もなる第一金属膜 4 03の厚さより薄くすることができる。
[0143] 同様に、本実施例では、第一金属膜 403として A1膜を用いたが、第一金属膜 403 としては A1とその他の金属との混合物カゝらなる金属膜でもよぐもしくは Si、 Nを混合 しても良い。ただし、 A1の比率が低下するとコンタクト抵抗が高くなる傾向があるため 、 A1を主成分とすることが好ましい。
[0144] また、第二金属膜 404として Nb膜を用いた力 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zr 力 なる群力 選ばれたいずれ力 1種以上の金属からなる金属膜で代用することも可 能である。
[0145] また、本実施例では、 A1膜からなる第一金属膜 403の厚さを 65nm、 Nb膜からなる 第二金属膜 404の厚さを 35nmとした力 A1膜、 Nb膜の厚さは所望の厚さとすること ができる。ただし、 Nb膜の厚さが薄くなると強度の問題から、表面形状が悪化する可 能性があるため、 Nb膜の厚さは 10nm以上とすることができる。
[0146] 同様に、本実施例では、融点が A1の融点より高い金属力もなる第三金属膜 405と して厚さ 50nmの Au膜を用いた力 融点が A1の融点より高い金属力もなる第三金属 膜 405は、本質的に、半導体と金属とのコンタクト抵抗および表面形状に寄与するも のではない。
[0147] そのため、半導体素子外部との直接接触が無い場合や、電極表面に平行な方向 の抵抗を問題としない場合には、第三金属膜 405は特に必要とはしない。ただし、実 際の半導体素子での使用を鑑みた場合、 Nb膜表面の保護、および電極表面に平 行な方向の抵抗を下げる目的から、 Cu、 Ti、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Pt、 Pd、 Rh、 Au および Zrからなる群力 選ばれたいずれか 1種以上の金属からなる金属膜を配する ことができる。
[0148] また、本実施例では、金属膜を電子銃蒸着により形成したが、スパッタ蒸着等他の 方法で積層することも可能である。 [0149] さらに、本実施例では、熱処理温度を 850°Cとした力 熱処理温度は A1の融点を超 える温度であれば良い。但し、熱処理温度を高くすればコンタクト抵抗が低くなる傾 向にあるため、 800°C以上の熱処理を行うことができる。
[0150] また、熱処理の後、別途新たな金属膜を積層する場合は目的に応じ、所望の金属 組成、厚さを有する金属膜を積層することが可能である。
[0151] 以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種 々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に 理解されるところである。
[0152] たとえば、上記実施例では、半導体素子として電界効果トランジスタを用いた力 例 えば、 ΠΙ族窒化物半導体膜を用いた半導体素子であることができ、その中でも、発 光ダイオード、レーザーダイオード、ショットキダイオード、バイポーラトランジスタなど の半導体素子としてもよい。この場合、これらの半導体素子においては、プロセスェ 程の短縮あるいは微細なパターンの高精度化が強く求められているため、本発明を 用いることにより、同様の効果を得ることができる。

Claims

請求の範囲
[I] 基板上に形成された半導体膜上に、該半導体膜の側から順に積層された第一金 属層と第二金属層とを有し、
少なくとも前記第一金属層と前記第二金属層を A1の融点よりも 40°C以上高い温度 で熱処理して前記半導体膜とオーム性接触する電極であって、
前記第一金属層を形成する第一金属材料が A1からなり、前記第一金属材料と前 記第二金属膜を構成する第二の金属材料との共晶合金の融点が、前記熱処理する 温度よりも高ぐ且つ、前記第二の金属材料と A1との合金化の開始温度が、 A1の融 点以上であることを特徴とする電極。
[2] 前記第二の金属材料と A1との合金化の開始温度が、前記熱処理温度以上である ことを特徴とする請求項 1に記載の電極。
[3] 前記熱処理する温度が 800°C以上であることを特徴とする請求項 1に記載の電極。
[4] 前記共晶合金の融点が、 1100°C以上である請求項 1に記載の電極。
[5] 前記第二金属層を形成する金属材料が、 Nb、 W、 Fe、 Hf、 Re、 Taおよび Zrから なる群より選ばれる 1種以上の金属力 なることを特徴とする請求項 1に記載の電極。
[6] 前記第一金属層と前記第二金属層との間に第三金属層を有することを特徴とする 請求項 1に記載の電極。
[7] 前記第三金属層が、第一の金属材料と第二の金属材料とから構成された合金であ ることを特徴とする請求項 5に記載の電極。
[8] 前記半導体膜が、 III族窒化物半導体膜であることを特徴とする請求項 1に記載の 電極。
[9] 前記第一金属層と前記半導体膜との間に中間金属層を有し、
該中間金属層が、 A1の融点以上の融点を有する金属材料力もなることを特徴とす る請求項 1に記載の電極。
[10] 前記第一金属層の一部または全部が、前記第一金属材料と、前記中間金属層を 構成する金属材料との合金層からなることを特徴とする請求項 9に記載の電極。
[II] 前記中間金属層を構成する金属材料力 Ti、 Nb、 V、 W、 Ta、 Re、 Mo、 Mn、 Pt、 Pd、 Rh、 Y、 Zr力もなる群より選ばれる 1種以上の金属力もなることを特徴とする請求 項 10に記載の電極。
[12] 前記中間層が、 Tiあるいは Nbからなり、前記第二金属層が、 Nbからなることを特徴 とする請求項 11に記載の電極。
[13] 前記第二金属膜の上部に A1の融点以上の融点を有する第三金属材料力もなる第 三金属層をさらに備えることを特徴とする請求項 1に記載の電極。
[14] 前記第二金属材料が、 Nbからなり、前記第三金属材料が、 Auからなることを特徴 とする請求項 13に記載の電極。
[15] 半導体膜と、該半導体膜上に設けられた電極とを備える半導体素子であって、該 電極が、請求項 1に記載の電極であることを特徴とする半導体素子。
[16] 半導体膜上に形成された電極の製造方法であって、
前記半導体膜上に、第一金属膜を形成する工程と、
第二金属膜を形成する工程と、
前記第一金属膜と前記第一金属膜とを A1の融点よりも 40°C以上高い温度で熱処 理を行なう工程とを有し、
前記第一金属膜と前記第二金属膜の共晶合金の融点が前記熱処理を行なう工程 の温度よりも高ぐ且つ、前記第二の金属材料と A1との合金化の開始温度が、 A1の 融点以上であることを特徴とする電極の製造方法。
[17] 前記第二の金属材料と A1との合金化の開始温度が、前記熱処理温度以上である ことを特徴とする請求項 16に記載の電極の製造方法。
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