氮化物半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】氮化物半導(dǎo)體器件包括：襯底(10)；氮化物半導(dǎo)體疊層體(20)；和由TiAl類材料構(gòu)成的歐姆電極(11、12)。氮化物半導(dǎo)體疊層體(20)具有：形成在上述襯底(10)上的第一氮化物半導(dǎo)體層(1)；和與第一氮化物半導(dǎo)體層(1)形成異質(zhì)界面的第二氮化物半導(dǎo)體層(2)。該氮化物半導(dǎo)體器件，在從上述歐姆電極(11、12)至上述氮化物半導(dǎo)體疊層體(20)的深度方向的氧濃度分布中，在比上述歐姆電極(11、12)與上述氮化物半導(dǎo)體疊層體(20)的界面更靠上述襯底(10)側(cè)的區(qū)域的上述界面附近的位置，具有第一氧濃度峰，在比上述第一氧濃度峰深的位置具有氧濃度為3×1017cm-3以上并且1.2×1018cm-3以下的第二氧濃度峰。
【專利說明】氮化物半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 以往，作為氮化物半導(dǎo)體器件，有對(duì)η型GaN接觸層的表面進(jìn)行氧等離子體處理形 成氧摻雜層后，在該η型GaN接觸層上形成歐姆電極，由此使η型GaN接觸層與歐姆電極的 接觸電阻降低的氮化物半導(dǎo)體器件（參照日本特許第2967743號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)1))。
[0003] 然而，對(duì)于上述氮化物半導(dǎo)體器件，本發(fā)明人實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在對(duì)GaN層進(jìn)行氧等 離子體處理后形成有歐姆電極的情況下，歐姆電極的接觸電阻高，無論怎么做也未能得到 充分低的接觸電阻。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特許第2967743號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008] 因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供能夠使氮化物半導(dǎo)體層與歐姆電極的 接觸電阻降低的氮化物半導(dǎo)體器件。
[0009] 用于解決技術(shù)問題的手段
[0010] 本發(fā)明人對(duì)在氮化物半導(dǎo)體層上形成的歐姆電極的接觸電阻進(jìn)行了專心致志的 研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在由TiAl類材料構(gòu)成的歐姆電極與氮化物半導(dǎo)體層的界面的襯底側(cè)的 區(qū)域產(chǎn)生了在上述界面附近產(chǎn)生的第一氧濃度峰和位于比第一氧濃度峰深的位置的第二 氧濃度峰的情況下，氮化物半導(dǎo)體層與歐姆電極的接觸電阻的特性根據(jù)上述第二氧濃度峰 的氧濃度而變化。
[0011] 另外，本發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)比上述界面更靠襯底側(cè)的第二氧濃度峰的 氧濃度在特定的范圍內(nèi)時(shí)，接觸電阻大幅減少。
[0012] 基于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的特征在于，包括：
[0013] 襯底；
[0014] 形成在上述襯底上并且具有異質(zhì)界面的氮化物半導(dǎo)體疊層體；和
[0015] 至少一部分形成在上述氮化物半導(dǎo)體疊層體上或上述氮化物半導(dǎo)體疊層體內(nèi)的 由TiAl類材料構(gòu)成的歐姆電極，
[0016] 上述氮化物半導(dǎo)體疊層體具有：
[0017] 形成在上述襯底上的第一氮化物半導(dǎo)體層；和
[0018] 形成在上述第一氮化物半導(dǎo)體層上并且與上述第一氮化物半導(dǎo)體層形成異質(zhì)界 面的第二氮化物半導(dǎo)體層，
[0019] 在從由上述TiAl類材料構(gòu)成的歐姆電極至上述氮化物半導(dǎo)體疊層體的深度方向 的氧濃度分布中，
[0020] 在比上述歐姆電極與上述氮化物半導(dǎo)體疊層體的界面更靠上述襯底側(cè)的區(qū)域的 上述界面附近的位置，具有第一氧濃度峰，
[0021] 在比上述第一氧濃度峰深的位置具有第二氧濃度峰，
[0022] 上述第二氧濃度峰的氧濃度為3X 1017cnT3以上并且1. 2X 1018cnT3以下。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，在由上述TiAl類材料構(gòu)成的歐姆電極與上述 氮化物半導(dǎo)體疊層體的界面的上述襯底側(cè)的區(qū)域，在比上述界面附近的上述第一氧濃度峰 的位置深的位置具有氧濃度為3X 1017cnT3以上并且1. 2X 1018cnT3以下的第二氧濃度峰，由 此，能夠使上述氮化物半導(dǎo)體疊層體與上述歐姆電極的接觸電阻降低。
[0024] 另外，在一個(gè)實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件中，上述第二氧濃度峰的位置為距上 述界面65nm以上并且llOnm以下的深度。
[0025] 根據(jù)該實(shí)施方式，上述第二氧濃度峰位于距上述界面65nm以上并且llOnm以下的 深度，由此，能夠使上述氮化物半導(dǎo)體疊層體與上述歐姆電極的接觸電阻降低。
[0026] 另外，在一個(gè)實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件中，上述氮化物半導(dǎo)體疊層體具有貫 通上述第二氮化物半導(dǎo)體層到達(dá)上述異質(zhì)界面附近的二維電子氣層的凹部，上述歐姆電極 的至少一部分被埋入上述凹部中。
[0027] 根據(jù)該實(shí)施方式，在凹型結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，能夠使上述異質(zhì)界面附近 的二維電子氣層與歐姆電極的接觸電阻降低。
[0028] 發(fā)明效果
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，在由TiAl類材料構(gòu)成的歐姆電極與氮化物半 導(dǎo)體疊層體的界面的襯底側(cè)的區(qū)域，在比上述界面附近的第一氧濃度峰的位置深的位置具 有氧濃度為3X 1017cnT3以上并且1. 2X 1018cnT3以下的第二氧濃度峰，因此，能夠使上述氮 化物半導(dǎo)體疊層體與歐姆電極的接觸電阻降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0031] 圖2是用于對(duì)上述氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法進(jìn)行說明的工序截面圖。
[0032] 圖3是緊接著圖2的工序截面圖。
[0033] 圖4是緊接著圖3的工序截面圖。
[0034] 圖5是緊接著圖4的工序截面圖。
[0035] 圖6是表示歐姆電極與GaN層的界面的從歐姆電極側(cè)至GaN層側(cè)的深度方向的氧 的濃度分度的曲線圖。
[0036] 圖7是表示歐姆電極與GaN層的界面的從歐姆電極側(cè)至GaN層側(cè)的深度方向的 氧、Al、Ti、Ga的濃度分度的曲線圖。
[0037] 圖8是表示上述實(shí)施方式的第二氧濃度峰P2的氧濃度（cnT3)與源極、漏極電極的 接觸電阻的關(guān)系的曲線圖。
[0038] 圖9是表示上述實(shí)施方式的制造工序的干式蝕刻中的自偏置電位Vdc與源極、漏 極電極的接觸電阻的關(guān)系的曲線圖。
[0039] 圖10是表示上述實(shí)施方式的第二氧濃度峰P2的深度與源極、漏極電極的接觸電 阻的關(guān)系的曲線圖。
[0040] 圖11是表示比較例的歐姆電極與GaN層的界面的從歐姆電極側(cè)至GaN層側(cè)的深 度方向的氧的濃度分度的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041] 以下，利用圖示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0042] 圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的截面圖，該氮化物半導(dǎo)體器件 是 GaN 類 HFET (Hetero-junction Field Effect Transistor:異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。
[0043] 該半導(dǎo)體器件，如圖1所示，在Si襯底10上形成有無摻雜AlGaN緩沖層15和氮 化物半導(dǎo)體疊層體20,該氮化物半導(dǎo)體疊層體20包括作為第一氮化物半導(dǎo)體層的一個(gè)例 子的無摻雜GaN層1和作為第二氮化物半導(dǎo)體層的一個(gè)例子的無摻雜AlGaN層2。在該無 摻雜GaN層1與無摻雜AlGaN層2的界面附近產(chǎn)生2DEG層（二維電子氣層）3。
[0044] 此外，可以代替上述GaN層1而使用具有帶隙比上述AlGaN層2小的組成的AlGaN 層。另外，可以在上述AlGaN層2上設(shè)置例如由GaN構(gòu)成的約lnm厚度的層作為覆蓋層。
[0045] 另外，在貫通上述AlGaN層2和2DEG層3到達(dá)GaN層1的凹部106和凹部109中 相互隔開間隔地形成有源極電極11和漏極電極12。另外，在AlGaN層2上，在源極電極11 與漏極電極12之間并且在源極電極11側(cè)形成有柵極電極13。源極電極11和漏極電極12 為歐姆電極，柵極電極13為肖特基電極。由上述源極電極11、漏極電極12、柵極電極13和 形成有該源極電極11、漏極電極12、柵極電極13的GaN層l、AlGaN層2的有源區(qū)域（活性 區(qū)域）構(gòu)成HFET。
[0046] 在此，有源區(qū)域是通過對(duì)AlGaN層2上的配置在源極電極11與漏極電極12之間 的柵極電極13施加的電壓，在源極電極11與漏極電極12之間流動(dòng)載流子的氮化物半導(dǎo)體 疊層體20 (GaN層1、AlGaN層2)的區(qū)域。
[0047] 在除了形成有源極電極11、漏極電極12和柵極電極13的區(qū)域以外的AlGaN層2 上，為了保護(hù)AlGaN層2,形成有由Si0 2構(gòu)成的絕緣層30。另外，在形成有源極電極11、漏 極電極12和柵極電極13的Si襯底10上，形成有由聚酰亞胺構(gòu)成的層間絕緣膜40。另外， 在圖1中，41是作為接觸部的通孔，42是漏極電極焊盤。此外，絕緣膜并不限于Si0 2，也可 以使用SiN或A1203等。特別地，作為絕緣膜，為了抑制崩塌（collapse)，優(yōu)選在半導(dǎo)體層表 面形成不符合化學(xué)計(jì)量的SiN膜和用于保護(hù)表面的Si0 2或SiN的多層膜結(jié)構(gòu)。另外，層間 絕緣膜并不限于聚酰亞胺，也可以使用通過P-CVD (等離子體CVD)制造的Si02膜、SOG (Spin On Glass :旋涂玻璃）、BPSG (硼磷硅酸鹽玻璃）等絕緣材料。
[0048] 在上述結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，在GaN層1與AlGaN層2的界面附近產(chǎn)生的二 維電子氣層（2DEG層）3中形成溝道，通過對(duì)柵極電極13施加電壓來控制該溝道，使具有源 極電極11、漏極電極12和柵極電極13的HFET導(dǎo)通/截止。該HFET是常開型（normal ly-on type)的晶體管，其在柵極電極13被施加負(fù)電壓時(shí)，在柵極電極13下方的GaN層1形成耗 盡層，成為截止?fàn)顟B(tài)，而在柵極電極13的電壓為零時(shí)，在柵極電極13下方的GaN層1，耗盡 層消失，成為導(dǎo)通狀態(tài)。
[0049] 接著，根據(jù)圖2?圖5對(duì)上述氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法進(jìn)行說明。此外，在圖 2?圖5中，為了使得容易觀察附圖，未圖示Si襯底和無摻雜AlGaN緩沖層，而且改變了源 極電極與漏極電極的大小和間隔。
[0050] 首先，如圖2所示，在Si襯底（未圖示）上，利用MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition :金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積）法，依次形成無摻雜AlGaN緩沖層（未圖示）、 無摻雜GaN層101和無摻雜AlGaN層102。無摻雜GaN層101的厚度例如為1 μ m，無摻雜 AlGaN層102的厚度例如為30nm。該GaN層101和AlGaN層102構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體疊層體 120。
[0051] 接著，利用例如等離子體CVD (Chemical Vapor Deposition :化學(xué)氣相沉積）法在 AlGaN層102上形成200nm厚度的絕緣膜130 (例如Si02)。在圖2中，103是在GaN層101 與AlGaN層102的異質(zhì)界面附近形成的二維電子氣層（2DEG層）。
[0052] 接著，在絕緣膜130上涂敷光致抗蝕劑（未圖示）進(jìn)行圖案化后，利用干式蝕刻， 如圖3所示，除去要形成歐姆電極的部分，貫通AlGaN層102在GaN層101的上側(cè)的一部分 形成比2DEG層103深的凹部106、109。在上述干式蝕刻中，使用氯類的氣體。該凹部106、 109的深度只要為從AlGaN層102的表面至2DEG層103的深度以上即可，例如為50nm。
[0053] 另外，在該實(shí)施方式中，在上述干式蝕刻中，將RIE(reactive ion etching:反應(yīng) 離子蝕刻）裝置的自偏置電位Vdc設(shè)定為180V以上并且240V以下。
[0054] 接著，依次進(jìn)行02等離子體處理、利用HC1/H20 2進(jìn)行的清洗、利用BHF(緩沖氫氟 酸）或1%的HF(氫氟酸）進(jìn)行的清洗。然后，進(jìn)行用于使由上述干式蝕刻導(dǎo)致的蝕刻損傷 減少的退火（例如500?850°C )。
[0055] 接著，如圖4所示，利用濺射，在絕緣膜130上和凹部106、109中依次層疊 Ti、Al、 TiN，由此，將Ti/Al/TiN層疊而形成作為歐姆電極的疊層金屬膜107。在此，TiN層是保護(hù) Ti/Al層免受后面工序的影響的覆蓋層。
[0056] 在利用上述濺射形成上述疊層金屬膜107時(shí)，在Ti成膜過程中使少量（例如 5sccm)的氧在腔室內(nèi)流動(dòng)。在此，上述氧的流量為不會(huì)生成Ti的氧化物的量。此外，可以 代替在上述Ti成膜過程中使少量的氧在腔室內(nèi)流動(dòng)，而在上述Ti成膜前使氧在腔室內(nèi)例 如以50sccm流動(dòng)5分鐘。
[0057] 此外，在上述濺射中，可以同時(shí)濺射Ti和A1兩者。另外，也可以代替濺射而蒸鍍 上述Ti、Al。
[0058] 接著，如圖5所示，利用通常的光刻法和干式蝕刻，形成歐姆電極111U12的圖案。
[0059] 然后，例如在400°C以上并且500°C以下對(duì)形成有歐姆電極111、112的襯底進(jìn)行10 分鐘以上的退火，由此在二維電子氣層（2DEG層）103與歐姆電極111U12之間得到歐姆接 觸。在該情況下，與在超過500°C的高溫進(jìn)行退火的情況相比，能夠使接觸電阻大幅降低。 另外，通過在400°C以上并且500°C以下的低溫進(jìn)行退火，能夠抑制電極金屬向絕緣膜130 的擴(kuò)散，不會(huì)對(duì)絕緣膜130的特性造成不良影響。另外，通過上述低溫的退火，能夠防止由 氮從GaN層101脫離導(dǎo)致的電流崩塌（current collapse)的惡化和特性變化。其中，"電 流崩塌"是指高電壓工作的晶體管的導(dǎo)通電阻與低電壓工作的晶體管的導(dǎo)通電阻相比變高 的現(xiàn)象。
[0060] 該歐姆電極111、112成為源極電極11和漏極電極12,在后面的工序中，在歐姆電 極111、112之間形成由TiN或WN等構(gòu)成的柵極電極。
[0061] 根據(jù)上述實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，在從作為上述歐姆電極的源 極電極11、漏極電極12至上述GaN層1的深度方向的氧濃度分布中，在上述源極電極11、 漏極電極12與上述GaN層1的界面SI、S2的上述無摻雜GaN層1側(cè)的上述界面SI、S2附 近的位置，形成第一氧濃度峰P1。另外，在比上述第一氧濃度峰P1深的位置形成第二氧濃 度峰P2。另外，利用上述制造方法，能夠使第二氧濃度峰P2的氧濃度為3X 1017cnT3以上并 且1. 2X 1018cnT3以下。另外，上述第一氧濃度峰的氧濃度比上述第二氧濃度峰的氧濃度高。 上述第一氧濃度峰的氧濃度例如為lXl〇 18(cnT3)以上并且7X1018(cnT3)以下。
[0062] 圖6是表示上述源極電極11與無摻雜GaN層1的界面S1的從源極電極11側(cè)至 上述GaN層1側(cè)的深度方向的氧的濃度分布的一個(gè)例子的曲線圖。在圖6中，縱軸刻度的 1. E+00U. E+0U ......、1』+06分別表示1.0、1.0父10、......、1. 0X 106。該曲線圖表示使 用TEG (測(cè)試元件組）通過SMS (二次離子質(zhì)譜法）測(cè)定的結(jié)果，橫軸取深度（nm)，縱軸取 相對(duì)二次離子強(qiáng)度（counts (計(jì)數(shù)））。在圖6中，作為一個(gè)例子，第一氧濃度峰P1位于從上 述界面S1起向上述GaN層1側(cè)約8nm的深度，第二氧濃度峰P2位于從上述界面S1起向上 述GaN層1側(cè)約108nm的深度。在圖6的一個(gè)例子中，上述第二氧濃度峰P2的氧濃度為約 8X10 17cnT3,使得歐姆電極（源極電極11)與GaN層1的接觸電阻為1. 4Ωπιπι。
[0063] 此外，上述界面S1與碳C的相對(duì)二次離子強(qiáng)度（counts(計(jì)數(shù)））的峰的位置對(duì)應(yīng)。 另外，上述漏極電極12與無摻雜GaN層1的界面S2的從漏極電極12側(cè)至上述GaN層1側(cè) 的深度方向的氧的濃度分布也與圖6的曲線圖同樣，使得歐姆電極（漏極電極12)與GaN 層1的接觸電阻為1. 4 Ω mm。
[0064] 圖7是表示上述源極電極11與無摻雜GaN層1的界面S1的從源極電極側(cè)至上述 GaN層1側(cè)的深度方向的氧的濃度分布和Al、Ti、Ga的濃度分布的曲線圖。在圖7中，縱軸 刻度的l.E+00、LE+01、......、1』+07分別表示1.0、1.0父10、......、1. 0X 107。該曲線圖 與圖6同樣表示使用TEG (測(cè)試元件組）通過SMS (二次離子質(zhì)譜法）測(cè)定的結(jié)果，橫軸取 深度（nm)，縱軸取相對(duì)二次離子強(qiáng)度（counts (計(jì)數(shù)））。上述界面S1與碳C的相對(duì)二次離 子強(qiáng)度（counts(計(jì)數(shù)））的峰的位置對(duì)應(yīng)。在圖7的曲線圖中，作為一個(gè)例子，從深度約 378nm至深度約438nm的區(qū)域?yàn)榻缑娓浇膮^(qū)域R1，與界面S1相比向淺的一側(cè)約27nm和 與界面S1相比向深的一側(cè)約33nm的范圍為界面附近的區(qū)域R1。
[0065] 此外，上述漏極電極12與無摻雜GaN層1的界面S2的從漏極電極12側(cè)至上述 GaN層1側(cè)的深度方向的Al、Ti、Ga的濃度分布也與圖7的曲線圖同樣。
[0066] 接著，圖8表示上述氮化物半導(dǎo)體疊層體20的2DEG層3與上述源極電極11、漏極 電極12的接觸電阻（Ωπιπι)與上述第二氧濃度峰P2的氧濃度（cnT3)的關(guān)系。在圖8中，橫 軸刻度的 E+17、E+18、E+19 分別表示 X ΙΟ17、X ΙΟ18、X 1019。
[0067] 由圖8可知，通過使上述第二氧濃度峰P2的氧濃度（cnT3)為3X 1017cnT3以上并且 1. 2X 1018cnT3以下，能夠使上述接觸電阻降低至約2 Qmm以下。
[0068] 另一方面，當(dāng)上述第二氧濃度峰Ρ2的氧濃度低于3X1017cnT3時(shí)，接觸電阻急劇 增大。可以認(rèn)為這是因?yàn)?，?dāng)上述第二氧濃度峰P2的氧濃度過低時(shí)，作為形成歐姆接觸 所需要的GaN層側(cè)的反應(yīng)的氧的活化不足。另外，當(dāng)上述第二氧濃度峰P2的氧濃度高于 1.2X10 18cnT3時(shí)，接觸電阻急劇增大?？梢哉J(rèn)為這是因?yàn)椋?dāng)上述第二氧濃度峰P2的氧濃 度過高時(shí)，過剩的氧與Ti反應(yīng)，作為形成歐姆接觸所需要的GaN層1側(cè)的反應(yīng)的利用Ti從 GaN奪取N的反應(yīng)無法充分進(jìn)行。
[0069] S卩，可以認(rèn)為，根據(jù)該實(shí)施方式，通過將第二氧濃度峰P2的氧濃度設(shè)定在 3X 1017cnT3?1. 2X 1018cnT3的范圍內(nèi)，能夠促進(jìn)形成歐姆電極所需要的GaN層1側(cè)的氧的 活化和從GaN奪取N的反應(yīng)，因此，能夠形成約2 Ω mm以下的低電阻的歐姆接觸。
[0070] 圖11是表示上述實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件（GaN類HFET)的比較例中的歐姆 電極（源極電極、漏極電極）與無摻雜GaN層的界面S0的從歐姆電極側(cè)至GaN層側(cè)的深度 方向的氧的濃度分布的曲線圖。在圖11中，縱軸刻度的l.E+00、l.E+01、……、1.Ε+06分 別表示1. 0、1.0X10、……、1. 0X106。該比較例的截面結(jié)構(gòu)與圖1所示的上述實(shí)施方式的 截面結(jié)構(gòu)同樣，但是上述曲線圖所示的氧濃度分布與上述實(shí)施方式不同。
[0071] 圖11的曲線圖表示使用TEG(測(cè)試元件組）通過SMS (二次離子質(zhì)譜法）測(cè)定的 結(jié)果，橫軸取深度（nm)，縱軸取相對(duì)二次離子強(qiáng)度（counts (計(jì)數(shù)））。在圖11中，第一氧 濃度峰P10位于從上述界面S0起向上述GaN層側(cè)約15nm的深度，第二氧濃度峰P20位于 從上述界面S0起向上述GaN層側(cè)約115nm的深度。在該比較例中，上述第二氧濃度峰P20 處的氧濃度為2. 0 X 1017cnT3,低于3 X 1017cnT3,第二氧濃度峰P20快要無法形成濃度峰。因 此，在該比較例中，上述歐姆電極的接觸電阻高達(dá)70 Qmm，與上述實(shí)施方式的歐姆電極的接 觸電阻（約2Ωπιπι以下）相比，大幅增大。
[0072] 接著，參照?qǐng)D9,對(duì)在用于形成上述凹部106U09的干式蝕刻中，RIE裝置的自偏置 電位Vdc與上述源極電極11、漏極電極12的接觸電阻（Qmm)的關(guān)系進(jìn)行說明。由圖9可 知，通過將上述干式蝕刻時(shí)的自偏置電位Vdc設(shè)定為180V以上并且240V以下，能夠使上述 氮化物半導(dǎo)體疊層體20的2DEG層3與上述源極電極11、漏極電極12的接觸電阻（Qmm) 為2 Ωmm以下。
[0073] 另一方面，當(dāng)上述自偏置電位Vdc低于180V時(shí)，上述接觸電阻（Ωπιπι)急劇增大。 可以認(rèn)為這是因?yàn)?，?dāng)上述自偏置電位Vdc過小時(shí)，第二氧濃度峰Ρ2的氧濃度變得過低 (低于3 X 1017cnT3)，或者無法形成第二氧濃度峰P2。如上所述，可認(rèn)為當(dāng)?shù)诙鯘舛确錚2 的氧濃度低時(shí)，作為形成歐姆接觸所需要的GaN層側(cè)的反應(yīng)的氧的活化不足。
[0074] 另外，當(dāng)上述電位Vdc高于240V時(shí)，上述接觸電阻（Ωπιπι)急劇增大?？梢哉J(rèn)為 這是因?yàn)椋?dāng)上述電位Vdc過大時(shí)，在GaN層1側(cè)損傷過深，導(dǎo)致氧濃度變得過高（高于 1. 2X1018cnT3)。如上所述，可認(rèn)為當(dāng)?shù)诙鯘舛确錚2的氧濃度高時(shí)，作為形成歐姆接觸所 需要的GaN層1側(cè)的反應(yīng)的利用Ti從GaN奪取N的反應(yīng)無法充分進(jìn)行。
[0075] 接著，圖10表示第二氧濃度峰P2距上述界面S1的深度（nm)與上述源極電極11、 漏極電極12的接觸電阻（Qmm)的關(guān)系。由圖10可知，當(dāng)上述第二氧濃度峰P2距界面S1 的深度（nm)為65nm以上并且110nm以下的深度時(shí)，能夠使上述接觸電阻（Ωπιπι)為2 Ωπιπι 以下。當(dāng)上述第二氧濃度峰Ρ2距界面S1的深度（nm)小于65nm時(shí)，第一氧濃度峰Ρ1與第 二氧濃度峰P2的區(qū)別變得不明確。另外，當(dāng)上述第二氧濃度峰P2距界面S1的深度（nm) 大于110nm時(shí)，幾乎不能形成上述第二氧濃度峰P2。
[0076] 根據(jù)上述的上述實(shí)施方式的制造方法，能夠使上述第二氧濃度峰P2的氧濃度為 3 X 1017cnT3?1. 2 X 1018cnT3的范圍內(nèi)的值，并且能夠使第二氧濃度峰P2距上述界面S1的 深度（nm)為65nm以上并且110nm以下的深度（例如108nm)，從而能夠使得上述接觸電阻 (Ω mm)為 2 Ω mm 以下。
[0077] 可認(rèn)為，通過第二氧濃度峰P2距界面S1的深度為65nm?110nm，能夠使低溫下 (400°C?500°C的退火）的形成襯底側(cè)的歐姆接觸所需要的反應(yīng)（氧的活化、利用Ti奪取 N等）發(fā)生的深度最優(yōu)化，促進(jìn)形成歐姆接觸的反應(yīng)。
[0078] 此外，根據(jù)上述實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，利用干式蝕刻除去絕 緣膜130、AlGaN層102、GaN層101，形成凹部106、109,但是也可以利用濕式蝕刻除去絕緣 膜130,然后利用干式蝕刻除去AlGaN層102、GaN層101，由此形成凹部106、109。
[0079] 另外，根據(jù)上述實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，層疊 Ti/Al/TiN作為 歐姆電極，但是并不限于此，可以沒有TiN，另外，也可以在層疊 Ti/Al后，在其上層疊 Au、 Ag、Pt 等。
[0080] 另外，在上述實(shí)施方式中，對(duì)使用Si襯底的氮化物半導(dǎo)體器件進(jìn)行了說明，但是 并不限于Si襯底，也可以使用藍(lán)寶石襯底或SiC襯底，可以在藍(lán)寶石襯底或SiC襯底上生 長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體層，也可以像在GaN襯底上生長(zhǎng)AlGaN層等那樣，在由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的 襯底上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體層。另外，可以在襯底與氮化物半導(dǎo)體層之間形成緩沖層，也可以 在氮化物半導(dǎo)體疊層體的第一氮化物半導(dǎo)體層與第二氮化物半導(dǎo)體層之間形成異質(zhì)改善 層。
[0081] 另外，在上述實(shí)施方式中，對(duì)歐姆電極到達(dá)GaN層的凹型結(jié)構(gòu)的HFET進(jìn)行了說 明，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于不形成凹部而在無摻雜AlGaN層上形成作為源極電極和漏極 電極的歐姆電極的HFET。另外，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件并不限于利用二維電子氣的 HFET，即使是其他結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管也能得到同樣的效果。
[0082] 另外，在上述實(shí)施方式中，對(duì)常開型的HFET進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用 于常關(guān)型（normally-off type)的氮化物半導(dǎo)體器件。另外，并不限于肖特基電極，本發(fā)明 也可以應(yīng)用于絕緣柵結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0083] 本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的氮化物半導(dǎo)體只要為用AlxInyG ai_x_yN(x彡0、y彡0、 0 < x+y < 1)表示的氮化物半導(dǎo)體即可。
[0084] 對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，能 夠在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更而實(shí)施。
[0085] 符號(hào)說明
[0086] 1、101 GaN 層
[0087] 2、102 AlGaN 層
[0088] 3、103 2DEG 層
[0089] 10 Si 襯底
[0090] 11 源極電極
[0091] 12 漏極電極
[0092] 13 柵極電極
[0093] 15 AlGaN 緩沖層
[0094] 20、120氮化物半導(dǎo)體疊層體
[0095] 30、130 絕緣膜
[0096] 40 層間絕緣膜
[0097] 41 通孔
[0098] 42 漏極電極焊盤
[0099] 106、109 凹部
[0100] 111、112 歐姆電極
[0101] P1 第一氧濃度峰
[0102] P2 第二氧濃度峰
[0103] S1 界面
【權(quán)利要求】
1. 一種氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括： 襯底（10); 形成在所述襯底（10)上并且具有異質(zhì)界面的氮化物半導(dǎo)體疊層體（20、120);和 至少一部分形成在所述氮化物半導(dǎo)體疊層體（20、120)上或所述氮化物半導(dǎo)體疊層體 (20、120)內(nèi)的由TiAl類材料構(gòu)成的歐姆電極（11、12、111、112)， 所述氮化物半導(dǎo)體疊層體（20、120)具有： 形成在所述襯底（10)上的第一氮化物半導(dǎo)體層（1、1〇1);和 形成在所述第一氮化物半導(dǎo)體層（1、1〇1)上并且與所述第一氮化物半導(dǎo)體層（1、1〇1) 形成異質(zhì)界面的第二氮化物半導(dǎo)體層（2、102)， 在從由所述TiAl類材料構(gòu)成的歐姆電極（11、12、111、112)至所述氮化物半導(dǎo)體疊層 體（20、120)的深度方向的氧濃度分布中， 在比所述歐姆電極（11、12、111、112)與所述氮化物半導(dǎo)體疊層體（20、120)的界面更 靠所述襯底（10)側(cè)的區(qū)域的所述界面附近的位置，具有第一氧濃度峰， 在比所述第一氧濃度峰深的位置具有第二氧濃度峰， 所述第二氧濃度峰的氧濃度為3X 1017cnT3以上并且1. 2X 1018cnT3以下。
2. 如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于： 所述第二氧濃度峰的位置為距所述界面65nm以上并且llOnm以下的深度。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于： 所述氮化物半導(dǎo)體疊層體（20、120)具有： 貫通所述第二氮化物半導(dǎo)體層（2、102)到達(dá)所述異質(zhì)界面附近的二維電子氣層（3、 103)的凹部（106、109)， 所述歐姆電極（11、12、111、112)的至少一部分被埋入所述凹部（106、109)中。
【文檔編號(hào)】H01L29/778GK104115262SQ201380009413
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月15日
【發(fā)明者】森下敏, 藤田耕一郎 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社