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JP2010166012A - Ohmic electrode, semiconductor device, method for manufacturing ohmic electrode, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Ohmic electrode, semiconductor device, method for manufacturing ohmic electrode, and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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JP2010166012A
JP2010166012A JP2009094649A JP2009094649A JP2010166012A JP 2010166012 A JP2010166012 A JP 2010166012A JP 2009094649 A JP2009094649 A JP 2009094649A JP 2009094649 A JP2009094649 A JP 2009094649A JP 2010166012 A JP2010166012 A JP 2010166012A
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JP
Japan
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ohmic electrode
layer
electrode
back surface
manufacturing
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhide Sumiyoshi
和英 住吉
Makoto Kiyama
誠 木山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】AlGaN層の裏面(N原子面)上に低抵抗なオーミック電極を形成することが可能なオーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】オーミック電極16は、表面13aと、この表面13aと反対側の裏面12bとを有し、表面13aが(0001)面で、導電型がn型であるAlGaN層11の裏面12bに形成されたオーミック電極16において、オーミック電極16において裏面12bに接触している領域はWを含むことを特徴としている。オーミック電極16の製造方法は、裏面12bに接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むオーミック電極16を形成することを特徴としている。
【選択図】図1
An ohmic electrode, a semiconductor device, a method of manufacturing an ohmic electrode, and a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a low-resistance ohmic electrode on the back surface (N atomic surface) of an AlGaN layer are provided.
An ohmic electrode 16 has a front surface 13a and a back surface 12b opposite to the front surface 13a. The front surface 13a is a (0001) plane, and the back surface 12b of the AlGaN layer 11 is n-type conductivity. In the formed ohmic electrode 16, the region in contact with the back surface 12b in the ohmic electrode 16 includes W. The method for manufacturing the ohmic electrode 16 is characterized in that the ohmic electrode 16 including at least one of W and Mo is formed in a region in contact with the back surface 12b.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、オーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面が(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層の裏面に形成されたオーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an ohmic electrode, a semiconductor device, a method of manufacturing an ohmic electrode, and a method of manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention has a surface and a back surface opposite to the surface, and the surface is a (0001) surface. In addition, the present invention relates to an ohmic electrode, a semiconductor device, a method for manufacturing an ohmic electrode, and a method for manufacturing a semiconductor device, which are formed on the back surface of an Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) layer having n-type conductivity .

従来より、AlxGa(1-x)N(0≦x<1)(窒化アルミニウムガリウム、AlGaNとも言う)層を備えた半導体装置が知られている。このような半導体装置において、たとえばAlGaN層として表面が(0001)面のGaN(窒化ガリウム)基板およびこのGaN基板の表面(Ga(ガリウム)原子面)上に形成されたGaNエピタキシャル層を用いた縦型の半導体装置(たとえばSBD(Schottky Barrier Diode:ショットキーバリアダイオード)やLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)など)が提案されている。このような縦型の半導体装置においては、GaN基板の裏面(N(窒素)原子面)に接触抵抗(コンタクト抵抗)の低いオーミック電極を形成する必要がある。 Conventionally, a semiconductor device including an Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) (also referred to as aluminum gallium nitride or AlGaN) layer is known. In such a semiconductor device, for example, a vertical (0001) plane GaN (gallium nitride) substrate and a GaN epitaxial layer formed on the surface (Ga (gallium) atomic plane) of the GaN substrate are used as an AlGaN layer. Type semiconductor devices (for example, SBD (Schottky Barrier Diode), LED (Light Emitting Diode), etc.) have been proposed. In such a vertical semiconductor device, it is necessary to form an ohmic electrode having a low contact resistance (contact resistance) on the back surface (N (nitrogen) atomic surface) of the GaN substrate.

ここで、従来は異種基板であるサファイア基板の(0001)面上にCVD(Chemical Vapor Deposition:化学蒸着)法によりエピタキシャル成長させたGaN層を用いて半導体装置を形成することが一般的であった。このことから、このGaN層の表面は(0001)面であり、この表面(Ga原子面)上に電極が形成される。このため、Ga原子面上に形成された電極の特性は多くの研究により明確になってきている。   Heretofore, it has been common to form a semiconductor device using a GaN layer epitaxially grown by CVD (Chemical Vapor Deposition) on a (0001) surface of a sapphire substrate, which is a different substrate. From this, the surface of this GaN layer is a (0001) plane, and an electrode is formed on this surface (Ga atom plane). For this reason, the characteristics of the electrode formed on the Ga atom plane have been clarified by many studies.

一方、GaN基板の裏面(N原子面)に形成された電極の特性については報告例も少ない。また、GaN基板のGa原子面とN原子面とで、形成される電極の特性が異なるという報告もある(たとえば、非特許文献1参照)。非特許文献1では、GaN基板のGa原子面およびN原子面にチタン(Ti)とアルミニウム(Al)とを積層した導電体層を形成し、この導電体層を熱処理することで電極を形成し、これらの電極の特性を比較している。非特許文献1の図2において、N原子面に形成された電極は、Ga原子面に形成された電極よりも電流が流れにくいことが報告されている。   On the other hand, there are few reports on the characteristics of the electrodes formed on the back surface (N atomic surface) of the GaN substrate. There is also a report that the characteristics of the electrodes formed are different between the Ga atom plane and the N atom plane of the GaN substrate (see, for example, Non-Patent Document 1). In Non-Patent Document 1, a conductor layer in which titanium (Ti) and aluminum (Al) are laminated is formed on the Ga atom plane and N atom plane of a GaN substrate, and an electrode is formed by heat-treating this conductor layer. The characteristics of these electrodes are compared. In FIG. 2 of Non-Patent Document 1, it is reported that the current formed in the electrode formed on the N atomic plane is less likely to flow than the electrode formed on the Ga atomic plane.

Joon Seop Kwak, 他著、"Crystal-polarity dependence of Ti/Al contacts to freestanding n-GaN substrate"、APPLIED PHYSICS LETTERS、12 November 2001、Volume 79, Number 20、pp.3254-3256Joon Seop Kwak, et al., "Crystal-polarity dependence of Ti / Al contacts to freestanding n-GaN substrate", APPLIED PHYSICS LETTERS, 12 November 2001, Volume 79, Number 20, pp.3254-3256

しかし、GaN層の裏面(N原子面)上における電極形成についてはまだ十分な研究がなされていないことからも、上記非特許文献1に開示されているようにN原子面に形成された電極の抵抗は、Ga原子面に形成された電極の抵抗よりも高い。このようにAlGaN層の裏面(N原子面)上に接触抵抗の低い電極を形成するための方法や電極材料が明確になれば、AlGaN層を用いた縦型半導体装置の特性を向上できる可能性もある。   However, since the electrode formation on the back surface (N atomic surface) of the GaN layer has not been sufficiently studied, the electrode formed on the N atomic surface as disclosed in Non-Patent Document 1 above. The resistance is higher than the resistance of the electrode formed on the Ga atom plane. Thus, if the method and electrode material for forming an electrode with low contact resistance on the back surface (N atomic surface) of the AlGaN layer are clarified, the characteristics of the vertical semiconductor device using the AlGaN layer may be improved. There is also.

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、AlGaN層の裏面(N原子面)上に低抵抗なオーミック電極を形成することが可能なオーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to form a low-resistance ohmic electrode on the back surface (N atomic surface) of the AlGaN layer. An ohmic electrode, a semiconductor device, a method for manufacturing an ohmic electrode, and a method for manufacturing a semiconductor device are provided.

本発明者はAlGaN層の裏面(N原子面)に形成するオーミック電極の材料を鋭意研究した結果、タングステン(W)およびモリブデン(Mo)の少なくとも一方を含むことにより、オーミック電極を低抵抗にできることを見い出した。   As a result of earnestly researching the material of the ohmic electrode formed on the back surface (N atomic surface) of the AlGaN layer, the present inventor can reduce the ohmic electrode by including at least one of tungsten (W) and molybdenum (Mo). I found out.

そこで、本発明のオーミック電極は、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面が(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層の裏面に形成されたオーミック電極において、オーミック電極において裏面に接触している領域はWおよびMoの少なくとも一方を含むことを特徴としている。 Therefore, the ohmic electrode of the present invention has a front surface and a back surface opposite to the front surface, the surface is a (0001) plane, and the conductivity type is n-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) In the ohmic electrode formed on the back surface of the layer, the region in contact with the back surface of the ohmic electrode includes at least one of W and Mo.

本発明のオーミック電極の製造方法は、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面が(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層の裏面に形成されたオーミック電極の製造方法において、裏面に接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むオーミック電極を形成することを特徴としている。 The ohmic electrode manufacturing method of the present invention has a front surface and a back surface opposite to the front surface, the surface is a (0001) plane, and the conductivity type is n-type Al x Ga (1-x) N ( In the method of manufacturing an ohmic electrode formed on the back surface of the 0 ≦ x <1) layer, an ohmic electrode including at least one of W and Mo is formed in a region in contact with the back surface.

本発明のオーミック電極およびオーミック電極の製造方法によれば、オーミック電極において裏面に接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含んでいる。これにより、AlGaN層の裏面(N原子面)上に形成されたオーミック電極の接触抵抗を十分低くすることができる。   According to the ohmic electrode and the method of manufacturing the ohmic electrode of the present invention, at least one of W and Mo is included in the region in contact with the back surface of the ohmic electrode. Thereby, the contact resistance of the ohmic electrode formed on the back surface (N atomic surface) of the AlGaN layer can be sufficiently lowered.

上記オーミック電極において好ましくは、AlGaN層に対するオーミック電極の接触抵抗は1mΩcm2以下であることを特徴としている。 In the ohmic electrode, the contact resistance of the ohmic electrode with respect to the AlGaN layer is preferably 1 mΩcm 2 or less.

上記オーミック電極の製造方法において好ましくは、AlGaN層に対して1mΩcm2以下の接触抵抗を有するオーミック電極を形成することを特徴としている。 In the above ohmic electrode manufacturing method, preferably, an ohmic electrode having a contact resistance of 1 mΩcm 2 or less with respect to the AlGaN layer is formed.

本発明者は、オーミック電極において裏面に接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むことにより、AlGaN層に対するオーミック電極の接触抵抗は1mΩcm2以下にできることを鋭意研究の結果、見い出した。このため、接触抵抗の非常に低いオーミック電極を実現することができる。 As a result of intensive studies, the inventor has found that the contact resistance of the ohmic electrode with respect to the AlGaN layer can be reduced to 1 mΩcm 2 or less by including at least one of W and Mo in the region in contact with the back surface of the ohmic electrode. For this reason, an ohmic electrode having a very low contact resistance can be realized.

上記オーミック電極において好ましくは、オーミック電極は裏面に接している層と、この層上に形成された被覆層とを含み、1つ以上の層で構成される被覆層の最表面層が金(Au)よりなることを特徴としている。   In the ohmic electrode, preferably, the ohmic electrode includes a layer in contact with the back surface and a coating layer formed on the layer, and the outermost surface layer of the coating layer including one or more layers is gold (Au ).

上記オーミック電極の製造方法において好ましくは、裏面に接している層と、この層上に形成された被覆層とを含み、1つ以上の層で構成される被覆層の最表面層が金よりなるオーミック電極を形成することを特徴としている。   Preferably, in the above ohmic electrode manufacturing method, the outermost surface layer of the coating layer including one or more layers including a layer in contact with the back surface and a coating layer formed on this layer is made of gold. It is characterized by forming an ohmic electrode.

被覆層は安定なAu原子からなるので、オーミック電極の酸化を抑制できる。このため、オーミック電極の酸化による特性の劣化を抑制できる。   Since the coating layer is made of stable Au atoms, oxidation of the ohmic electrode can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress deterioration of characteristics due to oxidation of the ohmic electrode.

上記オーミック電極の製造方法において好ましくは、AlGaN層とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極を形成することを特徴としている。   Preferably, the ohmic electrode manufacturing method is characterized in that the ohmic electrode is formed without performing a heat treatment for making an ohmic contact with the AlGaN layer.

本発明者は、オーミック電極において裏面に接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むことにより、オーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極を形成できることを見い出した。このため、表面の劣化を抑制することができる。   The inventor has found that an ohmic electrode can be formed without performing a heat treatment for making an ohmic contact by including at least one of W and Mo in a region in contact with the back surface of the ohmic electrode. For this reason, deterioration of the surface can be suppressed.

本発明の半導体装置は、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面は(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層と、表面に形成された表面電極と、裏面に形成された上記のいずれかに記載のオーミック電極とを備えている。 The semiconductor device of the present invention has a front surface and a back surface opposite to the front surface, the surface is a (0001) plane, and the conductivity type is n-type Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) A layer, a surface electrode formed on the front surface, and the ohmic electrode according to any one of the above described formed on the back surface.

本発明の半導体装置の製造方法は、表面と、この表面と反対側の裏面とを有し、表面は(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層を準備する工程と、表面電極を表面に形成する工程と、上記のいずれかに記載のオーミック電極の製造方法によりオーミック電極を裏面に形成する工程とを備えている。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention has a front surface and a back surface opposite to the front surface, the surface is a (0001) plane, and the conductivity type is n-type Al x Ga (1-x) N ( A step of preparing a layer of 0 ≦ x <1), a step of forming a surface electrode on the surface, and a step of forming an ohmic electrode on the back surface by the method for producing an ohmic electrode described above.

本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、AlGaN層の裏面(N原子面)に上記のいずれかに記載のオーミック電極を形成している。このため、裏面に形成されたオーミック電極のAlGaN層に対する接触抵抗が高いために半導体装置の電気的特性が劣化するといった問題の発生を抑制できる。   According to the semiconductor device and the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the ohmic electrode according to any one of the above is formed on the back surface (N atomic surface) of the AlGaN layer. For this reason, since the contact resistance with respect to the AlGaN layer of the ohmic electrode formed in the back surface is high, generation | occurrence | production of the problem that the electrical property of a semiconductor device deteriorates can be suppressed.

上記半導体装置の製造方法において好ましくは、表面電極とオーミック電極とが同じ材料である。   In the semiconductor device manufacturing method, the surface electrode and the ohmic electrode are preferably the same material.

これにより、表面電極とオーミック電極とを実質的に同時に形成することができるので、製造コストを低減することができる。   Thereby, since a surface electrode and an ohmic electrode can be formed substantially simultaneously, manufacturing cost can be reduced.

本発明のオーミック電極、半導体装置、オーミック電極の製造方法および半導体装置の製造方法によれば、AlGaN層の裏面(N原子面)上に低抵抗なオーミック電極を形成することができる。   According to the ohmic electrode, the semiconductor device, the ohmic electrode manufacturing method, and the semiconductor device manufacturing method of the present invention, a low-resistance ohmic electrode can be formed on the back surface (N atomic surface) of the AlGaN layer.

本発明の実施の形態1におけるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the Schottky barrier diode in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるショットキーバリアダイオードの製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the Schottky barrier diode in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the Schottky barrier diode in Embodiment 2 of this invention. Wからなる電極のGaN基板における接触抵抗と合金化の熱処理温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the contact resistance in the GaN substrate of the electrode which consists of W, and the heat processing temperature of alloying. Moからなる電極のGaN基板における接触抵抗と合金化の熱処理温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the contact resistance in the GaN substrate of the electrode which consists of Mo, and the heat processing temperature of alloying.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、本明細書中においては、個別面を()で示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In the present specification, individual surfaces are indicated by (). As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number.

(実施の形態1)
図1は、本発明による半導体装置の一実施の形態であるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。図1を参照して、本実施の形態によるショットキーバリアダイオード10を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a Schottky barrier diode which is an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. A Schottky barrier diode 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図1に示すように、ショットキーバリアダイオード10は、AlxGa(1-x)N(0≦x<1)層11と、オーミック電極16と、絶縁層14と、表面電極としてのショットキー電極15とを備えている。 As shown in FIG. 1, the Schottky barrier diode 10 includes an Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) layer 11, an ohmic electrode 16, an insulating layer 14, and a Schottky as a surface electrode. And an electrode 15.

AlGaN層11は、導電型がn型のGaN基板12と、GaN基板12上に形成されたn-ドリフト層としてのn-GaNエピタキシャル層13とを含んでいる。GaN基板12の表面12aは(0001)面、つまりGa原子面である。GaN基板12の裏面12bは(000−1)面、つまりN原子面である。n-GaNエピタキシャル層13の表面13aは(0001)面、つまりGa原子面である。n-GaNエピタキシャル層13の裏面13bは(000−1)面、つまりN原子面である。したがって、AlGaN層11の表面13aは(0001)面、つまりGa面である。AlGaN層11の裏面12bは、(000−1)面、つまりN面である。 AlGaN layer 11, the conductive type and n-type GaN substrate 12, n formed on the GaN substrate 12 - and a GaN epitaxial layer 13 - n as a drift layer. The surface 12a of the GaN substrate 12 is a (0001) plane, that is, a Ga atom plane. The back surface 12b of the GaN substrate 12 is a (000-1) plane, that is, an N atom plane. The surface 13a of the n GaN epitaxial layer 13 is a (0001) plane, that is, a Ga atom plane. The back surface 13b of the n GaN epitaxial layer 13 is a (000-1) plane, that is, an N atom plane. Therefore, the surface 13a of the AlGaN layer 11 is a (0001) plane, that is, a Ga plane. The back surface 12b of the AlGaN layer 11 is a (000-1) plane, that is, an N plane.

なお、n-GaNエピタキシャル層13とGaN基板12との間に半導体層としてのn+GaNエピタキシャル層を形成してもよい。このとき、ドリフト層のキャリア濃度としてはたとえば1×1016cm−3としてもよい。 Note that an n + GaN epitaxial layer as a semiconductor layer may be formed between the n GaN epitaxial layer 13 and the GaN substrate 12. At this time, the carrier concentration of the drift layer may be, for example, 1 × 10 16 cm −3 .

オーミック電極16は、GaN基板12においてn-GaNエピタキシャル層13が形成されている表面12aと反対側の裏面12bに形成されている。オーミック電極16において、GaN基板12の裏面12bと接触する領域(本実施の形態ではGaN基板12との界面)はWおよびMoの少なくとも一方を含んでいる。オーミック電極16において裏面12bと接触する領域は、WまたはMoを含んでいることが好ましく、Wよりなること、またはMoよりなることがより好ましい。 The ohmic electrode 16 is formed on the back surface 12 b opposite to the front surface 12 a on which the n GaN epitaxial layer 13 is formed in the GaN substrate 12. In the ohmic electrode 16, a region in contact with the back surface 12b of the GaN substrate 12 (interface with the GaN substrate 12 in the present embodiment) includes at least one of W and Mo. The region in contact with the back surface 12b in the ohmic electrode 16 preferably contains W or Mo, more preferably W or Mo.

オーミック電極16は、たとえば200nmの厚みを有している。またGaN基板12に対するオーミック電極16の接触抵抗は1mΩcm2以下であることが好ましく、0.10mΩcm2以下であることがより好ましい。 The ohmic electrode 16 has a thickness of 200 nm, for example. Also it is preferable that the contact resistance of the ohmic electrode 16 to the GaN substrate 12 is 1Emuomegacm 2 or less, and more preferably 0.10Emuomegacm 2 or less.

絶縁層14は、n-GaNエピタキシャル層13の表面13a上に形成されている。絶縁層14は任意の厚みとすることができる。また、この絶縁層14の中央部には平面形状が円形状の開口部17が形成されている。 Insulating layer 14, n - it is formed on the surface 13a of the GaN epitaxial layer 13. The insulating layer 14 can have an arbitrary thickness. In addition, an opening 17 having a circular planar shape is formed in the central portion of the insulating layer 14.

この開口部17においてはn-GaNエピタキシャル層13の上部表面が露出した状態となっている。この開口部17の内部から絶縁層14の上部表面上にまで延在するとともに、開口部17の内部においてn-GaNエピタキシャル層13の上部表面と接触するようにショットキー電極15が形成されている。ショットキー電極15の平面形状は円形状である。また、開口部17の側壁を構成する絶縁層14の端部は、開口部17の底部に向けて徐々に厚みが薄くなるようにテーパ状の形状を有している。つまり、開口部17の側壁は開口部17の底壁に対して傾斜している。また、異なる観点から言えば、開口部17の平面積は開口部17の底壁から上部開口部に向けて徐々に大きくなっている。 In the opening 17, the upper surface of the n GaN epitaxial layer 13 is exposed. A Schottky electrode 15 extends from the inside of the opening 17 to the upper surface of the insulating layer 14 and is in contact with the upper surface of the n GaN epitaxial layer 13 inside the opening 17. . The planar shape of the Schottky electrode 15 is circular. Further, the end portion of the insulating layer 14 constituting the side wall of the opening portion 17 has a tapered shape so that the thickness gradually decreases toward the bottom portion of the opening portion 17. That is, the side wall of the opening 17 is inclined with respect to the bottom wall of the opening 17. From a different point of view, the plane area of the opening 17 gradually increases from the bottom wall of the opening 17 toward the upper opening.

ショットキー電極15は、nGaNエピタキシャル層13と接触する下部電極層15aと、この下部電極層15a上に積層して形成された上部電極層15bとからなる。下部電極層15aはたとえばニッケル(Ni)からなる。また、上部電極層15bはたとえばAuからなる。なお、ショットキー電極15の外周部において、絶縁層14の上部表面上に延在している部分は、フィールドプレート(FP)電極部分として作用する。 Schottky electrode 15, n - consists of a lower electrode layer 15a in contact with the GaN epitaxial layer 13, an upper electrode layer 15b formed by stacking on the lower electrode layer 15a. The lower electrode layer 15a is made of, for example, nickel (Ni). The upper electrode layer 15b is made of, for example, Au. Note that a portion of the outer peripheral portion of the Schottky electrode 15 extending on the upper surface of the insulating layer 14 functions as a field plate (FP) electrode portion.

図2は、図1に示したショットキーバリアダイオードの製造方法を説明するためのフローチャートである。続いて、図1および図2を参照して、図1に示したショットキーバリアダイオード10の製造方法を説明する。   FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the Schottky barrier diode shown in FIG. Next, a manufacturing method of the Schottky barrier diode 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

図2に示すように、まず、AlGaN層準備工程(S10)を実施する。この工程(S10)においては、表面13aと、表面13aと反対側の裏面12bとを有し、表面13aは(0001)面で、導電型がn型であるAlGaN層11を準備する。本実施の形態における工程(S10)では、以下の工程を実施する。   As shown in FIG. 2, first, an AlGaN layer preparation step (S10) is performed. In this step (S10), an AlGaN layer 11 having a front surface 13a and a back surface 12b opposite to the front surface 13a, the front surface 13a having a (0001) plane, and an n-type conductivity type is prepared. In the step (S10) in the present embodiment, the following steps are performed.

具体的には、基板準備工程(S10)を実施する。この工程(S10)においては、導電型がn型のGaN基板12(図1参照)を準備する。このGaN基板12としては、任意の製造方法で形成された基板を用いることができるが、たとえばHVPE法で作製された(0001)面のGaN基板12を準備する。このGaN基板12における平均転位密度は、たとえば1×106cm-2以下である。なお、転位密度は、たとえば溶融KOH(水酸化カリウム)中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、エッチングを行なった基板の面積で割るという方法によって測定することができる。また、GaN基板12のキャリア濃度は、たとえば3×1018cm-3である。 Specifically, a substrate preparation step (S10) is performed. In this step (S10), a n-type GaN substrate 12 (see FIG. 1) is prepared. As this GaN substrate 12, a substrate formed by an arbitrary manufacturing method can be used. For example, a (0001) -plane GaN substrate 12 prepared by the HVPE method is prepared. The average dislocation density in the GaN substrate 12 is, for example, 1 × 10 6 cm −2 or less. The dislocation density can be measured by, for example, a method of counting the number of pits formed by etching in molten KOH (potassium hydroxide) and dividing by the area of the etched substrate. The carrier concentration of the GaN substrate 12 is, for example, 3 × 10 18 cm −3 .

その後、エピタキシャル層形成工程(S12)を実施する。具体的には、GaN基板12の表面12a(Ga原子面)上にn-GaNエピタキシャル層13(図1参照)を形成する。n-GaNエピタキシャル層13の形成方法としては、任意の方法を用いることができ、たとえば昇華法、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy:ハイドライド気相成長)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相堆積)法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相成長法などを用いることができる。 Thereafter, an epitaxial layer forming step (S12) is performed. Specifically, an n GaN epitaxial layer 13 (see FIG. 1) is formed on the surface 12 a (Ga atomic plane) of the GaN substrate 12. Any method can be used as the method of forming the n GaN epitaxial layer 13, for example, a sublimation method, HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method. A vapor phase growth method such as MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, a liquid phase growth method such as a flux method, a high nitrogen pressure solution method, or the like can be used.

次に、絶縁層形成工程(S20)を実施する。この工程(S20)においては、n-GaNエピタキシャル層13上に絶縁層14を形成する。絶縁層14の製造方法としては任意の方法を用いることができる。また、絶縁層14を構成する材料としては、任意の材料を用いることができるが、たとえば窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化スカンジウムなどを用いることができる。 Next, an insulating layer forming step (S20) is performed. In this step (S20), the insulating layer 14 is formed on the n GaN epitaxial layer 13. Any method can be used as a method of manufacturing the insulating layer 14. Any material can be used as the material constituting the insulating layer 14, for example, silicon nitride, silicon oxide, silicon oxynitride, hafnium oxide, aluminum nitride, aluminum oxide, gallium oxide, magnesium oxide, scandium oxide. Etc. can be used.

次に、オーミック電極形成工程(S30)を実施する。この工程(S30)においては、GaN基板12の裏面12b(AlGaN層11の裏面12b)に接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むオーミック電極16を形成する。この工程(S30)では、WまたはMoを含んでいるオーミック電極16を形成することが好ましく、Wよりなるオーミック電極16を形成すること、またはMoよりなるオーミック電極16を形成することがより好ましい。   Next, an ohmic electrode formation step (S30) is performed. In this step (S30), the ohmic electrode 16 including at least one of W and Mo is formed in a region in contact with the back surface 12b of the GaN substrate 12 (the back surface 12b of the AlGaN layer 11). In this step (S30), it is preferable to form the ohmic electrode 16 containing W or Mo, more preferably to form the ohmic electrode 16 made of W or to form the ohmic electrode 16 made of Mo.

また、この工程(S30)では、GaN基板12に対して好ましくは1mΩcm2以下、より好ましくは0.10mΩcm2以下の接触抵抗を有するオーミック電極16を形成することが好ましい。 Further, in the step (S30), preferably 1Emuomegacm 2 or less with respect to the GaN substrate 12, and more preferably it is preferable to form an ohmic electrode 16 having a contact resistance of 0.10Emuomegacm 2 below.

オーミック電極16の形成方法としては、電子線蒸着法(EB蒸着法)など任意の方法を用いることができる。この工程(S30)では、たとえば200nmの厚みを有するオーミック電極16を形成する。   As a method for forming the ohmic electrode 16, an arbitrary method such as an electron beam evaporation method (EB evaporation method) can be used. In this step (S30), for example, ohmic electrode 16 having a thickness of 200 nm is formed.

なお、このオーミック電極16を形成する工程に先立って、GaN基板12の少なくとも裏面12bを洗浄することが好ましい。この洗浄方法としては、たとえば有機洗浄と塩酸洗浄とを組合せて実施してもよい。   Prior to the step of forming the ohmic electrode 16, it is preferable to clean at least the back surface 12b of the GaN substrate 12. As this cleaning method, for example, organic cleaning and hydrochloric acid cleaning may be combined.

また、オーミック電極16を形成した後に、熱処理工程を実施してもよいが、GaN基板12とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわないことが好ましい。本実施の形態におけるオーミック電極16は、熱処理をしなくてもGaN基板12とオーミックコンタクトをとることができる。このため、熱処理を省略した場合には、AlGaN層11の表面13aの劣化を防止することができる。   Further, a heat treatment step may be performed after the ohmic electrode 16 is formed, but it is preferable not to perform a heat treatment for making an ohmic contact with the GaN substrate 12. The ohmic electrode 16 in the present embodiment can make ohmic contact with the GaN substrate 12 without heat treatment. For this reason, when the heat treatment is omitted, the deterioration of the surface 13a of the AlGaN layer 11 can be prevented.

なお、上記「オーミックコンタクトをとるための熱処理」とは、オーミックコンタクトをとること以外を目的とした熱処理は含まれない。つまり、オーミックコンタクトをとること以外を目的とした熱処理(たとえばショットキー電極15を形成するための熱処理)は、工程(S10)〜工程(S50)の少なくともいずれかの工程で行なわれてもよい。   The “heat treatment for making ohmic contact” does not include heat treatment for the purpose other than making ohmic contact. That is, the heat treatment other than the ohmic contact (for example, the heat treatment for forming the Schottky electrode 15) may be performed in at least one of steps (S10) to (S50).

次に、図2に示すように表面電極形成工程(S40)を実施する。この工程(S40)においては、たとえば以下の工程を実施する。   Next, a surface electrode forming step (S40) is performed as shown in FIG. In this step (S40), for example, the following steps are performed.

具体的には、絶縁層14上にフォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成する。このレジスト膜には、絶縁層14においてショットキー電極15(図1参照)が配置されるべき開口部17を形成する領域上に開口パターンが形成されている。   Specifically, a resist film having a pattern is formed on the insulating layer 14 using a photolithography method. In the resist film, an opening pattern is formed on a region where the opening 17 where the Schottky electrode 15 (see FIG. 1) is to be formed is formed in the insulating layer 14.

そして、レジスト膜をマスクとして用いて、絶縁層14をエッチングにより部分的に除去する。この結果、絶縁層14において開口部17が形成される。ここで、絶縁層14を部分的に除去するためのエッチングとしては、ドライエッチングを用いてもよく、ウエットエッチングを用いてもよい。その後、レジスト膜を除去する。   Then, using the resist film as a mask, the insulating layer 14 is partially removed by etching. As a result, an opening 17 is formed in the insulating layer 14. Here, as the etching for partially removing the insulating layer 14, dry etching may be used, or wet etching may be used. Thereafter, the resist film is removed.

そして、絶縁層14上に、フォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を再度形成する。このレジスト膜には、ショットキー電極15(図1参照)が配置されるべき領域上に開口パターンが形成されている。すなわち、絶縁層14の開口部17が内側において露出している開口パターンが形成される。   Then, a resist film having a pattern is formed again on the insulating layer 14 using a photolithography method. In the resist film, an opening pattern is formed on a region where the Schottky electrode 15 (see FIG. 1) is to be disposed. That is, an opening pattern in which the opening 17 of the insulating layer 14 is exposed inside is formed.

その後、ショットキー電極15(図1参照)の下部電極層15aおよび上部電極層15bとなるべき金属膜を積層する。なお、下部電極層15aを構成する金属膜としては、上述したNi以外であって、Auなどのショットキー特性の良好な材料を用いることができる。金属膜の形成方法としては、任意の方法を用いることができるが、たとえばEB蒸着法などを用いることができる。なお、上述した金属膜を形成する工程に先立って、開口部において露出しているn-GaNエピタキシャル層13の表面を塩酸などを用いた洗浄工程によって洗浄してもよい。 Thereafter, a metal film to be the lower electrode layer 15a and the upper electrode layer 15b of the Schottky electrode 15 (see FIG. 1) is laminated. As the metal film constituting the lower electrode layer 15a, a material having good Schottky characteristics such as Au other than Ni described above can be used. As a method for forming the metal film, any method can be used. For example, an EB vapor deposition method can be used. Prior to the above-described step of forming the metal film, the surface of the n GaN epitaxial layer 13 exposed in the opening may be cleaned by a cleaning step using hydrochloric acid or the like.

次いで、レジスト膜を除去することにより、レジスト膜上に形成されていた金属膜を同時に除去する(リフトオフ)。この結果、図1に示すように、開口部17の内部から絶縁層14の上部表面上にまで延在するように金属膜が残り、この金属膜からなるショットキー電極15が形成される。   Next, by removing the resist film, the metal film formed on the resist film is simultaneously removed (lift-off). As a result, as shown in FIG. 1, the metal film remains so as to extend from the inside of the opening 17 to the upper surface of the insulating layer 14, and the Schottky electrode 15 made of this metal film is formed.

次に、後処理工程(S50)を実施する。この後処理工程(S50)では、n-GaNエピタキシャル層13やショットキー電極15、オーミック電極16などが形成されたGaN基板12を個々のチップに分割する分割工程などを実施する。このようにして、図1に示したショットキーバリアダイオード10を得ることができる。 Next, a post-processing step (S50) is performed. In this post-processing step (S50), a dividing step for dividing the GaN substrate 12 on which the n GaN epitaxial layer 13, the Schottky electrode 15, the ohmic electrode 16 and the like are formed into individual chips is performed. In this way, the Schottky barrier diode 10 shown in FIG. 1 can be obtained.

以上説明したように、本実施の形態におけるオーミック電極16は、表面13aと、この表面13aと反対側の裏面12bとを有し、表面13aが(0001)面で、導電型がn型であるAlGaN層11の裏面12bに形成されたオーミック電極16において、オーミック電極16において裏面12bに接触している領域はWおよびMoの少なくとも一方を含むことを特徴としている。   As described above, the ohmic electrode 16 in the present embodiment has the surface 13a and the back surface 12b opposite to the surface 13a, the surface 13a is the (0001) plane, and the conductivity type is n-type. In the ohmic electrode 16 formed on the back surface 12b of the AlGaN layer 11, the region in contact with the back surface 12b in the ohmic electrode 16 includes at least one of W and Mo.

本発明のオーミック電極16の製造方法は、表面13aと、この表面13aと反対側の裏面12bとを有し、表面13aが(0001)面で、導電型がn型であるAlGaN層11の裏面12bに形成されたオーミック電極16の製造方法において、裏面12bに接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むオーミック電極16を形成することを特徴としている。   The method for manufacturing the ohmic electrode 16 of the present invention has a front surface 13a and a back surface 12b opposite to the front surface 13a, the front surface 13a is a (0001) plane, and the back surface of the AlGaN layer 11 is n-type conductivity. In the method of manufacturing the ohmic electrode 16 formed on 12b, the ohmic electrode 16 including at least one of W and Mo is formed in a region in contact with the back surface 12b.

本発明のオーミック電極16およびその製造方法によれば、オーミック電極16においてAlGaN層11の裏面12bに接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含んでいる。これにより、AlGaN層11の裏面12b(N原子面)上に形成されたオーミック電極16の接触抵抗を十分低くすることができる。   According to the ohmic electrode 16 and the manufacturing method thereof of the present invention, at least one of W and Mo is included in the region in contact with the back surface 12 b of the AlGaN layer 11 in the ohmic electrode 16. Thereby, the contact resistance of the ohmic electrode 16 formed on the back surface 12b (N atomic surface) of the AlGaN layer 11 can be sufficiently lowered.

また、上述したWおよびMoの少なくとも一方を含む材料によりオーミック電極16を形成するといった簡単な方法で接触抵抗の低いオーミック電極16を形成することができる。このため、オーミック電極16を形成するために積層構造の導電体を形成する場合より製造コストを低減することができる。   In addition, the ohmic electrode 16 having a low contact resistance can be formed by a simple method in which the ohmic electrode 16 is formed of a material containing at least one of W and Mo described above. For this reason, manufacturing cost can be reduced compared with the case where the conductor of a laminated structure is formed in order to form the ohmic electrode 16.

さらに、WおよびMoは耐熱性が高いので、オーミック電極16の耐熱性を向上することができる。このため、ショットキーバリアダイオード10が高温になってもオーミック電極16の特性の劣化を抑制することができる。また、オーミック電極16形成後に熱が加えられた場合でも、オーミック電極16の特性の劣化を抑制することができる。   Furthermore, since W and Mo have high heat resistance, the heat resistance of the ohmic electrode 16 can be improved. For this reason, even if the Schottky barrier diode 10 becomes high temperature, deterioration of the characteristics of the ohmic electrode 16 can be suppressed. In addition, even when heat is applied after the ohmic electrode 16 is formed, deterioration of the characteristics of the ohmic electrode 16 can be suppressed.

上記オーミック電極16において好ましくは、AlGaN層に対するオーミック電極16の接触抵抗は1mΩcm2以下であることを特徴としている。 The ohmic electrode 16 is preferably characterized in that the ohmic electrode 16 has a contact resistance of 1 mΩcm 2 or less with respect to the AlGaN layer.

上記オーミック電極16の製造方法において好ましくは、AlGaN層に対して1mΩcm2以下の接触抵抗を有するオーミック電極16を形成することを特徴としている。 The method for manufacturing the ohmic electrode 16 is preferably characterized in that the ohmic electrode 16 having a contact resistance of 1 mΩcm 2 or less with respect to the AlGaN layer is formed.

本発明者は、オーミック電極16において裏面12bに接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むことにより、AlGaN層に対するオーミック電極の接触抵抗は1mΩcm2以下にできることを鋭意研究の結果、見い出した。このため、接触抵抗の非常に低いオーミック電極16を実現することができる。この場合、このオーミック電極16を備えたショットキーバリアダイオード10の電気的特性を十分向上することができる。 As a result of intensive studies, the inventor has found that the contact resistance of the ohmic electrode with respect to the AlGaN layer can be reduced to 1 mΩcm 2 or less by including at least one of W and Mo in the region in contact with the back surface 12 b in the ohmic electrode 16. For this reason, the ohmic electrode 16 having a very low contact resistance can be realized. In this case, the electrical characteristics of the Schottky barrier diode 10 provided with the ohmic electrode 16 can be sufficiently improved.

上記オーミック電極の製造方法において好ましくは、AlGaN層11とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極16を形成することを特徴としている。   The ohmic electrode manufacturing method is preferably characterized in that the ohmic electrode 16 is formed without performing a heat treatment for making an ohmic contact with the AlGaN layer 11.

本発明者は、オーミック電極16において裏面12bに接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むことにより、オーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極16を形成できることを見い出した。このため、AlGaN層11の表面13aの劣化を抑制することができる。   The present inventor has found that the ohmic electrode 16 can be formed without performing heat treatment for making ohmic contact by including at least one of W and Mo in the region in contact with the back surface 12b in the ohmic electrode 16. For this reason, deterioration of the surface 13a of the AlGaN layer 11 can be suppressed.

本実施の形態における半導体装置としてのショットキーバリアダイオード10は、表面13aと、この表面13aと反対側の裏面12bとを有し、表面13aは(0001)面で、導電型がn型であるAlGaN層11と、表面13aに形成された表面電極としてのショットキー電極15と、裏面12bに形成されたオーミック電極16とを備えている。   A Schottky barrier diode 10 as a semiconductor device in the present embodiment has a front surface 13a and a back surface 12b opposite to the front surface 13a. The front surface 13a is a (0001) plane and the conductivity type is n-type. An AlGaN layer 11, a Schottky electrode 15 as a front electrode formed on the front surface 13a, and an ohmic electrode 16 formed on the back surface 12b are provided.

本発明の半導体装置としてのショットキーバリアダイオード10の製造方法は、表面13aと、この表面13aと反対側の裏面12bとを有し、表面13aは(0001)面で、導電型がn型であるAlGaN層11を準備するAlGaN層準備工程(S10)と、表面電極であるショットキー電極15を表面に形成する表面電極形成工程(S40)と、上記オーミック電極の製造方法によりオーミック電極16を裏面12bに形成するオーミック電極形成工程(S30)とを備えている。   The manufacturing method of the Schottky barrier diode 10 as the semiconductor device of the present invention has a front surface 13a and a back surface 12b opposite to the front surface 13a. The front surface 13a is a (0001) plane and the conductivity type is n-type. An AlGaN layer preparation step (S10) for preparing an AlGaN layer 11, a surface electrode formation step (S40) for forming a Schottky electrode 15 as a surface electrode on the surface, and the ohmic electrode 16 on the back surface by the above-mentioned ohmic electrode manufacturing method And an ohmic electrode forming step (S30) formed in 12b.

本発明のショットキーバリアダイオード10およびその製造方法によれば、AlGaN層11の裏面12b(N原子面)に上記オーミック電極16を形成している。このため、裏面12bに形成されたオーミック電極16のAlGaN層11に対する接触抵抗が高いために半導体装置の電気的特性が劣化するといった問題の発生を抑制できる。   According to the Schottky barrier diode 10 and the manufacturing method thereof of the present invention, the ohmic electrode 16 is formed on the back surface 12b (N atomic surface) of the AlGaN layer 11. For this reason, since the contact resistance with respect to the AlGaN layer 11 of the ohmic electrode 16 formed in the back surface 12b is high, generation | occurrence | production of the problem that the electrical property of a semiconductor device deteriorates can be suppressed.

特に、工程(S30)においてAlGaN層11とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極16を形成する場合、ショットキー電極15の特性を向上できるので、ショットキーバリアダイオード10の電気的特性を十分向上することができる。以下、この理由について説明する。従来、AlGaN層の裏面に金属層を形成した後、熱処理を施して合金化をすることにより、オーミック電極を形成していた。熱処理後にショットキー電極を形成する場合には、熱処理によりAlGaN層の表面が劣化する。このため、劣化した表面上に形成するショットキー電極の特性が劣化する。また熱処理前にショットキー電極を形成する場合には、オーミックコンタクトをとるための600℃〜800℃程度の温度での熱処理によりショットキー電極が劣化する。このように、熱処理を行なうと、特性のよいショットキー電極を形成することが困難であった。しかし、本実施の形態では、オーミック電極16を形成するために熱処理を施す必要がないので、ショットキー電極15の特性を向上することができる。したがって、電気的特性を十分向上したショットキーバリアダイオードを実現することができる。   In particular, when the ohmic electrode 16 is formed without performing the heat treatment for making an ohmic contact with the AlGaN layer 11 in the step (S30), the characteristics of the Schottky electrode 15 can be improved. The characteristics can be sufficiently improved. Hereinafter, this reason will be described. Conventionally, an ohmic electrode has been formed by forming a metal layer on the back surface of the AlGaN layer and then alloying it by heat treatment. When the Schottky electrode is formed after the heat treatment, the surface of the AlGaN layer is deteriorated by the heat treatment. For this reason, the characteristics of the Schottky electrode formed on the deteriorated surface deteriorate. Further, when the Schottky electrode is formed before the heat treatment, the Schottky electrode is deteriorated by the heat treatment at a temperature of about 600 ° C. to 800 ° C. for making ohmic contact. Thus, when heat treatment is performed, it is difficult to form a Schottky electrode with good characteristics. However, in this embodiment, since it is not necessary to perform heat treatment to form the ohmic electrode 16, the characteristics of the Schottky electrode 15 can be improved. Therefore, a Schottky barrier diode with sufficiently improved electrical characteristics can be realized.

上記半導体装置およびその製造方法において好ましくは、AlGaN層はGaN層である。これにより、3.4eVのエネルギーバンドギャップおよび高い熱伝導率を有するGaNを用いることができるので、特性の高い半導体装置を実現できる。   In the semiconductor device and the manufacturing method thereof, the AlGaN layer is preferably a GaN layer. Thereby, since GaN having an energy band gap of 3.4 eV and high thermal conductivity can be used, a semiconductor device having high characteristics can be realized.

(実施の形態2)
図3は、本発明による半導体装置の一実施の形態であるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。図3を参照して、本実施の形態によるショットキーバリアダイオード20は、基本的には図1に示す実施の形態1におけるショットキーバリアダイオード10と同様の構成を備えているが、オーミック電極16が複数の層を含んでいる点において異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a Schottky barrier diode which is an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. Referring to FIG. 3, Schottky barrier diode 20 according to the present embodiment basically has the same configuration as Schottky barrier diode 10 in the first embodiment shown in FIG. Is different in that it includes multiple layers.

具体的には、オーミック電極16は、GaN基板12の裏面12bと接触する接触電極層16aと、接触電極層16a上に形成された被覆層16bとを含んでいる。接触電極層16aはWおよびMoの少なくとも一方を含み、WまたはMoを含んでいることが好ましく、Wよりなること、またはMoよりなることがより好ましい。   Specifically, the ohmic electrode 16 includes a contact electrode layer 16a in contact with the back surface 12b of the GaN substrate 12, and a coating layer 16b formed on the contact electrode layer 16a. The contact electrode layer 16a contains at least one of W and Mo, preferably contains W or Mo, more preferably consists of W, or more preferably consists of Mo.

接触電極層16aの厚みはたとえば1nm以上である。被覆層16bは1つ以上の層で構成され、被覆層16bの最表面層はAuよりなることが好ましい。つまり、被覆層16bを構成する最上部はAuよりなることが好ましい。被覆層16bの厚みはたとえば10nm以上である。また、Auからなる被覆層16bは、反応を抑制する層、電極パッドおよび保護層としての機能を有する。   The thickness of the contact electrode layer 16a is, for example, 1 nm or more. The coating layer 16b is composed of one or more layers, and the outermost surface layer of the coating layer 16b is preferably made of Au. That is, it is preferable that the uppermost part constituting the coating layer 16b is made of Au. The thickness of the coating layer 16b is, for example, 10 nm or more. Further, the coating layer 16b made of Au has a function as a layer for suppressing reaction, an electrode pad, and a protective layer.

なお、接触電極層16aと被覆層16bとの間に別の電極層(図示せず)が形成されていてもよい。別の電極層が形成されている場合には、別の電極層はたとえばチタン(Ti)、白金(Pt)などからなる。なお、Ti、Ptからなる別の電極層は拡散防止層としての機能を有する。   Another electrode layer (not shown) may be formed between the contact electrode layer 16a and the covering layer 16b. When another electrode layer is formed, the other electrode layer is made of, for example, titanium (Ti), platinum (Pt), or the like. Note that another electrode layer made of Ti and Pt functions as a diffusion preventing layer.

続いて、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード20の製造方法について説明する。本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード20の製造方法は、基本的には実施の形態1におけるショットキーバリアダイオード10の製造方法と同様の構成を備えているが、複数の層を含むオーミック電極を形成する点において異なっている。   Next, a method for manufacturing the Schottky barrier diode 20 in the present embodiment will be described. The manufacturing method of the Schottky barrier diode 20 in the present embodiment has basically the same configuration as the manufacturing method of the Schottky barrier diode 10 in the first embodiment, but an ohmic electrode including a plurality of layers is provided. It differs in the point to form.

具体的には、裏面電極形成工程(S30)では、GaN基板12の裏面12b(N原子面)上にWおよびMoの少なくとも一方を含む接触電極層16aおよび被覆層16bを順番に形成する。接触電極層16aは、WまたはMoを含んでいることが好ましく、Wよりなること、またはMoよりなることがより好ましい。被覆層16bは最上層に位置することが好ましい。1つ以上の層で構成される被覆層16bの最表面層はAuよりなることが好ましい。   Specifically, in the back electrode forming step (S30), the contact electrode layer 16a and the coating layer 16b including at least one of W and Mo are sequentially formed on the back surface 12b (N atomic surface) of the GaN substrate 12. The contact electrode layer 16a preferably contains W or Mo, more preferably W or Mo. The covering layer 16b is preferably located in the uppermost layer. The outermost surface layer of the covering layer 16b composed of one or more layers is preferably made of Au.

以上説明したように、本実施の形態におけるオーミック電極16は、裏面12bに接している層である接触電極層16aと、接触電極層16a上に形成された被覆層16bとを含み、1つ以上の層で構成される被覆層16bの最表面層がAuよりなることを特徴としている。   As described above, the ohmic electrode 16 in the present embodiment includes the contact electrode layer 16a that is a layer in contact with the back surface 12b and the covering layer 16b formed on the contact electrode layer 16a, and one or more. It is characterized in that the outermost surface layer of the coating layer 16b composed of the above layer is made of Au.

本実施の形態におけるオーミック電極16の製造方法において好ましくは、裏面12bに接している層である接触電極層16aと、接触電極層16a上に形成された被覆層16bとを含み、1つ以上の層で構成される被覆層16bの最表面層がAuよりなるオーミック電極16を形成することを特徴としている。   Preferably, the method for manufacturing the ohmic electrode 16 in the present embodiment includes a contact electrode layer 16a which is a layer in contact with the back surface 12b, and a covering layer 16b formed on the contact electrode layer 16a. The outermost surface layer of the covering layer 16b composed of layers forms the ohmic electrode 16 made of Au.

これにより、被覆層16bは安定なAu原子からなるので、オーミック電極16の酸化を抑制できる。このため、オーミック電極16の酸化による特性の劣化を抑制できる。   Thereby, since the coating layer 16b consists of stable Au atoms, the oxidation of the ohmic electrode 16 can be suppressed. For this reason, deterioration of characteristics due to oxidation of the ohmic electrode 16 can be suppressed.

ここで、実施の形態1および2では、半導体装置としてショットキーバリアダイオード10、20を例に挙げて説明したが、半導体装置はショットキーバリアダイオードに限定されない。本発明の半導体装置として、たとえばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)、LD(Laser Diode:レーザダイオード)などにも適用することができる。ショットキーバリアダイオード、MOSFETなどのパワーデバイスは高温になるので、本発明の耐熱性の高いWおよびMoの少なくとも一方を含むオーミック電極16はこのパワーデバイスに好適に用いられる。   Here, in the first and second embodiments, the Schottky barrier diodes 10 and 20 are described as examples of the semiconductor device, but the semiconductor device is not limited to the Schottky barrier diode. The semiconductor device of the present invention can be applied to, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), an LED (Light Emitting Diode), an LD (Laser Diode). Since power devices such as Schottky barrier diodes and MOSFETs have high temperatures, the ohmic electrode 16 containing at least one of W and Mo having high heat resistance according to the present invention is suitably used for this power device.

また、MOSFET、LED、LDなどにオーミック電極を形成する場合には、上記工程(S30)および工程(S40)において、表面電極とオーミック電極16とは同じ材料であってもよい。また、上記工程(S30)および工程(S40)は実質的に同時に実施してもよい。これにより、製造コストを低減することができる。   Moreover, when forming an ohmic electrode in MOSFET, LED, LD, etc., the same material may be sufficient as a surface electrode and the ohmic electrode 16 in the said process (S30) and process (S40). Moreover, you may implement the said process (S30) and process (S40) substantially simultaneously. Thereby, manufacturing cost can be reduced.

本実施例では、GaN基板の裏面(N原子面)および表面(Ga原子面)にWまたはMoからなるオーミック電極を形成し、このオーミック電極について熱処理温度と接触抵抗との関係を測定した。   In this example, ohmic electrodes made of W or Mo were formed on the back surface (N atomic surface) and front surface (Ga atomic surface) of the GaN substrate, and the relationship between the heat treatment temperature and the contact resistance was measured for this ohmic electrode.

(試料)
まず、測定用のAlGaN層として、HVPE法により作製された(0001)面のGaN基板を準備した。このGaN基板は導電型がn型であり、キャリア濃度は3×1018cm-3であった。また、このGaN基板の平均転位密度は1×106cm-2であった。また、このGaN基板の厚みは400μmであった。
(sample)
First, as the AlGaN layer for measurement, a (0001) -plane GaN substrate prepared by the HVPE method was prepared. This GaN substrate had n-type conductivity, and the carrier concentration was 3 × 10 18 cm −3 . The average dislocation density of this GaN substrate was 1 × 10 6 cm −2 . The thickness of this GaN substrate was 400 μm.

次に、上記GaN基板に対して有機洗浄を行なった。その後、GaN基板の裏面(N原子面)上に、フォトリソグラフィ法を用いてTLM(Transmission Line Model)法に用いる円形の電極パターン(円形TLM電極用のパターン)をレジスト膜により形成した。具体的には、このレジスト膜において平面形状が円形状であるTLM電極用の開口パターンが複数個形成された。この開口パターンの半径は100μmであった。また、1対の開口パターンの間の距離が10μm、20μm、40μm、80μmとなるように、各開口パターンを配置した。   Next, organic cleaning was performed on the GaN substrate. Thereafter, a circular electrode pattern (pattern for a circular TLM electrode) used for a TLM (Transmission Line Model) method was formed on the back surface (N atomic surface) of the GaN substrate by a photolithography method using a resist film. Specifically, in this resist film, a plurality of opening patterns for TLM electrodes having a circular planar shape were formed. The radius of this opening pattern was 100 μm. Moreover, each opening pattern was arrange | positioned so that the distance between a pair of opening patterns might be 10 micrometers, 20 micrometers, 40 micrometers, and 80 micrometers.

次に、それぞれのGaN基板の表面を塩酸洗浄した後、それぞれのGaN基板の裏面にWまたはMoをスパッタによりそれぞれ形成した。形成したW膜またはMo膜の膜厚は200nmであった。この後、レジスト膜を除去することにより、円形TLM電極となるW膜またはMo膜以外の部分を除去した(リフトオフ)。   Next, after cleaning the surface of each GaN substrate with hydrochloric acid, W or Mo was formed on the back surface of each GaN substrate by sputtering. The film thickness of the formed W film or Mo film was 200 nm. Thereafter, by removing the resist film, portions other than the W film or the Mo film to be the circular TLM electrode were removed (lift-off).

上記のようにGaN基板の裏面側にWまたはMoよりなる円形TLM電極をそれぞれ形成したGaN基板を準備した。そして、400℃、600℃および800℃の3つの温度条件で2分間熱処理をそれぞれに行なった。この熱処理は窒素雰囲気で行なった。これにより、400℃、600℃および800℃の3つの温度条件で熱処理した試料をそれぞれ準備した。   As described above, a GaN substrate in which circular TLM electrodes made of W or Mo were formed on the back side of the GaN substrate was prepared. And it heat-processed for 2 minutes, respectively on three temperature conditions, 400 degreeC, 600 degreeC, and 800 degreeC. This heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere. Thereby, the sample heat-processed on three temperature conditions, 400 degreeC, 600 degreeC, and 800 degreeC, was prepared, respectively.

また、GaN基板の裏面側に円形TLM電極を形成したGaN基板のうち、熱処理を行なわなかったGaN基板を、熱処理を行なわない場合のそれぞれの試料とした。   In addition, among the GaN substrates on which the circular TLM electrode was formed on the back side of the GaN substrate, the GaN substrate that was not subjected to the heat treatment was used as each sample when the heat treatment was not performed.

また、比較用として、GaN基板の表面(Ga原子面)に、上述した方法と同様の方法によりWまたはMoからなる円形TLM電極を形成した基板をそれぞれ準備した。そして、上述のように3つの温度条件で2分間の熱処理を行なった。また、熱処理を行なわなかったそれぞれのGaN基板については、熱処理を行なわない場合の試料とした。   For comparison, substrates each having a circular TLM electrode made of W or Mo were prepared on the surface (Ga atomic plane) of the GaN substrate by the same method as described above. Then, heat treatment was performed for 2 minutes under the three temperature conditions as described above. In addition, each GaN substrate that was not subjected to heat treatment was used as a sample when heat treatment was not performed.

(測定方法)
上述のように円形TLM電極が形成されたそれぞれのGaN基板について、TLM法を用いて接触抵抗を測定した。具体的には、GaN基板の表面または裏面上に形成された、円形TLM電極について、それぞれの電極の間の間隔が異なる複数の電極対について電気抵抗を測定した。そして、当該電極間隔を横軸とし、測定した結果得られた電気抵抗を縦軸とした座標上に、測定された電気抵抗をプロットした。そして、このプロットされた点から得られた近似的な一次直線の傾きおよび切片から当該電極の接触抵抗を求めた。
(Measuring method)
The contact resistance was measured using the TLM method for each GaN substrate on which the circular TLM electrode was formed as described above. Specifically, regarding the circular TLM electrodes formed on the front surface or the back surface of the GaN substrate, the electrical resistance was measured for a plurality of electrode pairs having different intervals between the electrodes. And the measured electrical resistance was plotted on the coordinate which made the said electrode space | interval the horizontal axis and made the electrical resistance obtained as a result of the measurement the vertical axis | shaft. And the contact resistance of the said electrode was calculated | required from the inclination and intercept of the approximate linear straight line obtained from this plotted point.

測定結果を図4および図5に示す。図4および図5は、WまたはMoからなる電極のGaN基板における接触抵抗と合金化の熱処理温度との関係を示すグラフである。図4および図5は、GaN基板のGa原子面とN原子面とのいずれかにおいてWまたはMoからなる円形TLM電極を配置した試料についての熱処理温度と接触抵抗との関係を示す。なお、熱処理を行なわなかった試料については、熱処理温度が0℃として記載する。図4および図5において、横軸は熱処理温度(単位:℃)を示し、縦軸は接触抵抗Rc(単位:mΩcm2)を示している。また、図中の凡例の菱形はGaN基板のN原子面に電極が形成された試料のデータを示し、凡例の正方形はGaN基板のGa原子面に電極が形成された試料のデータを示している。 The measurement results are shown in FIGS. 4 and 5 are graphs showing the relationship between the contact resistance of the electrode made of W or Mo on the GaN substrate and the heat treatment temperature for alloying. 4 and 5 show the relationship between the heat treatment temperature and the contact resistance for a sample in which a circular TLM electrode made of W or Mo is disposed on either the Ga atom plane or the N atom plane of the GaN substrate. In addition, about the sample which did not heat-process, heat processing temperature is described as 0 degreeC. 4 and 5, the horizontal axis indicates the heat treatment temperature (unit: ° C.), and the vertical axis indicates the contact resistance Rc (unit: mΩcm 2 ). In the figure, the rhombus in the legend indicates data of a sample in which an electrode is formed on the N atomic plane of the GaN substrate, and the square in the legend indicates data on a sample in which an electrode is formed on the Ga atomic plane of the GaN substrate. .

(測定結果)
図4および図5からもわかるように、N原子面に形成されたオーミック電極は、Ga原子面に形成されたオーミック電極と同様の接触抵抗を有していた。このことから、裏面であるN原子面に接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むオーミック電極を形成することにより、Ga原子面に形成されたオーミック電極と同程度の低い接触抵抗を有するオーミック電極を形成できることがわかった。
(Measurement result)
As can be seen from FIGS. 4 and 5, the ohmic electrode formed on the N atomic plane had the same contact resistance as the ohmic electrode formed on the Ga atomic plane. From this, by forming an ohmic electrode including at least one of W and Mo in a region in contact with the N atomic surface which is the back surface, an ohmic having a contact resistance as low as that of the ohmic electrode formed on the Ga atomic surface It has been found that an electrode can be formed.

また、熱処理を行なわなかった試料と、熱処理を行なった試料とを比較して、Ga原子面に形成された表面電極およびN原子面に形成されたオーミック電極とも、接触抵抗は1mΩcm2以下で、かつほとんど同じ低い値であった。つまり、熱処理の有無に関わらず、低い接触抵抗を有するオーミック電極を形成することができた。このことから、裏面であるN原子面に接触する領域にWおよびMoの少なくとも一方を含むオーミック電極を形成することにより、GaN基板とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずにオーミック電極を形成できることがわかった。 Further, a sample not subjected to heat treatment, by comparing the sample was subjected to heat treatment, with an ohmic electrode formed on the surface electrode and the N atomic plane formed Ga atomic plane, the contact resistance at 1Emuomegacm 2 below, And it was almost the same low value. That is, an ohmic electrode having a low contact resistance could be formed regardless of the presence or absence of heat treatment. From this, by forming an ohmic electrode containing at least one of W and Mo in a region in contact with the N atomic plane which is the back surface, the ohmic electrode can be formed without performing a heat treatment for making an ohmic contact with the GaN substrate. I knew it was possible.

以上より、本実施例によれば、オーミック電極においてAlGaN層の裏面に接触している領域はWおよびMoの少なくとも一方を含むことにより、低抵抗な電極を形成できることが確認できた。   As described above, according to the present example, it was confirmed that the region in contact with the back surface of the AlGaN layer in the ohmic electrode includes at least one of W and Mo, so that a low-resistance electrode can be formed.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明は、AlGaN層の裏面(N原子面)に接触抵抗の低いオーミック電極を有する半導体装置、たとえばGaN基板を用いたショットキーバリアダイオード、MOSFETなどの縦型の半導体装置に有利に適用される。   The present invention is advantageously applied to a semiconductor device having an ohmic electrode having a low contact resistance on the back surface (N atomic surface) of the AlGaN layer, for example, a vertical semiconductor device such as a Schottky barrier diode or MOSFET using a GaN substrate. .

10,20 ショットキーバリアダイオード、11 AlGaN層、12 GaN基板、12a,13a 表面、12b,13b 裏面、13 n-GaNエピタキシャル層、14 絶縁層、15 ショットキー電極、15a 下部電極層、15b 上部電極層、16 オーミック電極、16a 接触電極層、16b 被覆層、17 開口部。 10, 20 Schottky barrier diode, 11 AlGaN layer, 12 GaN substrate, 12a, 13a front surface, 12b, 13b back surface, 13 n - GaN epitaxial layer, 14 insulating layer, 15 Schottky electrode, 15a lower electrode layer, 15b upper electrode Layer, 16 ohmic electrode, 16a contact electrode layer, 16b coating layer, 17 opening.

Claims (10)

表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、前記表面が(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層の前記裏面に形成されたオーミック電極において、
前記オーミック電極において前記裏面に接触している領域はタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を含むことを特徴とする、オーミック電極。
The Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) layer having a front surface and a back surface opposite to the front surface, the front surface being a (0001) plane and an n-type conductivity. In the ohmic electrode formed on the back surface,
The ohmic electrode is characterized in that the region in contact with the back surface of the ohmic electrode contains at least one of tungsten and molybdenum.
前記AlxGa(1-x)N層に対する前記オーミック電極の接触抵抗は1mΩcm2以下であることを特徴とする、請求項1に記載のオーミック電極。 The ohmic electrode according to claim 1, wherein a contact resistance of the ohmic electrode with respect to the Al x Ga (1-x) N layer is 1 mΩcm 2 or less. 前記オーミック電極は前記裏面に接している層と、前記層上に形成された被覆層とを含み、
1つ以上の層で構成される前記被覆層の最表面層が金よりなることを特徴とする、請求項1または2に記載のオーミック電極。
The ohmic electrode includes a layer in contact with the back surface, and a coating layer formed on the layer,
The ohmic electrode according to claim 1 or 2, wherein the outermost surface layer of the covering layer composed of one or more layers is made of gold.
表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、前記表面は(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層と、
前記表面に形成された、表面電極と、
前記裏面に形成された、請求項1〜3のいずれか1項に記載のオーミック電極とを備えた、半導体装置。
And the surface, and a back surface opposite to the surface, the surface is (0001) plane, and the Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) layer is a conductivity type is n-type,
A surface electrode formed on the surface;
The semiconductor device provided with the ohmic electrode of any one of Claims 1-3 formed in the said back surface.
表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、前記表面が(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層の前記裏面に形成されたオーミック電極の製造方法において、
前記裏面に接触する領域にタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を含む前記オーミック電極を形成することを特徴とする、オーミック電極の製造方法。
The Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) layer having a front surface and a back surface opposite to the front surface, the front surface being a (0001) plane and an n-type conductivity. In the manufacturing method of the ohmic electrode formed on the back surface,
The method of manufacturing an ohmic electrode, wherein the ohmic electrode including at least one of tungsten and molybdenum is formed in a region in contact with the back surface.
前記AlxGa(1-x)N層に対して1mΩcm2以下の接触抵抗を有する前記オーミック電極を形成することを特徴とする、請求項5に記載のオーミック電極の製造方法。 The method for producing an ohmic electrode according to claim 5, wherein the ohmic electrode having a contact resistance of 1 mΩcm 2 or less with respect to the Al x Ga (1-x) N layer is formed. 前記裏面に接している層と、前記層上に形成された被覆層とを含み、1つ以上の層で構成される前記被覆層の最表面層が金よりなる前記オーミック電極を形成することを特徴とする、請求項5または6に記載のオーミック電極の製造方法。   Forming the ohmic electrode, wherein the outermost surface layer of the coating layer including one or more layers includes a layer in contact with the back surface and a coating layer formed on the layer; The method for producing an ohmic electrode according to claim 5, wherein the method is characterized in that: 前記AlxGa(1-x)N層とのオーミックコンタクトをとるための熱処理を行なわずに前記オーミック電極を形成することを特徴とする、請求項5〜7のいずれか1項に記載のオーミック電極の製造方法。 Wherein the Al x Ga (1-x) comprising forming said ohmic electrode without a heat treatment for attaining ohmic contact with the N layer, ohmic according to any one of claims 5-7 Electrode manufacturing method. 表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、前記表面は(0001)面で、導電型がn型であるAlxGa(1-x)N(0≦x<1)層を準備する工程と、
表面電極を前記表面に形成する工程と、
請求項5〜8のいずれか1項に記載のオーミック電極の製造方法によりオーミック電極を前記裏面に形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Preparation and surface, and a back surface opposite to the surface, the surface is (0001) plane, the Al x Ga (1-x) N (0 ≦ x <1) layer is a conductivity type is n-type And a process of
Forming a surface electrode on the surface;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an ohmic electrode on the back surface by the method for manufacturing an ohmic electrode according to claim 5.
前記表面電極と前記オーミック電極とが同じ材料である、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the surface electrode and the ohmic electrode are made of the same material.
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