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半导体装置以及半导体装置的制造方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201080042659.3

申请日:

2010.09.02

公开号:

太阳城集团CN102668040B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 21/28申请日:20100902|||公开
IPC分类号: H01L21/28; H01L21/338; H01L29/812; H01L29/861; H01L33/32; H01L33/40 主分类号: H01L21/28
申请人: 丰田自动车株式会社
发明人: 杉本雅裕; 関章宪; 川桥宪; 高桥康夫; 前田将克
地址: 日本爱知县
优先权: 2009.10.01 JP 2009-229381
专利代理机构: 北京金信知识产权代理有限公司 11225 代理人: 黄威;孙丽梅
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201080042659.3

授权太阳城集团号:

102668040B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.28|||2012.11.07|||2012.09.12

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明提供一种半导体装置的制造方法,该半导体装置具有相对于氮化物半导体的接触电阻较低的电极。该制造方法具有:含碳层形成工序,在氮化物半导体层上形成含有碳的含碳层;含钛层形成工序,在含碳层上形成含有钛的含钛层。在含钛层和氮化物半导体层之间形成TiN和TiC的无限固溶体Ti(C,N)的层。由此,含钛层在其边界部整体上相对于氮化物半导体层被欧姆接触。

权利要求书

1: 一种半导体装置的制造方法, 具有 : 含碳层形成工序, 在氮化物半导体层上形成含有碳的含碳层 ; 含钛层形成工序, 在含碳层上形成含有钛的含钛层。
2: 如权利要求 1 所述的制造方法, 其中, 在含钛层形成工序之后, 还具有对半导体基板进行加热的退火工序。
3: 一种半导体装置, 具有 : 氮化物半导体层 ; 无限固溶体层, 其被形成在氮化物半导体层上, 并由碳化钛和氮化钛的无限固溶体构 成; 含钛层, 其被形成在无限固溶体层上, 并含有钛。

说明书


半导体装置以及半导体装置的制造方法

    技术领域 本说明书所记载的技术涉及一种半导体装置, 其具有相对于氮化物半导体层被欧 姆接触的电极。
     背景技术 如日本特许公开公报 2008-235405 号 ( 以下, 称为专利文献 1) 所公开的内容所 示, 相对于 GaN 层欧姆接触的电极的材料, 通常使用 Ti。 通常, 在形成该电极时, 在 GaN 层上 形成 Ti 层, 之后对半导体基板实施热处理。当半导体基板被实施热处理时, 在 Ti 层和 GaN 层的边界部上将形成 TIN 层。TiN 层相对于 GaN 层而表现出良好的欧姆特性。由此, Ti 层 成为相对于 GaN 层的欧姆电极。
     发明内容 发明所要解决的课题
     在上述的电极形成方法中, 在 Ti 层和 GaN 层的边界部上以岛状而形成有 TiN 层。 即, 未在 Ti 层和 GaN 层的边界部整体上形成 TiN 层, 而是在其边界部上局部地形成 TiN 层。 其原因在于, 在实施热处理时, 在 Ti 层和 GaN 层的边界部上 TiN 会产生偏析。如此, 在上述 的电极形成方法中, 由于在 Ti 层和 GaN 层的边界部上以岛状而形成了 TiN 层, 因此 Ti 层和 GaN 层之间的接触电阻增大。
     本说明书提供一种半导体装置及其制造方法, 该半导体装置具有相对于氮化物半 导体的接触电阻较低的电极。
     用于解决课题的方法
     本说明书所公开的半导体装置的制造方法具有 : 含碳层形成工序和含钛层形成工 序。在含碳层形成工序中, 在氮化物半导体层上形成含有碳的含碳层。在含钛层形成工序 中, 在含碳层上形成含有钛的含钛层形成工序。
     当在含碳层上形成含钛层时, 通过氮化物半导体层中的 N、 含碳层中的 C 以及含钛 层中的 Ti, 从而形成了作为 TiN 和 TiC 的无限固溶体的 Ti(C, N)。Ti(C, N) 相对于氮化物半 导体层而表现出良好的欧姆特性。此外, 由于 Ti(C, N) 为无限固溶体, 因此不易产生偏析。 因此, 含钛层在较大的范围内与氮化物半导体层欧姆接触。 因此, 含钛层与氮化物半导体层 之间的接触电阻与现有的电极相比而降低。 根据该制造方法, 能够获得如下的半导体装置, 其具有与现有的电极相比, 相对于氮化物半导体层的接触电阻较低的电极 ( 即, 含钛层 )。
     上述的制造方法中, 也可以采用如下方式, 即, 在含钛层形成工序之后, 还具有对 半导体基板进行加热的退火工序。
     当在含钛层形成工序之后实施退火工序时, 氮化物半导体层和含钛层之间的接触 电阻将进一步降低。 可以认为其原因在于, 通过退火工序, 从而促进了由氮化物半导体层中 的 N、 含碳层中的 C、 以及含钛层中的 Ti 生成无限固溶体 Ti(C, N) 的反应。
     此外, 本说明书提供一种具有相对于氮化物半导体层的接触电阻较低的电极的半
     导体装置。该半导体装置具有 : 氮化物半导体层、 无限固溶体层、 以及含钛层。无限固溶体 层被形成在氮化物半导体层上, 并由碳化钛和氮化钛的无限固溶体构成。含钛层被形成在 无限固溶体层上, 并含有钛。
     由于在该半导体装置中, 含钛层经由无限固溶体层而与氮化物半导体层连接, 因 此含钛层和氮化物半导体层之间的接触电阻较低。 含钛层成为相对于氮化物半导体层的良 好的欧姆电极。 附图说明 图 1 为表示实施例 1 的半导体装置的制造方法中形成电极的工序的流程图。
     图 2 为在 C 层 12 形成之后的 n 型 GaN 层 10 的表面附近的剖视图。
     图 3 为在 Ti 层 14 形成之后的 n 型 GaN 层 10 的表面附近的剖视图。
     图 4 为表示通过现有的方法而形成的电极的、 电流 - 电压特性的图表。
     图 5 为表示通过实施例 1 以及实施例 2 的方法而形成的电极的、 电流 - 电压特性 的图表。
     具体实施方式
     ( 实施例 )
     下面对实施例所涉及的半导体装置的制造方法进行说明。另外, 由于本制造方法 中, 在形成电极的工序中具有特征, 因此太阳城集团其他工序 ( 在半导体基板内形成各种区域的 工序 ), 省略对其说明。
     ( 实施例 1)
     在实施例 1 的制造方法中, 按照图 1 的流程图, 在半导体基板的表面上形成电极。 在本实施例中, 在半导体基板中的、 n 型的 GaN 层的表面上形成电极。在步骤 S2 中, 对半导 体基板的表面进行溅射清洗。在步骤 S4 中, 如图 2 所示, 通过阴极真空喷镀而在 n 型的 GaN 层 10 的表面上形成由碳构成的 C 层 12。在步骤 S6 中, 通过阴极真空喷镀而在 C 层 12 的表 面上形成由钛构成的 Ti 层 14。当在步骤 S6 中形成 Ti 层 14 时, 如图 3 所示, 在 Ti 层 14 和 GaN 层 10 之间形成有作为 TiC 和 TiN 的无限固溶体的、 Ti(C, N) 的层 16。可以认为其原因 在于, Ti 层 14 中的 Ti、 C 层 12 中的 C、 以及 GaN 层 10 中的 N 通过 Ti 层 14 的阴极真空喷镀 时所产生的热量而发生反应。在步骤 S6 中形成的 Ti 层 14 成为半导体装置的电极。
     另外, 在步骤 S4、 S6 中, 在应该形成电极的范围内选择性地形成 C 层 12 以及 Ti 层 14。C 层 12 以及 Ti 层 14 能够通过现有的公知技术而选择性地形成。此外, 在步骤 S6 中, 形成与在步骤 S4 中形成的 C 层 12 相比更厚的 Ti 层 14。
     如果形成 Ti 层 14, 则能够在 Ti 层 14 和 GaN 层 10 之间得到接触电阻较低的欧姆 接触。可以认为其理由如下。n 型的 GaN 的功函数为约 3.1eV。TiC 的功函数为约 3.5eV。 TiN 的功函数为约 3.75eV。即, TiC 以及 TiN 均具有高于 n 型的 GaN 的功函数。因此, TiC 以及 TiN 相对于 n 型的 GaN 具有欧姆特性。因此, 作为 TiC 和 TiN 的无限固溶体的 Ti(C, N), 相对于 n 型的 GaN 也具有欧姆特性。此外, 由于 Ti(C, N) 为无限固溶体, 因此不易产生 偏析。因此, 在步骤 S6 中, Ti(C, N) 层 16 均匀地形成在 Ti 层 14 和 GaN 层 10 的边界部整 体上。因此, 在步骤 S6 中形成的 Ti 层 14 以遍布与 GaN 层 10 的边界部整体的方式而与 GaN层 10 欧姆接触。因此, 与相对于 GaN 层以岛状而欧姆接触的现有的电极相比, Ti 层 14 相 对于 GaN 层的接触电阻更低。
     图 4 图示了在通过现有的方法 ( 即, 直接在 n 型 GaN 层上形成 Ti 层, 之后, 对半导 体基板进行退火的方法 ) 而形成了 Ti 层的情况下的、 Ti 层和 n 型 GaN 层之间的电流 - 电 压特性。此外, 图 5 中的图表 A1 图示了通过实施例 1 的制造方法而形成的、 Ti 层 14 和 n 型 GaN 层 10 之间的电流 - 电压特性。通过对图 4 以及图 5 进行比较可以明确看出, 通过实 施例 1 的制造方法而形成的 Ti 层 14, 与通过现有技术而形成的 Ti 层相比, 接触电阻更低。 因此, 通过实施例 1 的制造方法而形成的 Ti 层 14 成为良好的欧姆电极。
     ( 实施例 2)
     接下来, 对实施例 2 的半导体装置的制造方法进行说明。在实施例 2 的制造方法 中, 与实施例 1 的制造方法同样地, 实施步骤 S2 至 S6。并且, 在实施例 2 的制造方法中, 在 步骤 S6 之后, 对半导体基板进行退火处理。在退火处理中, 将半导体基板在大约 873K 的温 度中保持大约 300 秒。
     图 5 中的图表 A2 图示了通过实施例 2 的制造方法而形成的 Ti 层 14 和 n 型 GaN 层 10 之间的电流 - 电压特性。如图 5 所示, 通过对半导体基板进行退火处理, 从而进一步 降低 Ti 层 14 相对于 GaN 层 10 的接触电阻。根据实施例 2 的制造方法, 能够制造出具有接 触电阻更低的电极的半导体装置。 如以上的说明所述, 根据实施例 1 以及实施例 2 的制造方法, 能够制造出如下的半 导体装置, 其具有与现有技术相比相对于 n 型 GaN 层 10 的接触电阻更低的电极 ( 即, Ti 层 14)。此外, 根据实施例 1 的制造方法, 即使在 Ti 层 14 形成之后不对半导体基板进行退火, Ti 层 14 和 GaN 层 10 也被欧姆接触。因此, 与现有技术相比, 能够以更高的制造效率来制造 半导体装置。此外, 根据实施例 2 的制造方法, 能够制造出与实施例 1 相比具有接触电阻更 低的电极的半导体装置。
     此外, 在上述的实施例 1 以及实施例 2 中, 在步骤 S6 中, 使 Ti 层 14 形成为厚于 C 层 12。 通过使 Ti 层 14 形成为厚于 C 层 12, 从而能够使 C 层 12 的整体发生反应, 进而在 GaN 层 10 和 Ti 层 14 之间的整体上形成 Ti(C, N) 层 16。即, 防止了在 GaN 层 10 和 Ti 层 14 之 间残存 C 层 12 的情况。由此, 能够进一步降低 Ti 层 14 的接触电阻。
     另外, 虽然在上述的实施例 1 以及实施例 2 中, 通过阴极真空喷镀而形成了 C 层 12, 但也可以通过蒸镀等而形成 C 层 12。此外, 虽然在实施例 1 以及实施例 2 中, 通过阴极 真空喷镀而形成了 Ti 层 14, 但还可以通过蒸镀等而形成 Ti 层 14。在实施例 1 以及实施例 2 中, 在通过蒸镀而形成 Ti 层 14 的情况下, 也能够得到较低的接触电阻。
     此外, 虽然在上述的实施例 1 以及实施例 2 中, Ti 层 14 露出于最外层的表面, 但 也可以在 Ti 层 14 上形成其他的金属层 ( 例如, Al、 Ni 以及 Au 等 ), 从而使电极成为多层结 构。
     此外, 实施例 1 以及实施例 2 的制造方法能够被应用于各种半导体装置的制造中。 例如, 能够被应用于 LED、 或 GaN 类功率器件 ( 二极管、 晶体管等 ) 的制造中。
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