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JP6156038B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

GaN、AlN、InN及びその混晶に代表される窒化物半導体は、その優れた材料特性から高出力電子デバイスや短波長発光デバイスとして非常に注目を浴びている。例えば高出力電子デバイスとして、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)についての報告が数多くなされている。HEMTは、高出力・高効率増幅器や、大電力スイッチングデバイス等のアプリケーションが考えられる。また、例えばショットキーバリアダイオード(Schottky Barrier Diode:SBD)等の2端子デバイスの研究も進められている。   Nitride semiconductors typified by GaN, AlN, InN, and mixed crystals thereof have attracted a great deal of attention as high-power electronic devices and short-wavelength light-emitting devices because of their excellent material characteristics. For example, as high-power electronic devices, many reports have been made on field effect transistors, particularly high electron mobility transistors (HEMT). The HEMT can be used for applications such as a high-power / high-efficiency amplifier and a high-power switching device. In addition, research on a two-terminal device such as a Schottky Barrier Diode (SBD) is underway.

特開2007−134456号公報JP 2007-134456 A 特開平1−261871号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-261871

HEMTにおけるゲート電極の形成工程は、デバイス特性を決定する重要なプロセスとして位置付けられる。特に、前工程によるプロセス残渣やプロセスダメージに起因した界面準位は、ゲートリーク電流やヒステリシス特性の原因となり、特性劣化及び信頼性低下を抑制するために、できるだけ低減されることが好ましい。また、SBDにおいても、ショットキー接合を有するアノード電極の形成工程は、HEMTのゲート電極の形成工程と同様の理由により重要なプロセスと位置付けられる。   The formation process of the gate electrode in the HEMT is positioned as an important process for determining device characteristics. In particular, the interface state caused by the process residue or process damage in the previous step is preferably reduced as much as possible in order to cause gate leakage current and hysteresis characteristics and suppress deterioration of characteristics and deterioration of reliability. Also in SBD, the formation process of the anode electrode having a Schottky junction is positioned as an important process for the same reason as the formation process of the gate electrode of the HEMT.

HEMTにおいては、いわゆるエンハンスメント型(E-mode)トランジスタと、ディプレッション型(D-mode)トランジスタがある。E-modeトランジスタでは、ゲート電極として仕事関数の低い金属(Ti,Ta等)を用いることが有利である。D-modeトランジスタでは、ゲート電極として仕事関数の高い金属(Ni,Pt,Cu等)を用いることが有利である。
SBDにおいては、アノード電極には低いターンオン電圧が求められるため、仕事関数の低い金属(Ti,Al等)を用いることが必要である。
In the HEMT, there are so-called enhancement type (E-mode) transistors and depletion type (D-mode) transistors. In the E-mode transistor, it is advantageous to use a metal (Ti, Ta, etc.) having a low work function as the gate electrode. In the D-mode transistor, it is advantageous to use a metal (Ni, Pt, Cu, etc.) having a high work function as the gate electrode.
In the SBD, since a low turn-on voltage is required for the anode electrode, it is necessary to use a metal (Ti, Al, etc.) having a low work function.

仕事関数の低い金属であるTi等は、通常スパッタ法により堆積されるところ、GaNやAlGaN等の化合物半導体層上に堆積する場合にその表面のスパッタによるダメージが大きい。このダメージにより、上記と同様に界面準位に起因した特性劣化及び信頼性劣化の問題が生じるという問題がある。   Ti or the like, which is a metal having a low work function, is usually deposited by sputtering. However, when it is deposited on a compound semiconductor layer such as GaN or AlGaN, its surface is greatly damaged by sputtering. Due to this damage, there is a problem that the characteristic deterioration due to the interface state and the reliability deterioration occur as described above.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電極と半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and can easily and reliably suppress the generation of an interface state between an electrode and a semiconductor layer, and manufacture a highly reliable semiconductor device having excellent device characteristics. It aims to provide a method.

半導体装置の製造方法の一態様は、半導体層の上方に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と、前記開口を埋め込むように、前記絶縁膜上に第1金属を堆積する工程と、前記第1金属上の前記開口の上方に位置整合する部位のみに、前記第1金属よりも仕事関数が低い金属である第2金属を形成する工程と、前記第1金属を加工して、前記第2金属下に前記開口を前記第1金属で埋め込む金属層を形成する工程と、前記第2金属の融点よりも低い温度で熱処理を行い、下層部分に前記第2金属が析出してなる第1電極を形成する工程とを含む。 One aspect of a method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an insulating film having an opening above a semiconductor layer, a step of depositing a first metal on the insulating film so as to fill the opening, Forming a second metal, which is a metal having a work function lower than that of the first metal , only on a portion of the first metal that is aligned above the opening; processing the first metal; and Forming a metal layer that fills the opening with the first metal under the metal, and performing heat treatment at a temperature lower than the melting point of the second metal, and depositing the second metal in a lower layer portion. Forming the step.

半導体装置の製造方法の一態様は、半導体層の上方において、第1領域には第1開口を、第2領域には第2開口をそれぞれ有する絶縁膜を形成する工程と、前記第1開口及び前記第2開口を埋め込むように、前記絶縁膜上に第1金属を堆積する工程と、前記第1金属上の前記第1開口の上方に位置整合する部位のみに、前記第1金属よりも仕事関数が低い金属である第2金属を形成する工程と、前記第1金属を加工して、前記第1領域には前記第2金属下で前記第1開口を前記第1金属で埋め込む第1金属層を、前記第2領域には前記第2開口を前記第1金属で埋め込む第2金属層を形成する工程と、前記半導体層の上方において、前記第1領域には第3金属の第3金属層を、前記第2領域には前記第3金属の第4金属層を形成する工程と、前記第2金属の融点よりも低い温度で熱処理を行い、前記第1領域には、前記第1金属層の下層部分に前記第2金属が析出してなる第1ショットキー電極、及び前記第3金属層が前記半導体層とオーミック接触してなる第1オーミック電極を、前記第2領域には、前記第2金属層の第2ショットキー電極、及び前記第4金属層が前記半導体層とオーミック接触してなる第2オーミック電極を形成する工程とを含む。 One embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an insulating film having a first opening in a first region and a second opening in a second region above the semiconductor layer, and the first opening and The first metal is deposited on the insulating film so as to embed the second opening, and work is performed more than the first metal only in a position aligned above the first opening on the first metal. Forming a second metal having a low function; processing the first metal; and filling the first region with the first metal under the second metal in the first region the layers in the second region and forming a second metal layer filling the second opening with said first metal, at above the semiconductor layer, wherein the first region third metal of the third metal Forming a layer, a fourth metal layer of the third metal in the second region; Heat treatment is performed at a temperature lower than the melting point of the second metal, and in the first region, a first Schottky electrode formed by depositing the second metal in a lower layer portion of the first metal layer, and the third A first ohmic electrode in which the metal layer is in ohmic contact with the semiconductor layer; a second Schottky electrode of the second metal layer in the second region; and a fourth metal layer in ohmic contact with the semiconductor layer. Forming a second ohmic electrode.

上記の各態様によれば、電極と半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い半導体装置が実現する。   According to each aspect described above, the generation of the interface state between the electrode and the semiconductor layer can be easily and reliably suppressed, and a highly reliable semiconductor device having excellent device characteristics can be realized.

第1の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the compound semiconductor device by 1st Embodiment to process order. 図1に引き続き、第1の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the first embodiment in order of processes subsequent to FIG. 1. 第2の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of the compound semiconductor device by 2nd Embodiment. 図3に引き続き、第2の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment following FIG. 3. 図4に引き続き、第2の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment following FIG. 4. 第3の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the compound semiconductor device by 3rd Embodiment to process order. 図6に引き続き、第3の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the third embodiment in order of processes subsequent to FIG. 6. 図7に引き続き、第3の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the third embodiment in order of processes subsequent to FIG. 7. 第4の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of the compound semiconductor device by 4th Embodiment. 図9に引き続き、第4の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the fourth embodiment following FIG. 9. 第5の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of the compound semiconductor device by 5th Embodiment. 図11に引き続き、第5の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the fifth embodiment following FIG. 11. 第5の実施形態により作製された化合物半導体装置について、ゲート−ソース間電圧(Vgs)とドレイン電流(Id)との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the gate-source voltage (Vgs) and the drain current (Id) about the compound semiconductor device produced by 5th Embodiment. 第6の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of the compound semiconductor device by 6th Embodiment. 図14に引き続き、第6の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the sixth embodiment following FIG. 14. 第7の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of the compound semiconductor device by 7th Embodiment. 図16に引き続き、第7の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the seventh embodiment, following FIG. 16. 図17に引き続き、第7の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the seventh embodiment, following FIG. 17. 第8の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。It is a connection diagram which shows schematic structure of the power supply device by 8th Embodiment. 第9の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。It is a connection diagram which shows schematic structure of the high frequency amplifier by 9th Embodiment.

以下、化合物半導体装置の諸態様について、その製造方法と共に図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の図面において、図示の便宜上、相対的に正確な大きさ及び厚みに示していない構成部材がある。
また、以下の諸実施形態において、各素子構造を画定するための素子分離工程を適宜行うが、具体的な記載は省略する。素子分離工程では、化合物半導体積層構造の素子分離領域にアルゴン(Ar)等を注入したり、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いたりして素子分離を行う。
Hereinafter, various aspects of the compound semiconductor device will be described in detail with reference to the drawings together with the manufacturing method thereof.
In the following drawings, there are constituent members that are not shown in a relatively accurate size and thickness for convenience of illustration.
Further, in the following embodiments, an element isolation step for defining each element structure is appropriately performed, but a specific description is omitted. In the element isolation step, element isolation is performed by implanting argon (Ar) or the like into the element isolation region of the compound semiconductor stacked structure, or using an STI (Shallow Trench Isolation) method.

(第1の実施形態)
本実施形態では、化合物半導体装置として、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDが同一基板に集積されたデバイスを開示する。
図1〜図2は、第1の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
(First embodiment)
In the present embodiment, a device in which AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are integrated on the same substrate is disclosed as a compound semiconductor device.
1 to 2 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps.

先ず、図1(a)に示すように、成長用基板として例えば半絶縁性のSiC基板1上に、化合物半導体積層構造2を形成する。成長用基板としては、SiC基板の代わりに、Si基板、サファイア基板、GaAs基板、GaN基板等を用いても良い。また、基板の導電性としては、半絶縁性、導電性を問わない。
化合物半導体積層構造2は、バッファ層2a、電子走行層2b、中間層2c、及び電子供給層2dを有して構成される。
First, as shown in FIG. 1A, a compound semiconductor multilayer structure 2 is formed on, for example, a semi-insulating SiC substrate 1 as a growth substrate. As the growth substrate, a Si substrate, a sapphire substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, or the like may be used instead of the SiC substrate. Further, the conductivity of the substrate may be semi-insulating or conductive.
The compound semiconductor multilayer structure 2 includes a buffer layer 2a, an electron transit layer 2b, an intermediate layer 2c, and an electron supply layer 2d.

AlGaN/GaN・HEMTでは、その動作時において、電子走行層2bの電子供給層2d(正確には中間層2c)との界面近傍に2次元電子ガス(2DEG)が発生する。この2DEGは、電子走行層2bの化合物半導体(ここではGaN)と電子供給層2dの化合物半導体(ここではAlGaN)との格子定数の相違に基づいて生成される。   In the AlGaN / GaN.HEMT, two-dimensional electron gas (2DEG) is generated near the interface between the electron transit layer 2b and the electron supply layer 2d (more precisely, the intermediate layer 2c) during the operation. This 2DEG is generated based on the difference in lattice constant between the compound semiconductor (here, GaN) of the electron transit layer 2b and the compound semiconductor (here, AlGaN) of the electron supply layer 2d.

詳細には、SiC基板1上に、例えば有機金属気相成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法により、以下の各化合物半導体を成長する。MOVPE法の代わりに、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法等を用いても良い。
SiC基板1上に、AlNを200nm程度の厚みに、i(インテンショナリ・アンドープ)−GaNを3μm程度の厚みに、i−AlGaNを5nm程度の厚みに、n−AlGaNを30nm程度の厚みに順次成長する。これにより、バッファ層2a、電子走行層2b、中間層2c、及び電子供給層2dが形成される。バッファ層2aとしては、AlNの代わりにAlGaNを用いたり、低温成長でGaNを成長するようにしても良い。
More specifically, the following compound semiconductors are grown on the SiC substrate 1 by, for example, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Instead of the MOVPE method, a molecular beam epitaxy (MBE) method or the like may be used.
On the SiC substrate 1, AlN is about 200 nm thick, i (Intensive Undoped) -GaN is about 3 μm thick, i-AlGaN is about 5 nm thick, and n-AlGaN is about 30 nm thick. Grows sequentially. Thereby, the buffer layer 2a, the electron transit layer 2b, the intermediate layer 2c, and the electron supply layer 2d are formed. As the buffer layer 2a, AlGaN may be used instead of AlN, or GaN may be grown at a low temperature.

AlNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMAl)ガス及びアンモニア(NH3)ガスの混合ガスを用いる。GaNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMGa)ガス及びNH3ガスの混合ガスを用いる。AlGaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAlガス、TMGaガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Al源であるTMAlガス、Ga源であるTMGaガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるNH3ガスの流量は、100ccm〜10LM程度とする。また、成長圧力は50Torr〜300Torr程度、成長温度は1000℃〜1200℃程度とする。 As growth conditions for AlN, a mixed gas of trimethylaluminum (TMAl) gas and ammonia (NH 3 ) gas is used as a source gas. As a growth condition for GaN, a mixed gas of trimethylgallium (TMGa) gas and NH 3 gas is used as a source gas. As growth conditions for AlGaN, a mixed gas of TMAl gas, TMGa gas, and NH 3 gas is used as a source gas. The presence / absence and flow rate of TMAl gas as an Al source and TMGa gas as a Ga source are appropriately set according to the compound semiconductor layer to be grown. The flow rate of NH 3 gas, which is a common raw material, is about 100 ccm to 10 LM. The growth pressure is about 50 Torr to 300 Torr, and the growth temperature is about 1000 ° C. to 1200 ° C.

電子供給層2dのAlGaNをn型として成長する際には、n型不純物として例えばSiを含む例えばSiH4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、GaN及びAlGaNにSiをドーピングする。Siのドーピング濃度は、1×1018/cm3程度〜1×1020/cm3程度、例えば5×1018/cm3程度とする。 When growing the AlGaN of the electron supply layer 2d as n-type, for example, SiH 4 gas containing Si as an n-type impurity is added to the source gas at a predetermined flow rate, and Si is doped into GaN and AlGaN. The doping concentration of Si is about 1 × 10 18 / cm 3 to about 1 × 10 20 / cm 3 , for example, about 5 × 10 18 / cm 3 .

続いて、図1(b)に示すように、HEMT側にはゲート電極3Aを、SBD側には電極層3aを同時形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造2の表面を、有機溶剤又は酸・アルカリ等を用いて充分に洗浄する。この化合物半導体積層構造2の表面の洗浄処理により、界面準位の極めて少ない良好な表面(後述する各種電極との界面となる)を得ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, the gate electrode 3A is simultaneously formed on the HEMT side, and the electrode layer 3a is simultaneously formed on the SBD side.
Specifically, first, the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 is sufficiently cleaned using an organic solvent, acid, alkali, or the like. By cleaning the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, it is possible to obtain a good surface (becomes an interface with various electrodes described later) having extremely low interface states.

次に、ゲート電極及び電極層を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体積層構造2上に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側でゲート電極の形成予定部位を、SBD側でアノード電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。   Next, a resist mask for forming the gate electrode and the electrode layer is formed. A resist is applied on the compound semiconductor multilayer structure 2, and the resist is processed by lithography to form openings that expose the planned site for forming the gate electrode on the HEMT side and the planned site for forming the anode electrode on the SBD side. Thus, a resist mask having each opening is formed.

本実施形態では、ゲート電極及び電極層の材料として、仕事関数の高い金属であるNi,Pt,Cu等を含有する材料(第1金属)を用いる。ここでは、Ni/Au(Niが下層でAuが上層)を第1金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第1金属としてNi/Auを、例えば蒸着法により、化合物半導体積層構造2の表面を露出する各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、HEMT側にはショットキー電極であるゲート電極3Aが、SBD側には電極層3aが同時形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In this embodiment, a material (first metal) containing Ni, Pt, Cu or the like, which is a metal having a high work function, is used as the material for the gate electrode and the electrode layer. Here, Ni / Au (Ni is the lower layer and Au is the upper layer) is exemplified as the first metal.
Using the resist mask, Ni / Au as the first metal is deposited on the resist mask including the inside of each opening exposing the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 by, for example, vapor deposition. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm. The resist mask and Ni / Au deposited thereon are removed by a lift-off method. As described above, the gate electrode 3A, which is a Schottky electrode, is simultaneously formed on the HEMT side, and the electrode layer 3a is simultaneously formed on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図1(c)に示すように、SBD側の電極層3a上のみに上層部分3bを形成する。
詳細には、先ず、上層部分を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、SBD側で電極層3aの上面のみを露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 1C, the upper layer portion 3b is formed only on the electrode layer 3a on the SBD side.
Specifically, first, a resist mask for forming the upper layer portion is formed. A resist is applied to the entire surface, and the resist is processed by lithography to form an opening exposing only the upper surface of the electrode layer 3a on the SBD side. Thus, a resist mask having the opening is formed.

本実施形態では、上層部分の材料として、第1金属よりも仕事関数の低い高融点金属であるTi,Mo,Ta,W等を含有する材料(第2金属)を用いる。ここでは、Tiを第2金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第2金属としてTiを、例えば蒸着法により、電極層3aの上面を露出する開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Tiの厚みは30nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTiを除去する。以上により、SBD側の電極層3a上のみにキャップ層となる上層部分3bが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In the present embodiment, a material (second metal) containing Ti, Mo, Ta, W or the like, which is a refractory metal having a work function lower than that of the first metal, is used as the material of the upper layer portion. Here, Ti is exemplified as the second metal.
Using the resist mask, Ti as the second metal is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the upper surface of the electrode layer 3a by, for example, vapor deposition. The thickness of Ti is about 30 nm. The resist mask and Ti deposited thereon are removed by a lift-off method. As a result, the upper layer portion 3b serving as a cap layer is formed only on the electrode layer 3a on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図2(a)に示すように、HEMT側にはソース電極4A及びドレイン電極4Bを、SBD側にはカソード電極4Cを同時形成する。
詳細には、先ず、ソース電極4A及びドレイン電極4B、並びにカソード電極4Cを形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体積層構造2の全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側でソース電極及びドレイン電極の形成予定部位を、SBD側でカソード電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2A, the source electrode 4A and the drain electrode 4B are simultaneously formed on the HEMT side, and the cathode electrode 4C is simultaneously formed on the SBD side.
Specifically, first, a resist mask for forming the source electrode 4A, the drain electrode 4B, and the cathode electrode 4C is formed. Resist is applied to the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, and the resist is processed by lithography to expose the planned site for forming the source and drain electrodes on the HEMT side and the planned site for forming the cathode electrode on the SBD side. Form. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTa/Al(Taが下層でAlが上層)を、例えば蒸着法により、各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Taの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTa/Alを除去する。以上により、HEMT側にはソース電極4A及びドレイン電極4Bが、SBD側にはカソード電極4Cが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, as an electrode material, for example, Ta / Al (Ta is the lower layer and Al is the upper layer) is deposited on the resist mask including the inside of each opening, for example, by vapor deposition. The thickness of Ta is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. The resist mask and Ta / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the source electrode 4A and the drain electrode 4B are formed on the HEMT side, and the cathode electrode 4C is formed on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図2(b)に示すように、パッシベーション膜5を形成する。
詳細には、化合物半導体積層構造2の全面に絶縁膜、例えばSiNをプラズマCVD法等により2nm程度〜200nm程度の厚みに堆積する。これにより、パッシベーション膜5が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, a passivation film 5 is formed.
Specifically, an insulating film such as SiN is deposited on the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 to a thickness of about 2 nm to 200 nm by a plasma CVD method or the like. Thereby, the passivation film 5 is formed.

続いて、図2(c)に示すように、SiC基板1を熱処理する。
詳細には、窒素雰囲気中において、第2金属である高融点金属、ここではTiの融点よりも低い温度、好ましくは400℃程度〜1000℃程度の温度、例えば550℃程度でSiC基板1を熱処理(アニール処理)する。この熱処理により、HEMT側ではソース電極4A及びドレイン電極4Bについて、SBD側ではカソード電極4Cについて、それぞれ電子供給層2dとのオーミックコンタクトが確立し、それぞれオーミック電極となる。それと共に、当該熱処理により、SBD側で上層部分3bのTiが電極層3a内に下方拡散し、Tiが電子供給層2dのAlGaNと電極層3aのNiとの界面に析出して、下層部分3cが形成される。下層部分3cは、例えば1nm程度〜2nm程度の厚みに形成される。電極層3aと上層部分3b及び下層部分3cとにより、ショットキー電極であるアノード電極3Bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the SiC substrate 1 is heat-treated.
More specifically, the SiC substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature lower than the melting point of the refractory metal that is the second metal, here Ti, preferably about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 550 ° C. (Annealing). By this heat treatment, ohmic contact with the electron supply layer 2d is established with respect to the source electrode 4A and the drain electrode 4B on the HEMT side and with respect to the cathode electrode 4C on the SBD side, respectively, which become ohmic electrodes. At the same time, by the heat treatment, Ti in the upper layer portion 3b diffuses downward into the electrode layer 3a on the SBD side, Ti precipitates at the interface between AlGaN in the electron supply layer 2d and Ni in the electrode layer 3a, and lower layer portion 3c. Is formed. The lower layer portion 3c is formed with a thickness of about 1 nm to 2 nm, for example. The electrode layer 3a, the upper layer portion 3b, and the lower layer portion 3c form an anode electrode 3B that is a Schottky electrode.

本実施形態では、Tiを熱拡散させてアノード電極3Bを形成するための熱処理を、ソース電極4A及びドレイン電極4B、並びにカソード電極4Cのオーミックコンタクトを得るための熱処理と兼ねて行う。これにより、アノード電極3Bを形成するための熱処理の工程を単独に設ける必要がなく、工程削減が実現する。   In the present embodiment, the heat treatment for forming the anode electrode 3B by thermally diffusing Ti is performed in combination with the heat treatment for obtaining the ohmic contact of the source electrode 4A, the drain electrode 4B, and the cathode electrode 4C. As a result, it is not necessary to provide a heat treatment step for forming the anode electrode 3B, and the number of steps can be reduced.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ゲート電極3A、ソース電極4A、ドレイン電極4B、アノード電極3B、カソード電極4Cとそれぞれ接続される各配線の形等の諸工程を実行する。以上により、SiC基板1上に、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDが集積されてなる化合物半導体装置が形成される。   Thereafter, various processes such as formation of an interlayer insulating film, the shape of each wiring connected to the gate electrode 3A, the source electrode 4A, the drain electrode 4B, the anode electrode 3B, and the cathode electrode 4C are performed. Thus, a compound semiconductor device in which AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are integrated is formed on the SiC substrate 1.

本実施形態においては、低い仕事関数が必要な電極にのみ、Ti等の第2金属からなる上層部分を形成し、熱処理によりTi等を電極最下面に析出させる。これにより、異なる仕事関数、且つ界面準位の少ない良好な底面(化合物半導体積層構造との界面)を有する電極(本実施形態ではアノード電極3B)を形成することが可能となる。   In this embodiment, an upper layer portion made of a second metal such as Ti is formed only on an electrode that requires a low work function, and Ti or the like is deposited on the lowermost surface of the electrode by heat treatment. As a result, it is possible to form an electrode (in this embodiment, the anode electrode 3B) having a different work function and a good bottom surface (interface with the compound semiconductor multilayer structure) with few interface states.

特許文献1では、Si半導体デバイスの閾値電圧を作り分ける目的で、In等のSiへの拡散による仕事関数の低減を実現している。しかしながらこの場合、拡散させる金属としてIn,Ga,Tl等の低融点金属を用い、当該金属の融点以上の温度で熱処理を行う。本実施形態のような化合物半導体装置では、高温動作が可能であることを特徴としており、Inのような低融点金属がショットキー界面に存在すると、他の金属や半導体との反応による特性劣化及び信頼性低下の原因となる。そのため、特許文献1の技術は本実施形態には適用できない。   In Patent Document 1, the work function is reduced by the diffusion of In or the like into Si for the purpose of separately creating the threshold voltage of the Si semiconductor device. However, in this case, a low melting point metal such as In, Ga, Tl or the like is used as the metal to be diffused, and the heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point of the metal. The compound semiconductor device as in this embodiment is characterized by being capable of high-temperature operation. When a low-melting point metal such as In is present at the Schottky interface, characteristic degradation due to reaction with other metals and semiconductors and It causes a decrease in reliability. Therefore, the technique of Patent Document 1 cannot be applied to this embodiment.

本実施形態では、特に化合物半導体装置への適用を考慮して、融点が高く、仕事関数が低く、融点よりも低温の熱処理による熱拡散が可能な金属材料を、好適な第2金属として選択すべく鋭意検討した。その結果、Ti,Mo,Ta,W等から選ばれた金属が第2金属として最も良好な金属材料であることを見出した。特にTiは、融点が1660℃程度と高く、仕事関数も約4.3eVと充分に低い。高仕事関数の第1金属として、GaN系トランジスタのゲート材料に広く用いられる例えばNi上にTiを堆積し、その融点より充分低い600℃程度の温度(本実施形態では550℃を例示した)で熱処理をする。これにより、TiがNi中に下方拡散し、Niの化合物半導体層との界面に選択的に析出することが把握された。この結果から、Tiのキャップ層の有無により、高仕事関数のNiの電極と低仕事関数のTiの電極との作り分けが可能であることが示された。母体の第1金属は、2種類の電極に共通する電極層として同時形成することができる。   In the present embodiment, particularly considering application to a compound semiconductor device, a metal material having a high melting point, a low work function, and capable of thermal diffusion by heat treatment at a temperature lower than the melting point is selected as a suitable second metal. We studied as hard as possible. As a result, it has been found that a metal selected from Ti, Mo, Ta, W and the like is the best metal material as the second metal. In particular, Ti has a melting point as high as about 1660 ° C. and a work function as low as about 4.3 eV. As a first metal having a high work function, Ti is deposited on, for example, Ni widely used as a gate material of a GaN-based transistor, and at a temperature of about 600 ° C. sufficiently lower than the melting point (550 ° C. is exemplified in this embodiment). Heat treatment. Thereby, it was grasped that Ti diffuses downward into Ni and selectively precipitates at the interface with the Ni compound semiconductor layer. From this result, it was shown that the high work function Ni electrode and the low work function Ti electrode can be separately formed depending on the presence or absence of the Ti cap layer. The base first metal can be formed simultaneously as an electrode layer common to the two types of electrodes.

本実施形態では、同一基板上に上記の2種類の電極を形成する場合に、化合物半導体層上にTi等を直接的に堆積することなく、例えばNi等の第1金属を蒸着法で堆積する。一方の電極については、第1金属で高仕事関数を実現する。他方の電極については、第1金属の上にTi等の第2金属を堆積した後、第1金属内に第2金属を拡散させ、実質的に低仕事関数を実現する。これにより、プロセス残渣やプロセスダメージのない良好な界面状態の化合物半導体層の表面に、同一工程を利用して可及的に少ない工程数で形成することが可能となる。   In the present embodiment, when the above two types of electrodes are formed on the same substrate, a first metal such as Ni is deposited by vapor deposition without directly depositing Ti or the like on the compound semiconductor layer. . For one electrode, a high work function is realized with the first metal. With respect to the other electrode, after depositing a second metal such as Ti on the first metal, the second metal is diffused into the first metal to substantially achieve a low work function. As a result, it is possible to form the surface of the compound semiconductor layer in a favorable interface state free from process residues and process damage using the same process and with as few processes as possible.

以上説明したように、本実施形態によれば、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   As described above, according to this embodiment, the generation of the interface state between each electrode and the compound semiconductor layer is easily and surely suppressed, and a highly reliable compound semiconductor device having excellent device characteristics is realized. To do.

(第2の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、化合物半導体装置として、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDが同一基板に集積されたデバイスを開示するが、各電極の構成が異なる点で第1の実施形態と相違する。なお、第1の実施形態の構成部材等と同一のものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図3〜図5は、第2の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, as in the first embodiment, as a compound semiconductor device, a device in which AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are integrated on the same substrate is disclosed, but the configuration of each electrode is different. This is different from the first embodiment. In addition, about the same thing as the structural member of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
3 to 5 are schematic cross-sectional views illustrating main processes of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment.

本実施形態では、第1の実施形態と同様に、先ず図1(a)の工程を実行する。このとき、SiC基板1上に化合物半導体積層構造2が形成される。   In the present embodiment, as in the first embodiment, first, the process of FIG. At this time, the compound semiconductor multilayer structure 2 is formed on the SiC substrate 1.

続いて、図3(a)に示すように、絶縁膜11を形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造2の表面を、有機溶剤又は酸・アルカリ等を用いて充分に洗浄する。この化合物半導体積層構造2の表面の洗浄処理により、界面準位の極めて少ない良好な表面(後述する各種電極との界面となる)を得ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, an insulating film 11 is formed.
Specifically, first, the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 is sufficiently cleaned using an organic solvent, acid, alkali, or the like. By cleaning the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, it is possible to obtain a good surface (becomes an interface with various electrodes described later) having extremely low interface states.

次に、化合物半導体積層構造2の全面に、例えばSiNをプラズマCVD法等により100nm程度の厚みに堆積する。堆積したSiNの全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMTのゲート電極の形成予定部位及びSBDのアノード電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。   Next, for example, SiN is deposited on the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 to a thickness of about 100 nm by a plasma CVD method or the like. A resist is applied to the entire surface of the deposited SiN, and the resist is processed by lithography to form openings that expose the HEMT gate electrode formation planned site and the SBD anode electrode formation planned site. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、SiNをドライエッチングする。これにより、SiNには、HEMTのゲート電極の形成予定部位及びSBDのアノード電極の形成予定部位にそれぞれ化合物半導体積層構造2の表面を露出する開口が形成される。以上により、開口11a,11bを有する絶縁膜11が形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
SiN is dry etched using this resist mask. Thereby, in SiN, the opening which exposes the surface of the compound semiconductor laminated structure 2 is formed in the site where the HEMT gate electrode is to be formed and the site where the SBD anode electrode is to be formed. Thus, the insulating film 11 having the openings 11a and 11b is formed.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図3(b)に示すように、Ni/Au12を堆積する。
本実施形態では、ゲート電極及び電極層の材料として、仕事関数の高い金属であるNi,Pt,Cu等を含有する材料(第1金属)を用いる。ここでは、Ni/Au(Niが下層でAuが上層)を第1金属として例示する。
Ni/Au12を、例えばスパッタ法により、開口11a,11bを埋め込むように絶縁膜11上に堆積する。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, Ni / Au 12 is deposited.
In this embodiment, a material (first metal) containing Ni, Pt, Cu or the like, which is a metal having a high work function, is used as the material for the gate electrode and the electrode layer. Here, Ni / Au (Ni is the lower layer and Au is the upper layer) is exemplified as the first metal.
Ni / Au 12 is deposited on the insulating film 11 so as to fill the openings 11a and 11b, for example, by sputtering. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm.

続いて、図3(c)に示すように、開口11bの上方に位置整合する部位のみに上層部分13bを形成する。
本実施形態では、上層部分の材料として、第1金属よりも仕事関数の低い高融点金属であるTi,Mo,Ta,W等を含有する材料(第2金属)を用いる。ここでは、Tiを第2金属として例示する。
Tiを、例えばスパッタ法により、絶縁膜11上の全面に堆積する。Tiの厚みは30nm程度とする。堆積したTi上にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、SBD側の開口11bの上方に位置整合する部位を覆うようにレジストを残す。以上により、レジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 3 (c), the upper layer portion 13b is formed only at the position aligned above the opening 11b.
In the present embodiment, a material (second metal) containing Ti, Mo, Ta, W or the like, which is a refractory metal having a work function lower than that of the first metal, is used as the material of the upper layer portion. Here, Ti is exemplified as the second metal.
Ti is deposited on the entire surface of the insulating film 11 by, eg, sputtering. The thickness of Ti is about 30 nm. A resist is applied on the deposited Ti, and the resist is processed by lithography to leave the resist so as to cover a position aligned above the opening 11b on the SBD side. Thus, a resist mask is formed.

このレジストマスクを用いて、Tiをドライエッチングして除去する。以上により、SBD側の開口11bの上方に位置整合する部位のみにTiが残存し、キャップ層となる上層部分13bが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, Ti is removed by dry etching. As described above, Ti remains only in the position aligned above the opening 11b on the SBD side, and the upper layer portion 13b serving as the cap layer is formed.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図4(a)に示すように、HEMT側にはゲート電極13Aを、SBD側には電極層13aを同時形成する。
詳細には、ゲート電極及び電極層を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストをNi/Au12及び上層部分13b上に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側でゲート電極の形成予定部位を、SBD側で上層部分13bをそれぞれ覆うようにレジストを残す。以上により、レジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, the gate electrode 13A and the electrode layer 13a are simultaneously formed on the HEMT side and the SBD side, respectively.
Specifically, a resist mask for forming the gate electrode and the electrode layer is formed. A resist is applied onto the Ni / Au 12 and the upper layer portion 13b, and the resist is processed by lithography, so that the resist is left so as to cover the portion where the gate electrode is to be formed on the HEMT side and the upper layer portion 13b on the SBD side. Thus, a resist mask is formed.

このレジストマスクを用いて、Ni/Au12をイオンミリング及びドライエッチングして除去する。以上により、HEMT側には残存したNi/Au12からなるゲート電極13Aが、SBD側には上層部分13b下に残存したNi/Au12からなる電極層13aが同時形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, Ni / Au 12 is removed by ion milling and dry etching. Thus, the gate electrode 13A made of Ni / Au 12 remaining on the HEMT side and the electrode layer 13a made of Ni / Au 12 remaining under the upper layer portion 13b are simultaneously formed on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図4(b)に示すように、層間絶縁膜14を形成する。
詳細には、絶縁膜11の全面に絶縁膜、例えばSiO2をCVD法等により500nm程度の厚みに堆積する。これにより、層間絶縁膜14が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, an interlayer insulating film 14 is formed.
Specifically, an insulating film such as SiO 2 is deposited on the entire surface of the insulating film 11 to a thickness of about 500 nm by a CVD method or the like. Thereby, the interlayer insulating film 14 is formed.

続いて、図4(c)に示すように、絶縁膜11及び層間絶縁膜14に開口15a,15b,15cを形成する。
詳細には、層間絶縁膜14の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側ではソース電極の形成予定部位及びドレイン電極の形成予定部位を、SBD側ではカソード電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, openings 15 a, 15 b, and 15 c are formed in the insulating film 11 and the interlayer insulating film 14.
Specifically, a resist is applied to the entire surface of the interlayer insulating film 14, and the resist is processed by lithography. A source electrode formation planned portion and a drain electrode formation planned portion are formed on the HEMT side, and a cathode electrode is formed on the SBD side. Each opening that exposes the site is formed. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、絶縁膜11及び層間絶縁膜14をドライエッチングする。これにより、絶縁膜11及び層間絶縁膜14において、HEMT側では、ソース電極の形成予定部位及びドレイン電極の形成予定部位に、化合物半導体積層構造2の表面を露出する開口15a,15bが形成される。SBD側では、カソード電極の形成予定部位に、化合物半導体積層構造2の表面を露出する開口15cが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, the insulating film 11 and the interlayer insulating film 14 are dry-etched. As a result, in the insulating film 11 and the interlayer insulating film 14, openings 15 a and 15 b that expose the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 are formed at the site where the source electrode is to be formed and the region where the drain electrode is to be formed on the HEMT side. . On the SBD side, an opening 15 c that exposes the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 is formed at a site where the cathode electrode is to be formed.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図5(a)に示すように、HEMT側にはソース電極15A及びドレイン電極15Bを、SBD側にはカソード電極15Cを同時形成する。
詳細には、先ず、電極材料として、例えばTi/Al(Tiが下層でAlが上層)を、例えばスパッタ法により、開口15a,15b,15c内を埋め込むように層間絶縁膜14上に堆積する。Tiの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, the source electrode 15A and the drain electrode 15B are simultaneously formed on the HEMT side, and the cathode electrode 15C is simultaneously formed on the SBD side.
Specifically, first, as an electrode material, for example, Ti / Al (Ti is the lower layer and Al is the upper layer) is deposited on the interlayer insulating film 14 so as to fill the openings 15a, 15b, and 15c by, for example, sputtering. The thickness of Ti is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm.

堆積したTi上にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側では開口15aの上方及び開口15bの上方に置整合する部位のみに、SBD側では開口15cの上方に置整合する部位のみにレジストを残す。以上により、レジストマスクが形成される。   A resist is applied on the deposited Ti, and the resist is processed by lithography. The HEMT side is aligned only above the opening 15a and above the opening 15b, and the SBD side is positioned above the opening 15c. Leave the resist only. Thus, a resist mask is formed.

このレジストマスクを用いて、Ti/Alをドライエッチングして除去する。以上により、HEMT側にはソース電極15A及びドレイン電極15Bが、SBD側にはカソード電極15Cが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, Ti / Al is removed by dry etching. Thus, the source electrode 15A and the drain electrode 15B are formed on the HEMT side, and the cathode electrode 15C is formed on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図5(b)に示すように、SiC基板1を熱処理する。
詳細には、窒素雰囲気中において、第2金属である高融点金属、ここではTiの融点よりも低い温度、好ましくは400℃程度〜1000℃程度の温度、例えば650℃程度でSiC基板1を熱処理(アニール処理)する。この熱処理により、HEMT側ではソース電極15A及びドレイン電極15Bについて、SBD側ではカソード電極15Cについて、それぞれ電子供給層2dとのオーミックコンタクトが確立する。それと共に、当該熱処理により、SBD側で上層部分13bのTiが電極層13a内に下方拡散し、Tiが電子供給層2dのAlGaNと電極層13aのNiとの界面に析出して、下層部分13cが形成される。下層部分13cは、例えば1nm程度〜2nm程度の厚みに形成される。電極層13aと上層部分13b及び下層部分13cとにより、アノード電極13Bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, the SiC substrate 1 is heat-treated.
More specifically, the SiC substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature lower than the melting point of the refractory metal as the second metal, here Ti, preferably about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 650 ° C. (Annealing). This heat treatment establishes ohmic contact with the electron supply layer 2d for the source electrode 15A and the drain electrode 15B on the HEMT side and for the cathode electrode 15C on the SBD side, respectively. At the same time, Ti in the upper layer portion 13b diffuses downward into the electrode layer 13a on the SBD side, and Ti precipitates at the interface between AlGaN in the electron supply layer 2d and Ni in the electrode layer 13a. Is formed. The lower layer portion 13c is formed to a thickness of about 1 nm to 2 nm, for example. The electrode layer 13a, the upper layer portion 13b, and the lower layer portion 13c form an anode electrode 13B.

本実施形態では、Tiを熱拡散させてアノード電極13Bを形成するための熱処理を、ソース電極15A及びドレイン電極15B、並びにカソード電極15Cのオーミックコンタクトを得るための熱処理と兼ねて行う。これにより、アノード電極13Bを形成するための熱処理の工程を単独に設ける必要がなく、工程削減が実現する。   In the present embodiment, the heat treatment for thermally diffusing Ti to form the anode electrode 13B is performed in combination with the heat treatment for obtaining ohmic contacts of the source electrode 15A, the drain electrode 15B, and the cathode electrode 15C. Thereby, it is not necessary to provide a single heat treatment step for forming the anode electrode 13B, and the number of steps can be reduced.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ゲート電極13A、ソース電極15A、ドレイン電極15B、アノード電極13B、カソード電極15Cとそれぞれ接続される各配線の形等の諸工程を実行する。以上により、SiC基板1上に、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDが集積されてなる化合物半導体装置が形成される。   Thereafter, various processes such as formation of an interlayer insulating film and the shape of each wiring connected to the gate electrode 13A, the source electrode 15A, the drain electrode 15B, the anode electrode 13B, and the cathode electrode 15C are performed. Thus, a compound semiconductor device in which AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are integrated is formed on the SiC substrate 1.

本実施形態によれば、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   According to this embodiment, the generation of the interface state between each electrode and the compound semiconductor layer is easily and reliably suppressed, and a highly reliable compound semiconductor device having excellent device characteristics is realized.

(第3の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、化合物半導体装置として、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDが同一基板に集積されたデバイスを開示するが、化合物半導体積層構造がSBD側で異なる点で相違する。なお、第1の実施形態の構成部材等と同一のものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図6〜図8は、第3の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, as in the first embodiment, as a compound semiconductor device, a device in which AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are integrated on the same substrate is disclosed, but the compound semiconductor multilayer structure is on the SBD side. It is different in different points. In addition, about the same thing as the structural member of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
6 to 8 are schematic cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the third embodiment in the order of steps.

先ず、図6(a)に示すように、成長用基板として例えば半絶縁性のSiC基板1上に、化合物半導体積層構造21を形成する。成長用基板としては、SiC基板の代わりに、Si基板、サファイア基板、GaAs基板、GaN基板等を用いても良い。また、基板の導電性としては、半絶縁性、導電性を問わない。
化合物半導体積層構造21は、バッファ層21a、電子走行層21b、中間層21c、電子供給層21d、及びn−GaN層21eを有して構成される。
First, as shown in FIG. 6A, a compound semiconductor multilayer structure 21 is formed on, for example, a semi-insulating SiC substrate 1 as a growth substrate. As the growth substrate, a Si substrate, a sapphire substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, or the like may be used instead of the SiC substrate. Further, the conductivity of the substrate may be semi-insulating or conductive.
The compound semiconductor multilayer structure 21 includes a buffer layer 21a, an electron transit layer 21b, an intermediate layer 21c, an electron supply layer 21d, and an n-GaN layer 21e.

AlGaN/GaN・HEMTでは、その動作時において、電子走行層21bの電子供給層21d(正確には中間層21c)との界面近傍に2次元電子ガス(2DEG)が発生する。この2DEGは、電子走行層21bの化合物半導体(ここではGaN)と電子供給層21dの化合物半導体(ここではAlGaN)との格子定数の相違に基づいて生成される。   In the AlGaN / GaN.HEMT, two-dimensional electron gas (2DEG) is generated in the vicinity of the interface between the electron transit layer 21b and the electron supply layer 21d (more precisely, the intermediate layer 21c) during the operation. This 2DEG is generated based on the difference in lattice constant between the compound semiconductor (here, GaN) of the electron transit layer 21b and the compound semiconductor (here, AlGaN) of the electron supply layer 21d.

詳細には、SiC基板1上に、例えばMOVPE法により、以下の各化合物半導体を成長する。MOVPE法の代わりにMBE法等を用いても良い。
SiC基板1上に、AlNを200nm程度の厚みに、i(インテンショナリ・アンドープ)−GaNを3μm程度の厚みに、i−AlGaNを5nm程度の厚みに、n−AlGaNを30nm程度の厚みに、n−GaNを200nm程度の厚みに順次成長する。これにより、バッファ層21a、電子走行層21b、中間層21c、電子供給層21d、及びキャップ層21eが形成される。バッファ層21aとしては、AlNの代わりにAlGaNを用いたり、低温成長でGaNを成長するようにしても良い。
Specifically, the following compound semiconductors are grown on the SiC substrate 1 by, for example, the MOVPE method. The MBE method or the like may be used instead of the MOVPE method.
On the SiC substrate 1, AlN is about 200 nm thick, i (Intensive Undoped) -GaN is about 3 μm thick, i-AlGaN is about 5 nm thick, and n-AlGaN is about 30 nm thick. , N-GaN is sequentially grown to a thickness of about 200 nm. Thereby, the buffer layer 21a, the electron transit layer 21b, the intermediate layer 21c, the electron supply layer 21d, and the cap layer 21e are formed. As the buffer layer 21a, AlGaN may be used instead of AlN, or GaN may be grown at a low temperature.

AlNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAlガス及びNH3ガスの混合ガスを用いる。GaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMGaガス及びNH3ガスの混合ガスを用いる。AlGaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAlガス、TMGaガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Al源であるTMAlガス、Ga源であるTMGaガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるNH3ガスの流量は、100ccm〜10LM程度とする。また、成長圧力は50Torr〜300Torr程度、成長温度は1000℃〜1200℃程度とする。 As a growth condition of AlN, a mixed gas of TMAl gas and NH 3 gas is used as a source gas. As a growth condition of GaN, a mixed gas of TMGa gas and NH 3 gas is used as a source gas. As growth conditions for AlGaN, a mixed gas of TMAl gas, TMGa gas, and NH 3 gas is used as a source gas. The presence / absence and flow rate of TMAl gas as an Al source and TMGa gas as a Ga source are appropriately set according to the compound semiconductor layer to be grown. The flow rate of NH 3 gas, which is a common raw material, is about 100 ccm to 10 LM. The growth pressure is about 50 Torr to 300 Torr, and the growth temperature is about 1000 ° C. to 1200 ° C.

電子供給層21dのAlGaN及びn−GaN層21eをn型として成長する際には、n型不純物として例えばSiを含む例えばSiH4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、GaN及びAlGaNにSiをドーピングする。電子供給層21dにおけるSiのドーピング濃度は、1×1018/cm3程度〜1×1020/cm3程度、例えば5×1018/cm3程度とする。n−GaN層21eにおけるSiのドーピング濃度は、比較的低濃度、例えば2×1017/cm3程度とする。 When the AlGaN and n-GaN layers 21e of the electron supply layer 21d are grown as n-type, for example, SiH 4 gas containing, for example, Si as an n-type impurity is added to the source gas at a predetermined flow rate, and Si and GaN are added to the GaN and AlGaN. Doping. The doping concentration of Si in the electron supply layer 21d is about 1 × 10 18 / cm 3 to about 1 × 10 20 / cm 3 , for example, about 5 × 10 18 / cm 3 . The doping concentration of Si in the n-GaN layer 21e is set to a relatively low concentration, for example, about 2 × 10 17 / cm 3 .

続いて、図6(b)に示すように、n−GaN層21eを加工してSBD側のみに残す。
詳細には、n−GaN層21e上の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、n−GaN層21eの表面でSBD側を覆いHEMT側を露出するレジストマスクを形成する。
このレジストマスクを用いて、n−GaN層21eをドライエッチングする。ドライエッチングには、塩素系のエッチングガスを用いる。n−GaN層21eは、HEMT側の部分が除去され、SBD側の部分のみが残存する。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, the n-GaN layer 21e is processed and left only on the SBD side.
Specifically, a resist is applied to the entire surface of the n-GaN layer 21e, and the resist is processed by lithography to form a resist mask that covers the SBD side on the surface of the n-GaN layer 21e and exposes the HEMT side.
Using this resist mask, the n-GaN layer 21e is dry-etched. Chlorine etching gas is used for dry etching. In the n-GaN layer 21e, the HEMT side portion is removed, and only the SBD side portion remains.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

本実施形態では、化合物半導体積層構造21において、SBD側のみにn−GaN層21eを形成する。比較的厚いn−GaN層21eにより、n−GaN層21e上に形成される各電極が2DEGから大きく離間する。この構成により、AlGaN/GaN・SBDにおける2DEGの影響を可及的に排除し、信頼性の高いSBDが得られる。   In the present embodiment, in the compound semiconductor multilayer structure 21, the n-GaN layer 21e is formed only on the SBD side. Due to the relatively thick n-GaN layer 21e, each electrode formed on the n-GaN layer 21e is greatly separated from 2DEG. With this configuration, the influence of 2DEG in AlGaN / GaN SBD is eliminated as much as possible, and a highly reliable SBD can be obtained.

続いて、図6(c)に示すように、HEMT側にはゲート電極3Aを、SBD側には電極層3aを同時形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造21の表面を、有機溶剤又は酸・アルカリ等を用いて充分に洗浄する。この化合物半導体積層構造21の表面の洗浄処理により、界面準位の極めて少ない良好な表面(後述する各種電極との界面となる)を得ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, the gate electrode 3A is simultaneously formed on the HEMT side and the electrode layer 3a is simultaneously formed on the SBD side.
Specifically, first, the surface of the compound semiconductor multilayer structure 21 is sufficiently cleaned using an organic solvent, acid, alkali, or the like. By cleaning the surface of the compound semiconductor multilayer structure 21, it is possible to obtain a good surface (becomes an interface with various electrodes to be described later) with very few interface states.

次に、ゲート電極及び電極層を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体積層構造21上に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側でゲート電極の形成予定部位を、SBD側でアノード電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。   Next, a resist mask for forming the gate electrode and the electrode layer is formed. A resist is applied onto the compound semiconductor multilayer structure 21, and the resist is processed by lithography to form openings that expose the planned formation site of the gate electrode on the HEMT side and the planned formation site of the anode electrode on the SBD side. Thus, a resist mask having each opening is formed.

本実施形態では、ゲート電極及び電極層の材料として、仕事関数の高い金属であるNi,Pt,Cu等を含有する材料(第1金属)を用いる。ここでは、Ni/Au(Niが下層でAuが上層)を第1金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第1金属としてNi/Auを、例えば蒸着法により、化合物半導体積層構造21の表面を露出する各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、HEMT側には電子供給層21d上にゲート電極3Aが、SBD側にはn−GaN層21e上に電極層3aが同時形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In this embodiment, a material (first metal) containing Ni, Pt, Cu or the like, which is a metal having a high work function, is used as the material for the gate electrode and the electrode layer. Here, Ni / Au (Ni is the lower layer and Au is the upper layer) is exemplified as the first metal.
Using the resist mask, Ni / Au as the first metal is deposited on the resist mask including the inside of each opening exposing the surface of the compound semiconductor multilayer structure 21, for example, by vapor deposition. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm. The resist mask and Ni / Au deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the gate electrode 3A is simultaneously formed on the electron supply layer 21d on the HEMT side, and the electrode layer 3a is simultaneously formed on the n-GaN layer 21e on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図7(a)に示すように、SBD側の電極層3a上のみに上層部分3bを形成する。
詳細には、先ず、上層部分を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、SBD側で電極層3aの上面のみを露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, the upper layer portion 3b is formed only on the electrode layer 3a on the SBD side.
Specifically, first, a resist mask for forming the upper layer portion is formed. A resist is applied to the entire surface, and the resist is processed by lithography to form an opening that exposes only the upper surface of the electrode layer 3a on the SBD side. Thus, a resist mask having the opening is formed.

本実施形態では、上層部分の材料として、第1金属よりも仕事関数の低い高融点金属であるTi,Mo,Ta,W等を含有する材料(第2金属)を用いる。ここでは、Tiを第2金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第2金属としてTiを、例えば蒸着法により、電極層3aの上面を露出する開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Tiの厚みは30nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTiを除去する。以上により、SBD側の電極層3a上のみにキャップ層となる上層部分3bが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In the present embodiment, a material (second metal) containing Ti, Mo, Ta, W or the like, which is a refractory metal having a work function lower than that of the first metal, is used as the material of the upper layer portion. Here, Ti is exemplified as the second metal.
Using the resist mask, Ti as the second metal is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the upper surface of the electrode layer 3a by, for example, vapor deposition. The thickness of Ti is about 30 nm. The resist mask and Ti deposited thereon are removed by a lift-off method. As a result, the upper layer portion 3b serving as a cap layer is formed only on the electrode layer 3a on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図7(b)に示すように、HEMT側にはソース電極4A及びドレイン電極4Bを、SBD側にはカソード電極4Cを同時形成する。
詳細には、先ず、ソース電極及びドレイン電極、並びにカソード電極を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体積層構造21の全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側でソース電極及びドレイン電極の形成予定部位を、SBD側でカソード電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the source electrode 4A and the drain electrode 4B are simultaneously formed on the HEMT side, and the cathode electrode 4C is simultaneously formed on the SBD side.
Specifically, first, a resist mask for forming a source electrode, a drain electrode, and a cathode electrode is formed. Resist is applied to the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 21, and the resist is processed by lithography to expose the portions where the source and drain electrodes are to be formed on the HEMT side and the portions where the cathode electrode is to be formed on the SBD side. Form. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTa/Al(Taが下層でAlが上層)を、例えば蒸着法により、各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Taの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTa/Alを除去する。以上により、HEMT側には電子供給層21d上にソース電極4A及びドレイン電極4Bが、SBD側にはn−GaN層21e上にカソード電極4Cが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, as an electrode material, for example, Ta / Al (Ta is the lower layer and Al is the upper layer) is deposited on the resist mask including the inside of each opening, for example, by vapor deposition. The thickness of Ta is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. The resist mask and Ta / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the source electrode 4A and the drain electrode 4B are formed on the electron supply layer 21d on the HEMT side, and the cathode electrode 4C is formed on the n-GaN layer 21e on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図8(a)に示すように、パッシベーション膜5を形成する。
詳細には、化合物半導体積層構造21の全面に絶縁膜、例えばSiNをプラズマCVD法等により2nm程度〜200nm程度の厚みに堆積する。これにより、パッシベーション膜5が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, a passivation film 5 is formed.
Specifically, an insulating film such as SiN is deposited on the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 21 to a thickness of about 2 nm to 200 nm by a plasma CVD method or the like. Thereby, the passivation film 5 is formed.

続いて、図8(b)に示すように、SiC基板1を熱処理する。
詳細には、窒素雰囲気中において、第2金属である高融点金属、ここではTiの融点よりも低い温度、好ましくは400℃程度〜1000℃程度の温度、例えば550℃程度でSiC基板1を熱処理(アニール処理)する。この熱処理により、HEMT側ではソース電極4A及びドレイン電極4Bについて、SBD側ではカソード電極4Cについて、それぞれ電子供給層2dとのオーミックコンタクトが確立する。それと共に、当該熱処理により、SBD側で上層部分3bのTiが電極層3a内に下方拡散し、Tiが電子供給層2dのAlGaNと電極層3aのNiとの界面に析出して、下層部分3cが形成される。下層部分3cは、例えば1nm程度〜2nm程度の厚みに形成される。電極層3aと上層部分3b及び下層部分3cとにより、アノード電極3Bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 8B, the SiC substrate 1 is heat-treated.
More specifically, the SiC substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature lower than the melting point of the refractory metal that is the second metal, here Ti, preferably about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 550 ° C. (Annealing). This heat treatment establishes ohmic contact with the electron supply layer 2d for the source electrode 4A and the drain electrode 4B on the HEMT side and for the cathode electrode 4C on the SBD side, respectively. At the same time, by the heat treatment, Ti in the upper layer portion 3b diffuses downward into the electrode layer 3a on the SBD side, Ti precipitates at the interface between AlGaN in the electron supply layer 2d and Ni in the electrode layer 3a, and lower layer portion 3c. Is formed. The lower layer portion 3c is formed with a thickness of about 1 nm to 2 nm, for example. The electrode layer 3a, the upper layer portion 3b, and the lower layer portion 3c form an anode electrode 3B.

本実施形態では、Tiを熱拡散させてアノード電極3Bを形成するための熱処理を、ソース電極4A及びドレイン電極4B、並びにカソード電極4Cのオーミックコンタクトを得るための熱処理と兼ねて行う。これにより、アノード電極3Bを形成するための熱処理の工程を単独に設ける必要がなく、工程削減が実現する。   In the present embodiment, the heat treatment for forming the anode electrode 3B by thermally diffusing Ti is performed in combination with the heat treatment for obtaining the ohmic contact of the source electrode 4A, the drain electrode 4B, and the cathode electrode 4C. As a result, it is not necessary to provide a heat treatment step for forming the anode electrode 3B, and the number of steps can be reduced.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ゲート電極3A、ソース電極4A、ドレイン電極4B、アノード電極3B、カソード電極4Cとそれぞれ接続される各配線の形等の諸工程を実行する。以上により、SiC基板1上に、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDが集積されてなる化合物半導体装置が形成される。   Thereafter, various processes such as formation of an interlayer insulating film, the shape of each wiring connected to the gate electrode 3A, the source electrode 4A, the drain electrode 4B, the anode electrode 3B, and the cathode electrode 4C are performed. Thus, a compound semiconductor device in which AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are integrated is formed on the SiC substrate 1.

以上説明したように、本実施形態によれば、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   As described above, according to this embodiment, the generation of the interface state between each electrode and the compound semiconductor layer is easily and surely suppressed, and a highly reliable compound semiconductor device having excellent device characteristics is realized. To do.

(第4の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、化合物半導体装置として、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDが同一基板に集積されたデバイスを開示するが、化合物半導体積層構造がSBD側で異なる点で相違する。なお、第1の実施形態の構成部材等と同一のものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図9〜図10は、第4の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, as in the first embodiment, as a compound semiconductor device, a device in which AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are integrated on the same substrate is disclosed, but the compound semiconductor multilayer structure is on the SBD side. It is different in different points. In addition, about the same thing as the structural member of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
9 to 10 are schematic cross-sectional views showing main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the fourth embodiment.

本実施形態では、第1の実施形態と同様に、先ず図1(a)の工程を実行する。このとき、SiC基板1上に化合物半導体積層構造2が形成される。   In the present embodiment, as in the first embodiment, first, the process of FIG. At this time, the compound semiconductor multilayer structure 2 is formed on the SiC substrate 1.

続いて、図9(a)に示すように、SBD側のみに電子供給層2dに電極用リセス2Aを形成する。
詳細には、化合物半導体積層構造2上の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、SBD側のアノード電極の形成予定部位のみを露出する開口を有するレジストマスクを形成する。
このレジストマスクを用いて、電子供給層2dを所定深さまでドライエッチングする。ドライエッチングには、塩素系のエッチングガスを用いる。これにより、電子供給層2dには、SBD側のアノード電極の形成予定部位に電極用リセス2Aが形成される。電子供給層2dのエッチング残量は、AlGaN/GaN・SBDの素子としての要求性能に依存する。
Subsequently, as shown in FIG. 9A, an electrode recess 2A is formed in the electron supply layer 2d only on the SBD side.
More specifically, a resist is applied to the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, and the resist is processed by lithography to form a resist mask having an opening that exposes only a portion where the anode electrode on the SBD side is to be formed.
Using this resist mask, the electron supply layer 2d is dry-etched to a predetermined depth. Chlorine etching gas is used for dry etching. As a result, in the electron supply layer 2d, the electrode recess 2A is formed at the site where the anode electrode on the SBD side is to be formed. The remaining etching amount of the electron supply layer 2d depends on the required performance as an AlGaN / GaN SBD element.

続いて、図9(b)に示すように、HEMT側にはゲート電極3Aを、SBD側には電極層3aを同時形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造2の表面を、有機溶剤又は酸・アルカリ等を用いて充分に洗浄する。この化合物半導体積層構造2の表面の洗浄処理により、界面準位の極めて少ない良好な表面(後述する各種電極との界面となる)を得ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 9B, the gate electrode 3A is simultaneously formed on the HEMT side, and the electrode layer 3a is simultaneously formed on the SBD side.
Specifically, first, the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 is sufficiently cleaned using an organic solvent, acid, alkali, or the like. By cleaning the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, it is possible to obtain a good surface (becomes an interface with various electrodes described later) having extremely low interface states.

次に、ゲート電極及び電極層を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体積層構造2上に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側でゲート電極の形成予定部位を、SBD側でアノード電極の形成予定部位である電極用リセス2Aをそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。   Next, a resist mask for forming the gate electrode and the electrode layer is formed. A resist is applied onto the compound semiconductor multilayer structure 2, and the resist is processed by lithography to expose the gate electrode formation planned portion on the HEMT side and the electrode recess 2A that is the anode electrode formation planned portion on the SBD side. Each opening is formed. Thus, a resist mask having each opening is formed.

本実施形態では、ゲート電極及び電極層の材料として、仕事関数の高い金属であるNi,Pt,Cu等を含有する材料(第1金属)を用いる。ここでは、Ni/Au(Niが下層でAuが上層)を第1金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第1金属としてNi/Auを、例えば蒸着法により、化合物半導体積層構造2の表面を露出する各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、HEMT側には電子供給層2d上にゲート電極3Aが、SBD側には電子供給層2dの電極用リセス2Aを埋め込む電極層3aが同時形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In this embodiment, a material (first metal) containing Ni, Pt, Cu or the like, which is a metal having a high work function, is used as the material for the gate electrode and the electrode layer. Here, Ni / Au (Ni is the lower layer and Au is the upper layer) is exemplified as the first metal.
Using the resist mask, Ni / Au as the first metal is deposited on the resist mask including the inside of each opening exposing the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 by, for example, vapor deposition. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm. The resist mask and Ni / Au deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the gate electrode 3A is simultaneously formed on the electron supply layer 2d on the HEMT side, and the electrode layer 3a is formed on the SBD side so as to fill the electrode recess 2A of the electron supply layer 2d.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図9(c)に示すように、SBD側の電極層3a上のみに上層部分3bを形成する。
詳細には、先ず、上層部分を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、SBD側で電極層3aの上面のみを露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 9C, the upper layer portion 3b is formed only on the electrode layer 3a on the SBD side.
Specifically, first, a resist mask for forming the upper layer portion is formed. A resist is applied to the entire surface, and the resist is processed by lithography to form an opening exposing only the upper surface of the electrode layer 3a on the SBD side. Thus, a resist mask having the opening is formed.

本実施形態では、上層部分の材料として、第1金属よりも仕事関数の低い高融点金属であるTi,Mo,Ta,W等を含有する材料(第2金属)を用いる。ここでは、Tiを第2金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第2金属としてTiを、例えば蒸着法により、電極層3aの上面を露出する開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Tiの厚みは30nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTiを除去する。以上により、SBD側の電極層3a上のみにキャップ層となる上層部分3bが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In the present embodiment, a material (second metal) containing Ti, Mo, Ta, W or the like, which is a refractory metal having a work function lower than that of the first metal, is used as the material of the upper layer portion. Here, Ti is exemplified as the second metal.
Using the resist mask, Ti as the second metal is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the upper surface of the electrode layer 3a by, for example, vapor deposition. The thickness of Ti is about 30 nm. The resist mask and Ti deposited thereon are removed by a lift-off method. As a result, the upper layer portion 3b serving as a cap layer is formed only on the electrode layer 3a on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図10(a)に示すように、HEMT側にはソース電極4A及びドレイン電極4Bを、SBD側にはカソード電極4Cを同時形成する。
詳細には、先ず、ソース電極4A及びドレイン電極4B、並びにカソード電極4Cを形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体積層構造2の全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、HEMT側でソース電極及びドレイン電極の形成予定部位を、SBD側でカソード電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 10A, the source electrode 4A and the drain electrode 4B are simultaneously formed on the HEMT side, and the cathode electrode 4C is simultaneously formed on the SBD side.
Specifically, first, a resist mask for forming the source electrode 4A, the drain electrode 4B, and the cathode electrode 4C is formed. Resist is applied to the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, and the resist is processed by lithography to expose the planned site for forming the source and drain electrodes on the HEMT side and the planned site for forming the cathode electrode on the SBD side. Form. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTa/Al(Taが下層でAlが上層)を、例えば蒸着法により、各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Taの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTa/Alを除去する。以上により、HEMT側には電子供給層21d上にソース電極4A及びドレイン電極4Bが、SBD側にはn−GaN層21e上にカソード電極4Cが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, as an electrode material, for example, Ta / Al (Ta is the lower layer and Al is the upper layer) is deposited on the resist mask including the inside of each opening, for example, by vapor deposition. The thickness of Ta is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. The resist mask and Ta / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the source electrode 4A and the drain electrode 4B are formed on the electron supply layer 21d on the HEMT side, and the cathode electrode 4C is formed on the n-GaN layer 21e on the SBD side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図10(b)に示すように、パッシベーション膜5を形成する。
詳細には、化合物半導体積層構造2の全面に絶縁膜、例えばSiNをプラズマCVD法等により2nm程度〜200nm程度の厚みに堆積する。これにより、パッシベーション膜5が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 10B, a passivation film 5 is formed.
Specifically, an insulating film such as SiN is deposited on the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 to a thickness of about 2 nm to 200 nm by a plasma CVD method or the like. Thereby, the passivation film 5 is formed.

続いて、図10(c)に示すように、SiC基板1を熱処理する。
詳細には、窒素雰囲気中において、第2金属である高融点金属、ここではTiの融点よりも低い温度、好ましくは400℃程度〜1000℃程度の温度、例えば550℃程度でSiC基板1を熱処理(アニール処理)する。この熱処理により、HEMT側ではソース電極4A及びドレイン電極4Bについて、SBD側ではカソード電極4Cについて、それぞれ電子供給層2dとのオーミックコンタクトが確立する。それと共に、当該熱処理により、SBD側で上層部分3bのTiが電極層3a内に下方拡散し、Tiが電子供給層2dのAlGaNと電極層3aのNiとの界面に析出して、下層部分3cが形成される。下層部分3cは、例えば1nm程度〜2nm程度の厚みに形成される。電極層3aと上層部分3b及び下層部分3cとにより、アノード電極3Bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 10C, the SiC substrate 1 is heat-treated.
More specifically, the SiC substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature lower than the melting point of the refractory metal that is the second metal, here Ti, preferably about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 550 ° C. (Annealing). This heat treatment establishes ohmic contact with the electron supply layer 2d for the source electrode 4A and the drain electrode 4B on the HEMT side and for the cathode electrode 4C on the SBD side, respectively. At the same time, by the heat treatment, Ti in the upper layer portion 3b diffuses downward into the electrode layer 3a on the SBD side, Ti precipitates at the interface between AlGaN in the electron supply layer 2d and Ni in the electrode layer 3a, and lower layer portion 3c. Is formed. The lower layer portion 3c is formed with a thickness of about 1 nm to 2 nm, for example. The electrode layer 3a, the upper layer portion 3b, and the lower layer portion 3c form an anode electrode 3B.

本実施形態では、Tiを熱拡散させてアノード電極3Bを形成するための熱処理を、ソース電極4A及びドレイン電極4B、並びにカソード電極4Cのオーミックコンタクトを得るための熱処理と兼ねて行う。これにより、アノード電極3Bを形成するための熱処理の工程を単独に設ける必要がなく、工程削減が実現する。   In the present embodiment, the heat treatment for forming the anode electrode 3B by thermally diffusing Ti is performed in combination with the heat treatment for obtaining the ohmic contact of the source electrode 4A, the drain electrode 4B, and the cathode electrode 4C. As a result, it is not necessary to provide a heat treatment step for forming the anode electrode 3B, and the number of steps can be reduced.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ゲート電極3A、ソース電極4A、ドレイン電極4B、アノード電極3B、カソード電極4Cとそれぞれ接続される各配線の形等の諸工程を実行する。以上により、SiC基板1上に、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDが集積されてなる化合物半導体装置が形成される。   Thereafter, various processes such as formation of an interlayer insulating film, the shape of each wiring connected to the gate electrode 3A, the source electrode 4A, the drain electrode 4B, the anode electrode 3B, and the cathode electrode 4C are performed. Thus, a compound semiconductor device in which AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are integrated is formed on the SiC substrate 1.

以上説明したように、本実施形態によれば、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   As described above, according to this embodiment, the generation of the interface state between each electrode and the compound semiconductor layer is easily and surely suppressed, and a highly reliable compound semiconductor device having excellent device characteristics is realized. To do.

(第5の実施形態)
本実施形態では、化合物半導体装置として、同一基板にE-mode・AlGaN/GaN・HEMT及びD-mode・AlGaN/GaN・HEMTが集積されたデバイスを開示する。なお、第1の実施形態の構成部材等と同一のものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図11〜図12は、第5の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, as a compound semiconductor device, a device in which E-mode • AlGaN / GaN • HEMT and D-mode • AlGaN / GaN • HEMT are integrated on the same substrate is disclosed. In addition, about the same thing as the structural member of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
11 to 12 are schematic cross-sectional views illustrating main processes of the compound semiconductor device manufacturing method according to the fifth embodiment.

本実施形態では、第1の実施形態と同様に、先ず図1(a)の工程を実行する。このとき、SiC基板1上に化合物半導体積層構造2が形成される。   In the present embodiment, as in the first embodiment, first, the process of FIG. At this time, the compound semiconductor multilayer structure 2 is formed on the SiC substrate 1.

続いて、図11(a)に示すように、E-mode・HEMT側にはゲート電極22Aを、D-mode・HEMT側には電極層22aを同時形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造2の表面を、有機溶剤又は酸・アルカリ等を用いて充分に洗浄する。この化合物半導体積層構造2の表面の洗浄処理により、界面準位の極めて少ない良好な表面(後述する各種電極との界面となる)を得ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 11A, the gate electrode 22A and the electrode layer 22a are simultaneously formed on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side, respectively.
Specifically, first, the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 is sufficiently cleaned using an organic solvent, acid, alkali, or the like. By cleaning the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, it is possible to obtain a good surface (becomes an interface with various electrodes described later) having extremely low interface states.

次に、ゲート電極及び電極層を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体積層構造2上に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、E-mode・HEMT側及びD-mode・HEMT側でそれぞれゲート電極の形成予定部位を露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。   Next, a resist mask for forming the gate electrode and the electrode layer is formed. A resist is applied on the compound semiconductor multilayer structure 2, and the resist is processed by lithography to form openings that expose the formation sites of the gate electrodes on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side, respectively. Thus, a resist mask having each opening is formed.

本実施形態では、ゲート電極及び電極層の材料として、仕事関数の高い金属であるNi,Pt,Cu等を含有する材料(第1金属)を用いる。ここでは、Ni/Au(Niが下層でAuが上層)を第1金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第1金属としてNi/Auを、例えば蒸着法により、化合物半導体積層構造2の表面を露出する各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、E-mode・HEMT側にはゲート電極22Aが、D-mode・HEMT側には電極層22aが同時形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In this embodiment, a material (first metal) containing Ni, Pt, Cu or the like, which is a metal having a high work function, is used as the material for the gate electrode and the electrode layer. Here, Ni / Au (Ni is the lower layer and Au is the upper layer) is exemplified as the first metal.
Using the resist mask, Ni / Au as the first metal is deposited on the resist mask including the inside of each opening exposing the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 by, for example, vapor deposition. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm. The resist mask and Ni / Au deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the gate electrode 22A is formed on the E-mode / HEMT side and the electrode layer 22a is formed on the D-mode / HEMT side simultaneously.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図11(b)に示すように、D-mode・HEMT側の電極層22a上のみに上層部分22bを形成する。
詳細には、先ず、上層部分を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、D-mode・HEMT側で電極層22aの上面のみを露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 11B, the upper layer portion 22b is formed only on the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side.
Specifically, first, a resist mask for forming the upper layer portion is formed. A resist is applied to the entire surface, and the resist is processed by lithography to form an opening exposing only the upper surface of the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side. Thus, a resist mask having the opening is formed.

本実施形態では、上層部分の材料として、第1金属よりも仕事関数の低い高融点金属であるTi,Mo,Ta,W等を含有する材料(第2金属)を用いる。ここでは、Tiを第2金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第2金属としてTiを、例えば蒸着法により、電極層22aの上面を露出する開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Tiの厚みは30nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTiを除去する。以上により、D-mode・HEMT側の電極層22a上のみにキャップ層となる上層部分22bが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In the present embodiment, a material (second metal) containing Ti, Mo, Ta, W or the like, which is a refractory metal having a work function lower than that of the first metal, is used as the material of the upper layer portion. Here, Ti is exemplified as the second metal.
Using the resist mask, Ti as the second metal is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the upper surface of the electrode layer 22a, for example, by vapor deposition. The thickness of Ti is about 30 nm. The resist mask and Ti deposited thereon are removed by a lift-off method. As a result, the upper layer portion 22b serving as the cap layer is formed only on the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図11(c)に示すように、E-mode・HEMT側にはソース電極23A及びドレイン電極23Bを、D-mode・HEMT側にはソース電極23C及びドレイン電極23Dを同時形成する。
詳細には、先ず、ソース電極23A及びドレイン電極23B、並びにソース電極23C及びドレイン電極23Dを形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体積層構造2の全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、E-mode・HEMT側及びD-mode・HEMT側でソース電極及びドレイン電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 11C, the source electrode 23A and the drain electrode 23B are simultaneously formed on the E-mode / HEMT side, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D are simultaneously formed on the D-mode / HEMT side.
Specifically, first, a resist mask for forming the source electrode 23A and the drain electrode 23B, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D is formed. Resist is applied to the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, and the resist is processed by lithography to expose the formation sites of the source electrode and the drain electrode on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side, respectively. Form. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTa/Al(Taが下層でAlが上層)を、例えば蒸着法により、各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Taの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTa/Alを除去する。以上により、E-mode・HEMT側にはソース電極23A及びドレイン電極23Bが、D-mode・HEMT側にはソース電極23C及びドレイン電極23Dが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, as an electrode material, for example, Ta / Al (Ta is the lower layer and Al is the upper layer) is deposited on the resist mask including the inside of each opening, for example, by vapor deposition. The thickness of Ta is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. The resist mask and Ta / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the source electrode 23A and the drain electrode 23B are formed on the E-mode / HEMT side, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D are formed on the D-mode / HEMT side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図12(a)に示すように、パッシベーション膜5を形成する。
詳細には、化合物半導体積層構造2の全面に絶縁膜、例えばSiNをプラズマCVD法等により2nm程度〜200nm程度の厚みに堆積する。これにより、パッシベーション膜5が形成される。
Subsequently, a passivation film 5 is formed as shown in FIG.
Specifically, an insulating film such as SiN is deposited on the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 to a thickness of about 2 nm to 200 nm by a plasma CVD method or the like. Thereby, the passivation film 5 is formed.

続いて、図12(b)に示すように、SiC基板1を熱処理する。
詳細には、窒素雰囲気中において、第2金属である高融点金属、ここではTiの融点よりも低い温度、好ましくは400℃程度〜1000℃程度の温度、例えば550℃程度でSiC基板1を熱処理(アニール処理)する。この熱処理により、E-mode・HEMT側ではソース電極23A及びドレイン電極23Bについて、D-mode・HEMT側ではソース電極23C及びドレイン電極23Dについて、それぞれ電子供給層2dとのオーミックコンタクトが確立する。それと共に、当該熱処理により、D-mode・HEMT側で上層部分22bのTiが電極層22a内に下方拡散し、Tiが電子供給層2dのAlGaNと電極層22aのNiとの界面に析出して、下層部分22cが形成される。下層部分22cは、例えば1nm程度〜2nm程度の厚みに形成される。電極層22aと上層部分22b及び下層部分22cとにより、ゲート電極22Bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 12B, the SiC substrate 1 is heat-treated.
More specifically, the SiC substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature lower than the melting point of the refractory metal that is the second metal, here Ti, preferably about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 550 ° C. (Annealing). By this heat treatment, ohmic contact with the electron supply layer 2d is established with respect to the source electrode 23A and the drain electrode 23B on the E-mode / HEMT side, and with respect to the source electrode 23C and the drain electrode 23D on the D-mode / HEMT side. At the same time, the heat treatment causes Ti in the upper layer portion 22b to diffuse downward into the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side, and Ti precipitates at the interface between AlGaN in the electron supply layer 2d and Ni in the electrode layer 22a. A lower layer portion 22c is formed. The lower layer portion 22c is formed to a thickness of about 1 nm to 2 nm, for example. The electrode layer 22a, the upper layer portion 22b, and the lower layer portion 22c form a gate electrode 22B.

本実施形態では、Tiを熱拡散させてゲート電極22Bを形成するための熱処理を、ソース電極23A及びドレイン電極23B、並びにソース電極23C及びドレイン電極23Dのオーミックコンタクトを得るための熱処理と兼ねて行う。これにより、ゲート電極22Bを形成するための熱処理の工程を単独に設ける必要がなく、工程削減が実現する。   In the present embodiment, the heat treatment for thermally diffusing Ti to form the gate electrode 22B is performed in combination with the heat treatment for obtaining the ohmic contact between the source electrode 23A and the drain electrode 23B, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D. . As a result, it is not necessary to provide a single heat treatment step for forming the gate electrode 22B, thereby reducing the number of steps.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ゲート電極22A、ソース電極23A、ドレイン電極23B、ゲート電極22B、ソース電極23C、ドレイン電極23Dとそれぞれ接続される各配線の形等の諸工程を実行する。以上により、SiC基板1上に、E-mode・AlGaN/GaN・HEMT及びD-mode・AlGaN/GaN・HEMTが集積されてなる化合物半導体装置が形成される。   Thereafter, various steps such as formation of an interlayer insulating film, the shape of each wiring connected to the gate electrode 22A, the source electrode 23A, the drain electrode 23B, the gate electrode 22B, the source electrode 23C, and the drain electrode 23D are performed. As a result, a compound semiconductor device in which E-mode · AlGaN / GaN · HEMT and D-mode · AlGaN / GaN · HEMT are integrated is formed on the SiC substrate 1.

本実施形態により作製された化合物半導体装置について、ゲート−ソース間電圧(Vgs)とドレイン電流(Id)との関係について調べた。その結果を図13に示す。ゲート電極22AはNiの仕事関数が高いため、E-mode動作を実現しており、ゲート電極22BはTiの仕事関数が低いため、D-mode動作を実現している。ゲート電極22AのNiと電極層22aのNiとは同時形成されるため、化合物半導体積層構造2の表面の充分な洗浄により、界面準位が極めて少なく、且つ2種類の閾値電圧(Vth)を有する化合物半導体装置が実現することが確認された。   Regarding the compound semiconductor device manufactured according to the present embodiment, the relationship between the gate-source voltage (Vgs) and the drain current (Id) was examined. The result is shown in FIG. Since the gate electrode 22A has a high Ni work function, an E-mode operation is realized, and the gate electrode 22B has a Ti work function low, so a D-mode operation is realized. Since Ni of the gate electrode 22A and Ni of the electrode layer 22a are formed at the same time, sufficient cleaning of the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 results in extremely low interface states and two types of threshold voltages (Vth). It was confirmed that a compound semiconductor device was realized.

以上説明したように、本実施形態によれば、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   As described above, according to this embodiment, the generation of the interface state between each electrode and the compound semiconductor layer is easily and surely suppressed, and a highly reliable compound semiconductor device having excellent device characteristics is realized. To do.

(第6の実施形態)
本実施形態では、第5の実施形態と同様に、化合物半導体装置として、同一基板にE-mode・AlGaN/GaN・HEMT及びD-mode・AlGaN/GaN・HEMTが集積されたデバイスを開示する。本実施形態は、いわゆるMIS型構造とされている点で第5の実施形態と相違する。なお、第5の実施形態の構成部材等と同一のものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図14〜図15は、第6の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, as in the fifth embodiment, a device in which E-mode · AlGaN / GaN · HEMT and D-mode · AlGaN / GaN · HEMT are integrated on the same substrate is disclosed as a compound semiconductor device. This embodiment is different from the fifth embodiment in that it has a so-called MIS type structure. In addition, about the same thing as the structural member of 5th Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
14 to 15 are schematic cross-sectional views showing main processes of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the sixth embodiment.

本実施形態では、第1の実施形態と同様に、先ず図1(a)の工程を実行する。このとき、SiC基板1上に化合物半導体積層構造2が形成される。   In the present embodiment, as in the first embodiment, first, the process of FIG. At this time, the compound semiconductor multilayer structure 2 is formed on the SiC substrate 1.

続いて、図14(a)に示すように、ゲート絶縁膜24を形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造2の表面を、有機溶剤又は酸・アルカリ等を用いて充分に洗浄する。この化合物半導体積層構造2の表面の洗浄処理により、界面準位の極めて少ない良好な表面(後述する各種電極との界面となる)を得ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 14A, a gate insulating film 24 is formed.
Specifically, first, the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 is sufficiently cleaned using an organic solvent, acid, alkali, or the like. By cleaning the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, it is possible to obtain a good surface (becomes an interface with various electrodes described later) having extremely low interface states.

次に、化合物半導体積層構造2上に、絶縁材料として例えばAl23を堆積する。Al23は、例えば原子層堆積法(Atomic Layer Deposition:ALD法)により膜厚2nm〜200nm程度、ここでは10nm程度に堆積する。これにより、ゲート絶縁膜24が形成される。 Next, for example, Al 2 O 3 is deposited as an insulating material on the compound semiconductor multilayer structure 2. Al 2 O 3 is deposited to a thickness of about 2 nm to 200 nm, here about 10 nm, for example, by atomic layer deposition (ALD method). Thereby, the gate insulating film 24 is formed.

なお、Al23の堆積は、ALD法の代わりに、例えばプラズマCVD法又はスパッタ法等で行うようにしても良い。また、Al23を堆積する代わりに、Alの窒化物又は酸窒化物を用いても良い。それ以外にも、Si,Hf,Zr,Ti,Ta,Wの酸化物、窒化物又は酸窒化物、或いはこれらから適宜に選択して多層に堆積して、ゲート絶縁膜を形成しても良い。 Al 2 O 3 may be deposited by, for example, a plasma CVD method or a sputtering method instead of the ALD method. Further, instead of depositing Al 2 O 3 , Al nitride or oxynitride may be used. In addition, an oxide, nitride, oxynitride of Si, Hf, Zr, Ti, Ta, and W, or an appropriate selection thereof may be deposited in multiple layers to form a gate insulating film. .

続いて、図14(b)に示すように、E-mode・HEMT側にはゲート電極22Aを、D-mode・HEMT側には電極層22aを同時形成する。
詳細には、ゲート電極及び電極層を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストをゲート絶縁膜24上に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、E-mode・HEMT側及びD-mode・HEMT側でそれぞれゲート電極の形成予定部位を露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 14B, the gate electrode 22A is formed on the E-mode / HEMT side, and the electrode layer 22a is formed on the D-mode / HEMT side simultaneously.
Specifically, a resist mask for forming the gate electrode and the electrode layer is formed. A resist is applied on the gate insulating film 24, and the resist is processed by lithography to form openings that expose the formation sites of the gate electrodes on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side, respectively. Thus, a resist mask having each opening is formed.

本実施形態では、ゲート電極及び電極層の材料として、仕事関数の高い金属であるNi,Pt,Cu等を含有する材料(第1金属)を用いる。ここでは、Ni/Au(Niが下層でAuが上層)を第1金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第1金属としてNi/Auを、例えば蒸着法により、ゲート絶縁膜24の表面を露出する各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、E-mode・HEMT側にはゲート電極22Aが、D-mode・HEMT側には電極層22aが同時形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In this embodiment, a material (first metal) containing Ni, Pt, Cu or the like, which is a metal having a high work function, is used as the material for the gate electrode and the electrode layer. Here, Ni / Au (Ni is the lower layer and Au is the upper layer) is exemplified as the first metal.
Using the resist mask, Ni / Au as the first metal is deposited on the resist mask including the inside of each opening exposing the surface of the gate insulating film 24 by, for example, vapor deposition. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm. The resist mask and Ni / Au deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the gate electrode 22A is formed on the E-mode / HEMT side and the electrode layer 22a is formed on the D-mode / HEMT side simultaneously.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図14(c)に示すように、D-mode・HEMT側の電極層22a上のみに上層部分22bを形成する。
詳細には、先ず、上層部分を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、D-mode・HEMT側で電極層22aの上面のみを露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 14C, the upper layer portion 22b is formed only on the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side.
Specifically, first, a resist mask for forming the upper layer portion is formed. A resist is applied to the entire surface, and the resist is processed by lithography to form an opening exposing only the upper surface of the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side. Thus, a resist mask having the opening is formed.

本実施形態では、上層部分の材料として、第1金属よりも仕事関数の低い高融点金属であるTi,Mo,Ta,W等を含有する材料(第2金属)を用いる。ここでは、Tiを第2金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第2金属としてTiを、例えば蒸着法により、電極層22aの上面を露出する開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Tiの厚みは30nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTiを除去する。以上により、D-mode・HEMT側の電極層22a上のみにキャップ層となる上層部分22bが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In the present embodiment, a material (second metal) containing Ti, Mo, Ta, W or the like, which is a refractory metal having a work function lower than that of the first metal, is used as the material of the upper layer portion. Here, Ti is exemplified as the second metal.
Using the resist mask, Ti as the second metal is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the upper surface of the electrode layer 22a, for example, by vapor deposition. The thickness of Ti is about 30 nm. The resist mask and Ti deposited thereon are removed by a lift-off method. As a result, the upper layer portion 22b serving as the cap layer is formed only on the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図15(a)に示すように、ゲート絶縁膜24に開口24a,24b,24c,24dを形成する。
詳細には、ゲート絶縁膜24上の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、ゲート絶縁膜24の表面において、E-mode・HEMT側及びD-mode・HEMT側のソース電極及びドレイン電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 15A, openings 24a, 24b, 24c, and 24d are formed in the gate insulating film 24.
More specifically, a resist is applied to the entire surface of the gate insulating film 24, and the resist is processed by lithography. On the surface of the gate insulating film 24, the source electrode on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side and Each opening is formed to expose a portion where the drain electrode is to be formed. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、ゲート絶縁膜24をドライエッチングする。以上により、ゲート絶縁膜24には、E-mode・HEMT側及びD-mode・HEMT側におけるソース電極及びドレイン電極の形成予定部位で化合物半導体積層構造2の表面を露出する開口24a,24b,24c,24dが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
The gate insulating film 24 is dry etched using this resist mask. As described above, the gate insulating film 24 has openings 24a, 24b, and 24c that expose the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 at the portions where the source and drain electrodes are to be formed on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side. , 24d are formed.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図15(b)に示すように、E-mode・HEMT側にはソース電極23A及びドレイン電極23Bを、D-mode・HEMT側にはソース電極23C及びドレイン電極23Dを同時形成する。
詳細には、ソース電極23A及びドレイン電極23B、並びにソース電極23C及びドレイン電極23Dを形成するためのレジストマスクを形成する。レジストをゲート絶縁膜24の全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、ゲート絶縁膜24の開口24a,24b,24c,24dをそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 15B, the source electrode 23A and the drain electrode 23B are simultaneously formed on the E-mode / HEMT side, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D are simultaneously formed on the D-mode / HEMT side.
Specifically, a resist mask for forming the source electrode 23A and the drain electrode 23B, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D is formed. A resist is applied to the entire surface of the gate insulating film 24, and the resist is processed by lithography to form openings that expose the openings 24a, 24b, 24c, and 24d of the gate insulating film 24, respectively. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTa/Al(Taが下層でAlが上層)を、例えば蒸着法により、各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Taの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTa/Alを除去する。以上により、E-mode・HEMT側には開口24a,24bを埋め込むソース電極23A及びドレイン電極23Bが、D-mode・HEMT側には開口24c,24dを埋め込むソース電極23C及びドレイン電極23Dが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, as an electrode material, for example, Ta / Al (Ta is the lower layer and Al is the upper layer) is deposited on the resist mask including the inside of each opening, for example, by vapor deposition. The thickness of Ta is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. The resist mask and Ta / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the source electrode 23A and the drain electrode 23B for embedding the openings 24a and 24b are formed on the E-mode / HEMT side, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D for embedding the openings 24c and 24d are formed on the D-mode / HEMT side. The
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図15(c)に示すように、SiC基板1を熱処理する。
詳細には、窒素雰囲気中において、第2金属である高融点金属、ここではTiの融点よりも低い温度、好ましくは400℃程度〜1000℃程度の温度、例えば550℃程度でSiC基板1を熱処理(アニール処理)する。この熱処理により、E-mode・HEMT側ではソース電極23A及びドレイン電極23Bについて、D-mode・HEMT側ではソース電極23C及びドレイン電極23Dについて、それぞれ電子供給層2dとのオーミックコンタクトが確立する。それと共に、当該熱処理により、D-mode・HEMT側で上層部分22bのTiが電極層22a内に下方拡散し、Tiが電子供給層2dのAlGaNと電極層22aのNiとの界面に析出して、下層部分22cが形成される。下層部分22cは、例えば1nm程度〜2nm程度の厚みに形成される。電極層22aと上層部分22b及び下層部分22cとにより、ゲート電極22Bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 15C, the SiC substrate 1 is heat-treated.
More specifically, the SiC substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature lower than the melting point of the refractory metal that is the second metal, here Ti, preferably about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 550 ° C. (Annealing). By this heat treatment, ohmic contact with the electron supply layer 2d is established with respect to the source electrode 23A and the drain electrode 23B on the E-mode / HEMT side, and with respect to the source electrode 23C and the drain electrode 23D on the D-mode / HEMT side. At the same time, the heat treatment causes Ti in the upper layer portion 22b to diffuse downward into the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side, and Ti precipitates at the interface between AlGaN in the electron supply layer 2d and Ni in the electrode layer 22a. A lower layer portion 22c is formed. The lower layer portion 22c is formed to a thickness of about 1 nm to 2 nm, for example. The electrode layer 22a, the upper layer portion 22b, and the lower layer portion 22c form a gate electrode 22B.

本実施形態では、Tiを熱拡散させてゲート電極22Bを形成するための熱処理を、ソース電極23A及びドレイン電極23B、並びにソース電極23C及びドレイン電極23Dのオーミックコンタクトを得るための熱処理と兼ねて行う。これにより、ゲート電極22Bを形成するための熱処理の工程を単独に設ける必要がなく、工程削減が実現する。   In the present embodiment, the heat treatment for thermally diffusing Ti to form the gate electrode 22B is performed in combination with the heat treatment for obtaining the ohmic contact between the source electrode 23A and the drain electrode 23B, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D. . As a result, it is not necessary to provide a single heat treatment step for forming the gate electrode 22B, thereby reducing the number of steps.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ゲート電極22A、ソース電極23A、ドレイン電極23B、ゲート電極22B、ソース電極23C、ドレイン電極23Dとそれぞれ接続される各配線の形等の諸工程を実行する。以上により、SiC基板1上に、MIS構造のE-mode・AlGaN/GaN・HEMT及びD-mode・AlGaN/GaN・HEMTが集積されてなる化合物半導体装置が形成される。   Thereafter, various steps such as formation of an interlayer insulating film, the shape of each wiring connected to the gate electrode 22A, the source electrode 23A, the drain electrode 23B, the gate electrode 22B, the source electrode 23C, and the drain electrode 23D are performed. Thus, a compound semiconductor device in which the MIS structure E-mode • AlGaN / GaN • HEMT and D-mode • AlGaN / GaN • HEMT are integrated is formed on the SiC substrate 1.

以上説明したように、本実施形態によれば、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   As described above, according to this embodiment, the generation of the interface state between each electrode and the compound semiconductor layer is easily and surely suppressed, and a highly reliable compound semiconductor device having excellent device characteristics is realized. To do.

(第7の実施形態)
本実施形態では、第6の実施形態と同様に、化合物半導体装置として、同一基板にE-mode・AlGaN/GaN・HEMT及びD-mode・AlGaN/GaN・HEMTが集積されたMIS型構造のデバイスを開示する。本実施形態は、化合物半導体積層構造がE-mode・HEMT側で異なる点で第6の実施形態と相違する。なお、第6の実施形態の構成部材等と同一のものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図16〜図18は、第7の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Seventh embodiment)
In the present embodiment, as in the sixth embodiment, as a compound semiconductor device, a device having a MIS structure in which E-mode • AlGaN / GaN • HEMT and D-mode • AlGaN / GaN • HEMT are integrated on the same substrate. Is disclosed. The present embodiment is different from the sixth embodiment in that the compound semiconductor multilayer structure is different on the E-mode / HEMT side. In addition, about the same thing as the structural member of 6th Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
16 to 18 are schematic cross-sectional views showing main steps of the compound semiconductor device manufacturing method according to the seventh embodiment.

本実施形態では、第1の実施形態と同様に、先ず図1(a)の工程を実行する。このとき、SiC基板1上に化合物半導体積層構造2が形成される。   In the present embodiment, as in the first embodiment, first, the process of FIG. At this time, the compound semiconductor multilayer structure 2 is formed on the SiC substrate 1.

続いて、図16(a)に示すように、E-mode・HEMT側のみに電子供給層2dに電極用リセス2Bを形成する。
詳細には、化合物半導体積層構造2上の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、E-mode・HEMT側のゲート電極の形成予定部位のみを露出する開口を有するレジストマスクを形成する。
このレジストマスクを用いて、電子供給層2dを所定深さまでドライエッチングする。ドライエッチングには、塩素系のエッチングガスを用いる。これにより、電子供給層2dには、E-mode・HEMT側のゲート電極の形成予定部位に電極用リセス2Bが形成される。電極用リセスは、エッチング部位で電子供給層2dが残存するようにしても、或いは電子走行層2bに達するまで形成しても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 16A, an electrode recess 2B is formed in the electron supply layer 2d only on the E-mode / HEMT side.
Specifically, a resist is applied to the entire surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, and the resist is processed by lithography to form a resist mask having an opening that exposes only the formation region of the gate electrode on the E-mode / HEMT side. To do.
Using this resist mask, the electron supply layer 2d is dry-etched to a predetermined depth. Chlorine etching gas is used for dry etching. Thereby, in the electron supply layer 2d, an electrode recess 2B is formed at a site where the gate electrode on the E-mode / HEMT side is to be formed. The electrode recess may be formed so that the electron supply layer 2d remains at the etching site or until the electron transit layer 2b is reached.

電極用リセス2Bを形成することにより、電極用リセス2Bをゲート絶縁膜を介して埋め込むゲート電極において、より確実にE-mode動作を行うことができる。   By forming the electrode recess 2B, the E-mode operation can be performed more reliably in the gate electrode in which the electrode recess 2B is embedded via the gate insulating film.

続いて、図16(b)に示すようにゲート絶縁膜24を形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造2の表面を、有機溶剤又は酸・アルカリ等を用いて充分に洗浄する。この化合物半導体積層構造2の表面の洗浄処理により、界面準位の極めて少ない良好な表面(後述する各種電極との界面となる)を得ることができる。
Subsequently, a gate insulating film 24 is formed as shown in FIG.
Specifically, first, the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 is sufficiently cleaned using an organic solvent, acid, alkali, or the like. By cleaning the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2, it is possible to obtain a good surface (becomes an interface with various electrodes described later) having extremely low interface states.

次に、化合物半導体積層構造2上に、絶縁材料として例えばAl23を堆積する。Al23は、例えば原子層堆積法(Atomic Layer Deposition:ALD法)により膜厚2nm〜200nm程度、ここでは10nm程度に堆積する。これにより、ゲート絶縁膜24が形成される。 Next, for example, Al 2 O 3 is deposited as an insulating material on the compound semiconductor multilayer structure 2. Al 2 O 3 is deposited to a thickness of about 2 nm to 200 nm, here about 10 nm, for example, by atomic layer deposition (ALD method). Thereby, the gate insulating film 24 is formed.

なお、Al23の堆積は、ALD法の代わりに、例えばプラズマCVD法又はスパッタ法等で行うようにしても良い。また、Al23を堆積する代わりに、Alの窒化物又は酸窒化物を用いても良い。それ以外にも、Si,Hf,Zr,Ti,Ta,Wの酸化物、窒化物又は酸窒化物、或いはこれらから適宜に選択して多層に堆積して、ゲート絶縁膜を形成しても良い。 Al 2 O 3 may be deposited by, for example, a plasma CVD method or a sputtering method instead of the ALD method. Further, instead of depositing Al 2 O 3 , Al nitride or oxynitride may be used. In addition, an oxide, nitride, oxynitride of Si, Hf, Zr, Ti, Ta, and W, or an appropriate selection thereof may be deposited in multiple layers to form a gate insulating film. .

続いて、図16(c)に示すように、E-mode・HEMT側にはゲート電極22Aを、D-mode・HEMT側には電極層22aを同時形成する。
詳細には、ゲート電極及び電極層を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストをゲート絶縁膜24上に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、E-mode・HEMT側にはゲート電極の形成予定部位である電極用リセス2Bの上方に位置整合する部位を露出する開口が、D-mode・HEMT側にはゲート電極の形成予定部位を露出する開口がそれぞれ形成される。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 16C, the gate electrode 22A and the electrode layer 22a are simultaneously formed on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side.
Specifically, a resist mask for forming the gate electrode and the electrode layer is formed. A resist is applied on the gate insulating film 24, and the resist is processed by lithography. As a result, the E-mode / HEMT side has an opening that exposes a portion that is aligned above the electrode recess 2B that is the gate electrode formation planned site, and the D-mode / HEMT side has a gate electrode formation planned site. Each of the openings for exposing is formed. Thus, a resist mask having each opening is formed.

本実施形態では、ゲート電極及び電極層の材料として、仕事関数の高い金属であるNi,Pt,Cu等を含有する材料(第1金属)を用いる。ここでは、Ni/Au(Niが下層でAuが上層)を第1金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第1金属としてNi/Auを、例えば蒸着法により、ゲート絶縁膜24の表面を露出する各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、E-mode・HEMT側にはゲート絶縁膜24を介して電極用リセス2Bを埋め込むゲート電極22Aが、D-mode・HEMT側にはゲート絶縁膜24上に電極層22aが同時形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In this embodiment, a material (first metal) containing Ni, Pt, Cu or the like, which is a metal having a high work function, is used as the material for the gate electrode and the electrode layer. Here, Ni / Au (Ni is the lower layer and Au is the upper layer) is exemplified as the first metal.
Using the resist mask, Ni / Au as the first metal is deposited on the resist mask including the inside of each opening exposing the surface of the gate insulating film 24 by, for example, vapor deposition. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm. The resist mask and Ni / Au deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the gate electrode 22A for embedding the electrode recess 2B through the gate insulating film 24 is formed on the E-mode / HEMT side, and the electrode layer 22a is simultaneously formed on the gate insulating film 24 on the D-mode / HEMT side. The
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図17(a)に示すように、D-mode・HEMT側の電極層22a上のみに上層部分22bを形成する。
詳細には、先ず、上層部分を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、D-mode・HEMT側で電極層22aの上面のみを露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 17A, the upper layer portion 22b is formed only on the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side.
Specifically, first, a resist mask for forming the upper layer portion is formed. A resist is applied to the entire surface, and the resist is processed by lithography to form an opening exposing only the upper surface of the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side. Thus, a resist mask having the opening is formed.

本実施形態では、上層部分の材料として、第1金属よりも仕事関数の低い高融点金属であるTi,Mo,Ta,W等を含有する材料(第2金属)を用いる。ここでは、Tiを第2金属として例示する。
上記のレジストマスクを用いて、第2金属としてTiを、例えば蒸着法により、電極層22aの上面を露出する開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Tiの厚みは30nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTiを除去する。以上により、D-mode・HEMT側の電極層22a上のみにキャップ層となる上層部分22bが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
In the present embodiment, a material (second metal) containing Ti, Mo, Ta, W or the like, which is a refractory metal having a work function lower than that of the first metal, is used as the material of the upper layer portion. Here, Ti is exemplified as the second metal.
Using the resist mask, Ti as the second metal is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the upper surface of the electrode layer 22a, for example, by vapor deposition. The thickness of Ti is about 30 nm. The resist mask and Ti deposited thereon are removed by a lift-off method. As a result, the upper layer portion 22b serving as the cap layer is formed only on the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図17(b)に示すように、ゲート絶縁膜24に開口24a,24b,24c,24dを形成する。
詳細には、ゲート絶縁膜24上の全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、ゲート絶縁膜24の表面において、E-mode・HEMT側及びD-mode・HEMT側のソース電極及びドレイン電極の形成予定部位をそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 17B, openings 24 a, 24 b, 24 c, and 24 d are formed in the gate insulating film 24.
More specifically, a resist is applied to the entire surface of the gate insulating film 24, and the resist is processed by lithography. On the surface of the gate insulating film 24, the source electrode on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side and Each opening is formed to expose a portion where the drain electrode is to be formed. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、ゲート絶縁膜24をドライエッチングする。以上により、ゲート絶縁膜24には、E-mode・HEMT側及びD-mode・HEMT側におけるソース電極及びドレイン電極の形成予定部位で化合物半導体積層構造2の表面を露出する開口24a,24b,24c,24dが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
The gate insulating film 24 is dry etched using this resist mask. As described above, the gate insulating film 24 has openings 24a, 24b, and 24c that expose the surface of the compound semiconductor multilayer structure 2 at the portions where the source and drain electrodes are to be formed on the E-mode / HEMT side and the D-mode / HEMT side. , 24d are formed.
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図18(a)に示すように、E-mode・HEMT側にはソース電極23A及びドレイン電極23Bを、D-mode・HEMT側にはソース電極23C及びドレイン電極23Dを同時形成する。
詳細には、ソース電極23A及びドレイン電極23B、並びにソース電極23C及びドレイン電極23Dを形成するためのレジストマスクを形成する。レジストをゲート絶縁膜24の全面に塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、ゲート絶縁膜24の開口24a,24b,24c,24dをそれぞれ露出する各開口を形成する。以上により、当該各開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 18A, the source electrode 23A and the drain electrode 23B are simultaneously formed on the E-mode / HEMT side, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D are simultaneously formed on the D-mode / HEMT side.
Specifically, a resist mask for forming the source electrode 23A and the drain electrode 23B, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D is formed. A resist is applied to the entire surface of the gate insulating film 24, and the resist is processed by lithography to form openings that expose the openings 24a, 24b, 24c, and 24d of the gate insulating film 24, respectively. Thus, a resist mask having each opening is formed.

このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTa/Al(Taが下層でAlが上層)を、例えば蒸着法により、各開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Taの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTa/Alを除去する。以上により、E-mode・HEMT側には開口24a,24bを埋め込むソース電極23A及びドレイン電極23Bが、D-mode・HEMT側には開口24c,24dを埋め込むソース電極23C及びドレイン電極23Dが形成される。
レジストマスクは、所定の薬液を用いたウェット処理又は酸素プラズマを用いたアッシング処理により、除去される。
Using this resist mask, as an electrode material, for example, Ta / Al (Ta is the lower layer and Al is the upper layer) is deposited on the resist mask including the inside of each opening, for example, by vapor deposition. The thickness of Ta is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. The resist mask and Ta / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thus, the source electrode 23A and the drain electrode 23B for embedding the openings 24a and 24b are formed on the E-mode / HEMT side, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D for embedding the openings 24c and 24d are formed on the D-mode / HEMT side. The
The resist mask is removed by wet processing using a predetermined chemical solution or ashing processing using oxygen plasma.

続いて、図18(b)に示すように、SiC基板1を熱処理する。
詳細には、窒素雰囲気中において、第2金属である高融点金属、ここではTiの融点よりも低い温度、好ましくは400℃程度〜1000℃程度の温度、例えば550℃程度でSiC基板1を熱処理(アニール処理)する。この熱処理により、E-mode・HEMT側ではソース電極23A及びドレイン電極23Bについて、D-mode・HEMT側ではソース電極23C及びドレイン電極23Dについて、それぞれ電子供給層2dとのオーミックコンタクトが確立する。それと共に、当該熱処理により、D-mode・HEMT側で上層部分22bのTiが電極層22a内に下方拡散し、Tiが電子供給層2dのAlGaNと電極層22aのNiとの界面に析出して、下層部分22cが形成される。下層部分22cは、例えば1nm程度〜2nm程度の厚みに形成される。電極層22aと上層部分22b及び下層部分22cとにより、ゲート電極22Bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 18B, the SiC substrate 1 is heat-treated.
More specifically, the SiC substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature lower than the melting point of the refractory metal that is the second metal, here Ti, preferably about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 550 ° C. (Annealing). By this heat treatment, ohmic contact with the electron supply layer 2d is established with respect to the source electrode 23A and the drain electrode 23B on the E-mode / HEMT side, and with respect to the source electrode 23C and the drain electrode 23D on the D-mode / HEMT side. At the same time, the heat treatment causes Ti in the upper layer portion 22b to diffuse downward into the electrode layer 22a on the D-mode / HEMT side, and Ti precipitates at the interface between AlGaN in the electron supply layer 2d and Ni in the electrode layer 22a. A lower layer portion 22c is formed. The lower layer portion 22c is formed to a thickness of about 1 nm to 2 nm, for example. The electrode layer 22a, the upper layer portion 22b, and the lower layer portion 22c form a gate electrode 22B.

本実施形態では、Tiを熱拡散させてゲート電極22Bを形成するための熱処理を、ソース電極23A及びドレイン電極23B、並びにソース電極23C及びドレイン電極23Dのオーミックコンタクトを得るための熱処理と兼ねて行う。これにより、ゲート電極22Bを形成するための熱処理の工程を単独に設ける必要がなく、工程削減が実現する。   In the present embodiment, the heat treatment for thermally diffusing Ti to form the gate electrode 22B is performed in combination with the heat treatment for obtaining the ohmic contact between the source electrode 23A and the drain electrode 23B, and the source electrode 23C and the drain electrode 23D. . As a result, it is not necessary to provide a single heat treatment step for forming the gate electrode 22B, thereby reducing the number of steps.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ゲート電極22A、ソース電極23A、ドレイン電極23B、ゲート電極22B、ソース電極23C、ドレイン電極23Dとそれぞれ接続される各配線の形等の諸工程を実行する。以上により、SiC基板1上に、MIS構造のE-mode・AlGaN/GaN・HEMT及びD-mode・AlGaN/GaN・HEMTが集積されてなる化合物半導体装置が形成される。   Thereafter, various steps such as formation of an interlayer insulating film, the shape of each wiring connected to the gate electrode 22A, the source electrode 23A, the drain electrode 23B, the gate electrode 22B, the source electrode 23C, and the drain electrode 23D are performed. Thus, a compound semiconductor device in which the MIS structure E-mode • AlGaN / GaN • HEMT and D-mode • AlGaN / GaN • HEMT are integrated is formed on the SiC substrate 1.

以上説明したように、本実施形態によれば、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   As described above, according to this embodiment, the generation of the interface state between each electrode and the compound semiconductor layer is easily and surely suppressed, and a highly reliable compound semiconductor device having excellent device characteristics is realized. To do.

なお、第5の実施形態において、本実施形態と同様に、化合物半導体積層構造2のE-mode・HEMT側に電極用リセス2Bを形成し、ゲート絶縁膜24を形成することなく電極用リセス2Bを埋め込むようにゲート電極22Aを形成するようにしても良い。   In the fifth embodiment, as in the present embodiment, the electrode recess 2B is formed on the E-mode / HEMT side of the compound semiconductor multilayer structure 2, and the electrode recess 2B is formed without forming the gate insulating film 24. The gate electrode 22A may be formed so as to be embedded.

第1〜第7の実施形態では、第2金属(Ti等)を電極層(Ni等)内へ下方拡散させるための熱処理を、ソース電極及びドレイン電極(並びにカソード電極)のオーミックコンタクトを得るための熱処理と兼ねているが、両処理を別個に行うようにしても良い。その場合、上記の下方拡散のための熱処理は、第2金属である高融点金属の融点よりも低い温度、例えば400℃程度〜800℃程度とすることが好適である。また、上記のオーミックコンタクトを得るための熱処理は、当該オーミックコンタクトが得られるのであれば、不要である場合もある。   In the first to seventh embodiments, a heat treatment for diffusing the second metal (such as Ti) downward into the electrode layer (such as Ni) is performed to obtain ohmic contact between the source electrode and the drain electrode (and cathode electrode). However, both processes may be performed separately. In that case, the heat treatment for downward diffusion is preferably performed at a temperature lower than the melting point of the refractory metal that is the second metal, for example, about 400 ° C. to 800 ° C. In addition, the heat treatment for obtaining the ohmic contact may be unnecessary if the ohmic contact is obtained.

(第8の実施形態)
本実施形態では、第1〜第7の実施形態から選ばれた1種の化合物半導体装置を適用した電源装置を開示する。
図19は、第8の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。
(Eighth embodiment)
In the present embodiment, a power supply device to which one compound semiconductor device selected from the first to seventh embodiments is applied is disclosed.
FIG. 19 is a connection diagram illustrating a schematic configuration of the power supply device according to the eighth embodiment.

本実施形態による電源装置は、高圧の一次側回路31及び低圧の二次側回路32と、一次側回路31と二次側回路32との間に配設されるトランス33とを備えて構成される。
一次側回路31は、交流電源34と、いわゆるブリッジ整流回路35と、複数(ここでは4つ)のスイッチング素子36a,36b,36c,36dとを備えて構成される。また、ブリッジ整流回路35は、スイッチング素子36eを有している。
二次側回路22は、複数(ここでは3つ)のスイッチング素子37a,37b,37cを備えて構成される。
The power supply device according to this embodiment includes a high-voltage primary circuit 31 and a low-voltage secondary circuit 32, and a transformer 33 disposed between the primary circuit 31 and the secondary circuit 32. The
The primary circuit 31 includes an AC power supply 34, a so-called bridge rectifier circuit 35, and a plurality (four in this case) of switching elements 36a, 36b, 36c, and 36d. The bridge rectifier circuit 35 includes a switching element 36e.
The secondary circuit 22 includes a plurality of (here, three) switching elements 37a, 37b, and 37c.

本実施形態では、第1〜第4の実施形態から選ばれた1種の化合物半導体装置を適用した場合には、一次側回路31のスイッチング素子36a,36b,36c,36d,36eが当該実施形態の化合物半導体装置のAlGaN/GaN・HEMTとされる。ブリッジ整流回路35のダイオードが当該実施形態の化合物半導体装置のAlGaN/GaN・SBDとされる。   In the present embodiment, when one kind of compound semiconductor device selected from the first to fourth embodiments is applied, the switching elements 36a, 36b, 36c, 36d, and 36e of the primary side circuit 31 correspond to the present embodiment. The compound semiconductor device is an AlGaN / GaN.HEMT. The diode of the bridge rectifier circuit 35 is the AlGaN / GaN SBD of the compound semiconductor device of the embodiment.

第5〜第7の実施形態から選ばれた1種の化合物半導体装置を適用した場合には、一次側回路31のスイッチング素子36a,36b,36c,36d,36eに、当該実施形態の化合物半導体装置のAlGaN/GaN・HEMTとされる。この場合、当該実施形態のE-mode・AlGaN/GaN・HEMT及びD-mode・AlGaN/GaN・HEMTが適宜適用される。
一方、二次側回路32のスイッチング素子37a,37b,37cは、シリコンを用いた通常のMIS・FETとされている。
When one type of compound semiconductor device selected from the fifth to seventh embodiments is applied, the compound semiconductor device of the embodiment is applied to the switching elements 36a, 36b, 36c, 36d, and 36e of the primary circuit 31. AlGaN / GaN.HEMT. In this case, the E-mode · AlGaN / GaN · HEMT and the D-mode · AlGaN / GaN · HEMT of the embodiment are appropriately applied.
On the other hand, the switching elements 37a, 37b, and 37c of the secondary circuit 32 are normal MIS • FETs using silicon.

本実施形態では、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高いAlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDを、高圧回路に適用する。これにより、信頼性の高い大電力の電源回路が実現する。   In this embodiment, the generation of interface states between each electrode and the compound semiconductor layer is easily and reliably suppressed, and highly reliable AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD having excellent device characteristics are obtained. Applies to high voltage circuits. As a result, a highly reliable high-power power supply circuit is realized.

(第9の実施形態)
本実施形態では、第1〜第7の実施形態から選ばれた1種の化合物半導体装置を適用した高周波増幅器を開示する。
図20は、第9の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
(Ninth embodiment)
In the present embodiment, a high-frequency amplifier to which one kind of compound semiconductor device selected from the first to seventh embodiments is applied is disclosed.
FIG. 20 is a connection diagram illustrating a schematic configuration of the high-frequency amplifier according to the ninth embodiment.

本実施形態による高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路41と、ミキサー42a,42bと、パワーアンプ43とを備えて構成される。
ディジタル・プレディストーション回路41は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー42aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ43は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第1〜第7の実施形態から選ばれた1種における化合物半導体装置のAlGaN/GaN・HEMTを有している。なお図20では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー42bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路41に送出できる構成とされている。
The high-frequency amplifier according to the present embodiment includes a digital predistortion circuit 41, mixers 42a and 42b, and a power amplifier 43.
The digital predistortion circuit 41 compensates for nonlinear distortion of the input signal. The mixer 42a mixes an input signal with compensated nonlinear distortion and an AC signal. The power amplifier 43 amplifies an input signal mixed with an AC signal, and has an AlGaN / GaN HEMT as a compound semiconductor device selected from the first to seventh embodiments. In FIG. 20, for example, by switching the switch, the output side signal can be mixed with the AC signal by the mixer 42b and sent to the digital predistortion circuit 41.

本実施形態では、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高いAlGaN/GaN・HEMTを、高周波増幅器に適用する。これにより、信頼性の高い高耐圧の高周波増幅器が実現する。   In the present embodiment, a highly reliable AlGaN / GaN HEMT having excellent device characteristics is applied to a high-frequency amplifier by easily and reliably suppressing the generation of interface states between each electrode and the compound semiconductor layer. As a result, a high-reliability, high-voltage high-frequency amplifier is realized.

(他の実施形態)
第1〜第9の実施形態では、化合物半導体装置としてAlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDを例示した。化合物半導体装置としては、AlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBD以外にも、以下のようなデバイスに適用できる。
(Other embodiments)
In the first to ninth embodiments, AlGaN / GaN.HEMT and AlGaN / GaN.SBD are exemplified as the compound semiconductor device. In addition to AlGaN / GaN HEMT and AlGaN / GaN SBD, the compound semiconductor device can be applied to the following devices.

・その他のデバイス例1
本例では、化合物半導体装置として、InAlN/GaN・HEMT及びInAlN/GaN・SBDを開示する。
InAlNとGaNは、組成によって格子定数を近くすることが可能な化合物半導体である。この場合、上記した第1〜第7の実施形態では、電子走行層がi−GaN、中間層がi−InAlN、電子供給層がn−InAlNで形成される。また、この場合のピエゾ分極がほとんど発生しないため、2次元電子ガスは主にInAlNの自発分極により発生する。
・ Other device example 1
In this example, InAlN / GaN.HEMT and InAlN / GaN.SBD are disclosed as compound semiconductor devices.
InAlN and GaN are compound semiconductors that can have a lattice constant close to the composition. In this case, in the first to seventh embodiments described above, the electron transit layer is formed of i-GaN, the intermediate layer is formed of i-InAlN, and the electron supply layer is formed of n-InAlN. In this case, since the piezoelectric polarization hardly occurs, the two-dimensional electron gas is mainly generated by the spontaneous polarization of InAlN.

本例によれば、上述したAlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDと同様に、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   According to this example, similar to the AlGaN / GaN HEMT and AlGaN / GaN SBD described above, the generation of interface states between each electrode and the compound semiconductor layer can be easily and reliably suppressed, and excellent device characteristics can be obtained. A highly reliable compound semiconductor device is realized.

・その他のHEMT例2
本例では、化合物半導体装置として、InAlGaN/GaN・HEMT及びInAlGaN/GaN・SBDを開示する。
GaNとInAlGaNは、後者の方が前者よりも組成によって格子定数を小さくすることができる化合物半導体である。この場合、上記した第1〜第7の実施形態では、電子走行層がi−GaN、中間層がi−InAlGaN、電子供給層がn−InAlGaNで形成される。
・ Other HEMT examples 2
In this example, InAlGaN / GaN.HEMT and InAlGaN / GaN.SBD are disclosed as compound semiconductor devices.
GaN and InAlGaN are compound semiconductors in which the latter can make the lattice constant smaller by the composition than the former. In this case, in the first to seventh embodiments described above, the electron transit layer is formed of i-GaN, the intermediate layer is formed of i-InAlGaN, and the electron supply layer is formed of n-InAlGaN.

本例によれば、上述したAlGaN/GaN・HEMT及びAlGaN/GaN・SBDと同様に、各電極と化合物半導体層との界面準位の発生を容易且つ確実に抑止して、優れたデバイス特性を有する信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   According to this example, similar to the AlGaN / GaN HEMT and AlGaN / GaN SBD described above, the generation of interface states between each electrode and the compound semiconductor layer can be easily and reliably suppressed, and excellent device characteristics can be obtained. A highly reliable compound semiconductor device is realized.

以下、化合物半導体装置及びその製造方法、並びに電源装置及び高周波増幅器の諸態様を付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the compound semiconductor device, the manufacturing method thereof, the power supply device, and the high-frequency amplifier will be collectively described as appendices.

(付記1)半導体層の上方に、第1金属の金属層を形成する工程と、
前記金属層上に、前記第1金属よりも仕事関数が低い金属である第2金属を形成する工程と、
前記第2金属の融点よりも低い温度で熱処理を行い、下層部分に前記第2金属が析出してなる第1電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 1) A step of forming a metal layer of a first metal above the semiconductor layer;
Forming a second metal, which is a metal having a lower work function than the first metal, on the metal layer;
And performing a heat treatment at a temperature lower than the melting point of the second metal to form a first electrode formed by depositing the second metal in a lower layer portion.

(付記2)前記第2金属は、Ti,Mo,Ta,Wから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 2) The said 2nd metal is at least 1 sort (s) chosen from Ti, Mo, Ta, and W, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.

(付記3)前記第1金属は、Ni,Pt,Cuから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 3) The said 1st metal is at least 1 sort (s) chosen from Ni, Pt, and Cu, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

(付記4)前記半導体層の上方に、前記金属層と共に前記第1金属の第2電極を形成する工程を更に含むことを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 4) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 3, further comprising a step of forming a second electrode of the first metal together with the metal layer above the semiconductor layer. Production method.

(付記5)前記半導体層上に第3電極を形成する工程を更に含み、
前記熱処理により、前記第1電極の形成と共に前記第3電極を前記半導体層とオーミック接触させることを特徴とする付記1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 5) It further includes the process of forming a 3rd electrode on the said semiconductor layer,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third electrode is brought into ohmic contact with the semiconductor layer together with the formation of the first electrode by the heat treatment.

(付記6)前記金属層を形成する前に、前記半導体層の表面を洗浄する工程を更に含むことを特徴とする付記1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 6) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 5, further comprising a step of cleaning a surface of the semiconductor layer before forming the metal layer.

(付記7)前記半導体層は、化合物半導体積層構造であることを特徴とする付記1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 7) The said semiconductor layer is a compound semiconductor laminated structure, The manufacturing method of the semiconductor device of any one of Additional remark 1-6 characterized by the above-mentioned.

(付記8)半導体層の上方において、第1領域には第1金属の第1金属層を、第2領域には前記第1金属の第2金属層を形成する工程と、
前記第1領域において、前記第1金属層上に前記第1金属よりも仕事関数が低い金属である第2金属を形成する工程と、
前記半導体層の上方において、前記第1領域には第3金属の第3金属層を、前記第2領域には前記第3金属の第4金属層を形成する工程と、
前記第2金属の融点よりも低い温度で熱処理を行い、前記第1領域には、前記第1金属層の下層部分に前記第2金属が析出してなる第1ショットキー電極、及び前記第3金属層が前記半導体層とオーミック接触してなる第1オーミック電極を、前記第2領域には、前記第2金属層の第2ショットキー電極、及び前記第4金属層が前記半導体層とオーミック接触してなる第2オーミック電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 8) Above the semiconductor layer, forming a first metal layer of a first metal in a first region and forming a second metal layer of the first metal in a second region;
Forming a second metal which is a metal having a lower work function than the first metal on the first metal layer in the first region;
Forming a third metal layer of a third metal in the first region and a fourth metal layer of the third metal in the second region above the semiconductor layer;
Heat treatment is performed at a temperature lower than the melting point of the second metal, and in the first region, a first Schottky electrode formed by depositing the second metal in a lower layer portion of the first metal layer, and the third A first ohmic electrode in which the metal layer is in ohmic contact with the semiconductor layer; a second Schottky electrode of the second metal layer in the second region; and a fourth metal layer in ohmic contact with the semiconductor layer. Forming a second ohmic electrode formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

(付記9)前記第2金属は、Ti,Mo,Ta,Wから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする付記8に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 9) The said 2nd metal is at least 1 sort (s) chosen from Ti, Mo, Ta, and W, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 8 characterized by the above-mentioned.

(付記10)前記第1金属は、Ni,Pt,Cuから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする付記8又は9に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 10) The said 1st metal is at least 1 sort (s) chosen from Ni, Pt, and Cu, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 8 or 9 characterized by the above-mentioned.

(付記11)半導体層と、
前記半導体層の上方に形成された第1電極と
を含み、
前記第1電極は、第1金属の金属層に、Ti,Mo,Ta,Wから選ばれた少なくとも1種である第2金属が熱拡散されており、下層部分に前記第2金属が析出していることを特徴とする半導体装置。
(Appendix 11) a semiconductor layer;
A first electrode formed above the semiconductor layer,
In the first electrode, a second metal that is at least one selected from Ti, Mo, Ta, and W is thermally diffused in a metal layer of the first metal, and the second metal is deposited in a lower layer portion. A semiconductor device characterized by that.

(付記12)前記第1金属は、Ni,Pt,Cuから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする付記11に記載の半導体装置。   (Supplementary note 12) The semiconductor device according to supplementary note 11, wherein the first metal is at least one selected from Ni, Pt, and Cu.

(付記13)前記半導体層の上方に形成された第2電極を更に含み、
前記第2電極は、前記第1金属からなることを特徴とする付記11又は12に記載の半導体装置。
(Additional remark 13) The 2nd electrode formed above the semiconductor layer is further included,
13. The semiconductor device according to appendix 11 or 12, wherein the second electrode is made of the first metal.

(付記14)前記半導体層は、化合物半導体積層構造であることを特徴とする付記11〜13のいずれか1項に記載の半導体装置。   (Supplementary note 14) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 11 to 13, wherein the semiconductor layer has a compound semiconductor multilayer structure.

(付記15)変圧器と、前記変圧器を挟んで高圧回路及び低圧回路とを備えた電源装置であって、
前記高圧回路はトランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
半導体層と、
前記半導体層の上方に形成された第1電極と
を含み、
前記第1電極は、第1金属の金属層に、Ti,Mo,Ta,Wから選ばれた少なくとも1種である第2金属が当該第2金属の融点よりも低い温度で熱拡散されており、下層部分に前記第2金属が析出していることを特徴とする電源装置。
(Supplementary Note 15) A power supply device including a transformer and a high-voltage circuit and a low-voltage circuit across the transformer,
The high-voltage circuit has a transistor,
The transistor is
A semiconductor layer;
A first electrode formed above the semiconductor layer,
In the first electrode, the second metal, which is at least one selected from Ti, Mo, Ta, and W, is thermally diffused in the metal layer of the first metal at a temperature lower than the melting point of the second metal. The power supply device, wherein the second metal is deposited in the lower layer portion.

(付記16)入力した高周波電圧を増幅して出力する高周波増幅器であって、
トランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
半導体層と、
前記半導体層の上方に形成された第1電極と
を含み、
前記第1電極は、第1金属の金属層に、Ti,Mo,Ta,Wから選ばれた少なくとも1種である第2金属が当該第2金属の融点よりも低い温度で熱拡散されており、下層部分に前記第2金属が析出していることを特徴とする高周波増幅器。
(Supplementary Note 16) A high frequency amplifier that amplifies and outputs an input high frequency voltage,
Has a transistor,
The transistor is
A semiconductor layer;
A first electrode formed above the semiconductor layer,
In the first electrode, the second metal, which is at least one selected from Ti, Mo, Ta, and W, is thermally diffused in the metal layer of the first metal at a temperature lower than the melting point of the second metal. The high frequency amplifier, wherein the second metal is deposited in a lower layer portion.

1 SiC基板
2,21 化合物半導体積層構造
2a,21a バッファ層
2b,21b 電子走行層
2c,21c 中間層
2d,21d 電子供給層
21e n−GaN層
2A,2B 電極用リセス
3A,13A,22A,22B ゲート電極
3B,13B アノード電極
3a,13a,22a 電極層
3b,13b,22b 上層部分
3c,13c,22c 下層部分
4A,15A,23A,23C ソース電極
4B,15B,23B,23D ドレイン電極
4C,15C カソード電極
5 パッシベーション膜
11 絶縁膜
11a,11b,15a,15b,15c,24a,24b,24c,24d 開口
12 Ni/Au
14 層間絶縁膜
24 ゲート絶縁膜
31 一次側回路
32 二次側回路
33 トランス
34 交流電源
35 ブリッジ整流回路
36a,36b,36c,36d,36e,37a,37b,37c スイッチング素子
41 ディジタル・プレディストーション回路
42a,42b ミキサー
43 パワーアンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SiC substrate 2, 21 Compound semiconductor laminated structure 2a, 21a Buffer layer 2b, 21b Electron travel layer 2c, 21c Intermediate layer 2d, 21d Electron supply layer 21e n-GaN layer 2A, 2B Electrode recesses 3A, 13A, 22A, 22B Gate electrodes 3B, 13B Anode electrodes 3a, 13a, 22a Electrode layers 3b, 13b, 22b Upper layer portions 3c, 13c, 22c Lower layer portions 4A, 15A, 23A, 23C Source electrodes 4B, 15B, 23B, 23D Drain electrodes 4C, 15C Cathodes Electrode 5 Passivation film 11 Insulating films 11a, 11b, 15a, 15b, 15c, 24a, 24b, 24c, 24d Opening 12 Ni / Au
14 Interlayer insulating film 24 Gate insulating film 31 Primary side circuit 32 Secondary side circuit 33 Transformer 34 AC power supply 35 Bridge rectifier circuit 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 37a, 37b, 37c Switching element 41 Digital predistortion circuit 42a 42b Mixer 43 Power amplifier

Claims (10)

半導体層の上方に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記開口を埋め込むように、前記絶縁膜上に第1金属を堆積する工程と、
前記第1金属上の前記開口の上方に位置整合する部位のみに、前記第1金属よりも仕事関数が低い金属である第2金属を形成する工程と、
前記第1金属を加工して、前記第2金属下に前記開口を前記第1金属で埋め込む金属層を形成する工程と、
前記第2金属の融点よりも低い温度で熱処理を行い、下層部分に前記第2金属が析出してなる第1電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film having an opening above the semiconductor layer ;
Depositing a first metal on the insulating film so as to fill the opening;
Forming a second metal, which is a metal having a work function lower than that of the first metal , only at a position aligned above the opening on the first metal;
Processing the first metal to form a metal layer that fills the opening with the first metal under the second metal ;
And performing a heat treatment at a temperature lower than the melting point of the second metal to form a first electrode formed by depositing the second metal in a lower layer portion.
前記第2金属は、Ti,Mo,Ta,Wから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal is at least one selected from Ti, Mo, Ta, and W. 前記第1金属は、Ni,Pt,Cuから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal is at least one selected from Ni, Pt, and Cu. 前記半導体層の上方に、前記金属層と共に前記第1金属の第2電極を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising forming a second electrode of the first metal together with the metal layer above the semiconductor layer. 前記半導体層上に第3電極を形成する工程を更に含み、
前記熱処理により、前記第1電極の形成と共に前記第3電極を前記半導体層とオーミック接触させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a third electrode on the semiconductor layer;
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third electrode is brought into ohmic contact with the semiconductor layer together with the formation of the first electrode by the heat treatment. 6.
前記金属層を形成する前に、前記半導体層の表面を洗浄する工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of cleaning a surface of the semiconductor layer before forming the metal layer. 前記半導体層は、化合物半導体積層構造であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer has a compound semiconductor stacked structure. 半導体層の上方において、第1領域には第1開口を、第2領域には第2開口をそれぞれ有する絶縁膜を形成する工程と、
前記第1開口及び前記第2開口を埋め込むように、前記絶縁膜上に第1金属を堆積する工程と、
前記第1金属上の前記第1開口の上方に位置整合する部位のみに、前記第1金属よりも仕事関数が低い金属である第2金属を形成する工程と、
前記第1金属を加工して、前記第1領域には前記第2金属下で前記第1開口を前記第1金属で埋め込む第1金属層を、前記第2領域には前記第2開口を前記第1金属で埋め込む第2金属層を形成する工程と、
前記半導体層の上方において、前記第1領域には第3金属の第3金属層を、前記第2領域には前記第3金属の第4金属層を形成する工程と、
前記第2金属の融点よりも低い温度で熱処理を行い、前記第1領域には、前記第1金属層の下層部分に前記第2金属が析出してなる第1ショットキー電極、及び前記第3金属層が前記半導体層とオーミック接触してなる第1オーミック電極を、前記第2領域には、前記第2金属層の第2ショットキー電極、及び前記第4金属層が前記半導体層とオーミック接触してなる第2オーミック電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film having a first opening in the first region and a second opening in the second region above the semiconductor layer ;
Depositing a first metal on the insulating film so as to fill the first opening and the second opening;
Forming a second metal, which is a metal having a work function lower than that of the first metal , only in a portion that is aligned above the first opening on the first metal;
By processing the first metal, wherein the first region of the first metal layer filling the first opening under the second metal in the first metal, wherein the second opening in the second region Forming a second metal layer embedded with the first metal ;
Forming a third metal layer of a third metal in the first region and a fourth metal layer of the third metal in the second region above the semiconductor layer;
Heat treatment is performed at a temperature lower than the melting point of the second metal, and in the first region, a first Schottky electrode formed by depositing the second metal in a lower layer portion of the first metal layer, and the third A first ohmic electrode in which the metal layer is in ohmic contact with the semiconductor layer; a second Schottky electrode of the second metal layer in the second region; and a fourth metal layer in ohmic contact with the semiconductor layer. Forming a second ohmic electrode formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第2金属は、Ti,Mo,Ta,Wから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the second metal is at least one selected from Ti, Mo, Ta, and W. 前記第1金属は、Ni,Pt,Cuから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法。   10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the first metal is at least one selected from Ni, Pt, and Cu.
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