JP2015204331A

JP2015204331A - 半導体装置、半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2015204331A
Application number: JP2014082145A
Authority: JP
Inventors: 岡　徹; Toru Oka; 徹岡; 一也長谷川; Kazuya Hasegawa; 田中　成明; Shigeaki Tanaka; 成明田中
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2015-11-16
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP6179445B2

Abstract

【課題】第１の電極層と絶縁層とが容易に剥離する問題を改善する技術を提供する。
【解決手段】この半導体装置は、半導体により形成される半導体層と、電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層と、前記半導体層に形成され、前記半導体層の電子親和力と０．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、前記絶縁層の表面まで延伸することによりフィールドプレート構造を形成する第１の電極層と、前記第１の電極層を覆い、かつ、前記絶縁層の少なくとも一部を覆う第２の電極層と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

半導体装置（半導体デバイス、半導体素子）として、窒化ガリウム（ＧａＮ）から主に形成される１つ以上の半導体層を備えるＧａＮ系の半導体装置が知られている。ＧａＮ系の半導体装置には、ショットキーバリアダイオード（Schottky Barrier Diode：ＳＢＤ）として機能するものがある（例えば、特許文献１）。

特開２００９−５９９１２号公報

ＧａＮ基板を用いた縦型ショットキーバリアダイオードでは、ショットキー電極と絶縁層とが容易に剥離する問題を回避することを目的として、例えば、特許文献１の技術が開示されている。

図１２は、特許文献１のショットキーバリアダイオード９００を示す図である。特許文献１において、ショットキーバリアダイオード９００は、ショットキー電極５に隣接するように絶縁層４を形成し、ショットキー電極５と接続され、絶縁層４上に接触する電極７を備える。

しかし、特許文献１に記載の構造が実際に作製された場合、ショットキー電極５と絶縁層４とが容易に剥離する問題を回避するものの、ショットキー電極５と絶縁層４との隙間に電極７が入り込み電極７と半導体層３とが接触する結果、リーク電流が増加し、耐圧が低下するという課題があった。

このため、上記の方法とは異なったショットキー電極と絶縁層とが容易に剥離する問題を改善する方法が望まれていた。そのほか、半導体装置においては、低コスト化、微細化、製造の容易化、省資源化、使い勝手の向上、耐久性の向上などが望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、半導体装置が提供される。この半導体装置は、半導体により形成される半導体層と、電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層と、前記半導体層に形成され、前記半導体層の電子親和力と０．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、前記絶縁層の表面まで延伸することによりフィールドプレート構造を形成する第１の電極層と、前記第１の電極層を覆い、かつ、前記絶縁層の少なくとも一部を覆う第２の電極層と、を含む。この形態によれば、第２の電極層は、第１の電極層を覆い、かつ、絶縁層の少なくとも一部を覆い第１の電極層の周辺で絶縁層と接続されるため、第１の電極層と絶縁層とが容易に剥離するという問題を回避することができる。また、第１の電極層をフィールドプレート電極として備えることにより、第１の電極層と絶縁層との隙間に第２の電極層が入り込み半導体層と第２の電極層が接することを抑制することができる。このため、半導体層と第２の電極層が接することにより耐圧が低下するという問題を回避することができる。

（２）上述の半導体装置において、前記第１の電極層の端部と前記第２の電極層の端部との距離は３μｍ以上であることが望ましい。こうすることで、第１の電極層が絶縁層から剥離することをより抑制することができる。

（３）上述の半導体装置において、前記絶縁層は、前記絶縁層を貫通する開口部を有し、前記第１の電極層は、前記開口部において露出する前記半導体層を覆い、前記第１の電極層の端部と前記絶縁層の開口部の端部との距離は２μｍ以上であることが望ましい。こうすることで、第１の電極層と絶縁層との隙間に第２の電極層が入り込み半導体層と第２の電極層が接することをより抑制することができる。

（４）上述の半導体装置において、前記第１の電極層は、ニッケルから形成されてもよい。

（５）上述の半導体装置において、前記第１の電極層は、複数層から構成されてもよい。

（６）上述の半導体装置において、前記半導体層と接する第１の電極層は、ニッケルから形成されてもよい。

（７）上述の半導体装置において、前記第２の電極層は、前記第１の電極層側に第３の電極層を含んでもよい。

（８）上述の半導体装置において、前記第３の電極層は複数層から構成されてもよい。

（９）上述の半導体装置において、前記半導体層は、主に窒化ガリウムから形成されてもよい。

（１０）本発明の他の形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。半導体装置の製造方法は、第１の電極層をフィールドプレート電極として備えた半導体装置の製造方法であって、半導体層を形成する工程と、電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層を形成する工程と、前記半導体層に、前記半導体層の電子親和力と０．５ｅＶ以上の仕事関数を有する第１の電極層を形成する工程と、前記第１の電極層を覆い、かつ、前記絶縁層の少なくとも一部を覆う第２の電極層を形成する工程と、を含む。この製造方法により製造された半導体装置によれば、第２の電極層は、第１の電極層を覆い、かつ、絶縁層の少なくとも一部を覆い第１の電極層の周辺で絶縁層と接続されるため、第１の電極層と絶縁層とが容易に剥離するという問題を回避することができる。また、第１の電極層をフィールドプレート電極として備えることにより、第１の電極層と絶縁層との隙間に第２の電極層が入り込み半導体層と第２の電極層が接することを抑制することができる。このため、半導体層と第２の電極層が接することにより耐圧が低下するという問題を回避することができる。

本発明は、半導体装置およびその製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上述の半導体装置を備える電気機器、上述の半導体装置を製造する製造装置などの形態で実現することができる。

本願発明によれば、第２の電極層は、第１の電極層を覆い、かつ、絶縁層の少なくとも一部を覆い第１の電極層の周辺で絶縁層と接続されるため、第１の電極層と絶縁層とが容易に剥離するという問題を回避することができる。また、第１の電極層をフィールドプレート電極として備えることにより、第１の電極層と絶縁層との隙間に第２の電極層が入り込み半導体層と第２の電極層が接することを抑制することができる。このため、半導体層と第２の電極層が接することにより耐圧が低下するという問題を回避することができる。

第１実施形態における半導体装置１０の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置１０の製造方法を示す工程図である。基板１１０の上に半導体層１２０が形成された構成を示す模式図である。半導体層１２０上に絶縁層１８０が形成された構成を示す模式図である。開口部１８５が形成された構成を示す模式図である。ショットキー電極１９２が形成された構成を示す模式図である。バリアメタル層１７０と配線層１６０が形成された構成を示す模式図である。半導体装置１０を＋Ｚ軸方向から見た模式図である。第２実施形態における半導体装置２０の構成を模式的に示す断面図である。第３実施形態における半導体装置３０の構成を模式的に示す断面図である。第４実施形態における半導体装置４０の構造を模式的に示す断面図である。特許文献１のショットキーバリアダイオードを示す図である。

Ａ．第１実施形態:
Ａ−１．半導体装置の構成:
図１は、第１実施形態における半導体装置１０の構成を模式的に示す断面図である。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。

図１のＸＹＺ軸のうち、Ｘ軸は、図１の紙面左から紙面右に向かう軸であり、＋Ｘ軸方向は、紙面右に向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、紙面左に向かう方向である。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｙ軸は、図１の紙面手前から紙面奥に向かう軸であり、＋Ｙ軸方向は、紙面奥に向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、紙面手前に向かう方向である。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｚ軸は、図１の紙面下から紙面上に向かう軸であり、＋Ｚ軸方向は、紙面上に向かう方向であり、−Ｚ軸方向は、紙面下に向かう方向である。

半導体装置１０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いて形成されたＧａＮ系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置１０は、縦型ショットキーバリアダイオードである。半導体装置１０は、基板１１０と、半導体層１２０と、配線層１６０と、絶縁層１８０と、ショットキー電極１９２と、裏面電極１９８とを備える。なお、「発明を実施するための形態」における「ショットキー電極」が、「課題を解決するための手段」における「第１の電極層」に相当する。同様に、「配線層」が「第２の電極層」に相当する。

半導体装置１０の基板１１０は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って広がる板状を成す半導体層である。本実施形態では、基板１１０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）から主に形成され、ケイ素（Ｓｉ）をドナーとして含有するｎ型半導体層である。窒化ガリウム（ＧａＮ）から主に形成されるとは、モル分率において、窒化ガリウム（ＧａＮ）を９０％以上含有することを示す。

半導体装置１０の半導体層１２０は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って広がるｎ型半導体層である。本実施形態では、半導体層１２０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）から主に形成され、ケイ素（Ｓｉ）をドナーとして含有する。半導体層１２０は、基板１１０の＋Ｚ軸方向側に積層されている。半導体層１２０は、界面１２１を有する。界面１２１は、半導体層１２０が広がるＸＹ平面に沿うとともに＋Ｚ軸方向を向いた面である。界面１２１の少なくとも一部は、曲面であってもよいし、起伏を有してもよい。本実施形態において、半導体層１２０の膜厚は１０μｍであり、ドナー濃度は１×１０¹⁶ｃｍ^-3である。

半導体装置１０の絶縁層１８０は、電気絶縁性を有し、半導体層１２０の界面１２１を被覆する。絶縁層１８０は、第１の絶縁層１８１と、第２の絶縁層１８２とを備える。

絶縁層１８０における第１の絶縁層１８１は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）から形成され、半導体層１２０の界面１２１に接する層である。本実施形態では、第１の絶縁層１８１の厚みは、１００ｎｍである。絶縁層１８０における第２の絶縁層１８２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）から形成される。本実施形態では、第２の絶縁層１８２の厚みは、５００ｎｍである。

絶縁層１８０には、第１の絶縁層１８１および第２の絶縁層１８２を貫通する開口部１８５が形成されている。開口部１８５は、ウエットエッチングにより形成される。

半導体装置１０のショットキー電極１９２は、導電性を有し、半導体層１２０の界面１２１にショットキー接合された電極である。本実施形態では、ショットキー電極１９２は、ニッケル（Ｎｉ）から形成される。本明細書において、ショットキー電極とは、半導体層１２０の電子親和力とショットキー電極として用いられる金属の仕事関数との差が、０．５ｅＶ以上の電極をいう。

本実施形態では、ショットキー電極１９２は、開口部１８５の一部分を占める半導体層１２０の界面１２１と、開口部１８５の一部分を占める絶縁層１８０の側面と、絶縁層１８０の＋Ｚ軸方向側の面の一部とを覆う導体層である。このようにすることにより、ショットキー電極１９２は、半導体層１２０との間に絶縁層１８０を挟むフィールドプレート構造を形成する。なお、フィールドプレート構造とは、一つないしは複数の電極が接続され、半導体層の表面から半導体層上に設けられた絶縁層の表面にかけて配置されることで、電極と半導体層とが接触する部分の端部における電界を緩和するために設けられた構造をいう。本実施形態では、ショットキー電極が、半導体層に形成され、絶縁層の表面まで延伸することにより、フィールドプレート電極として機能するフィールドプレート構造となっている。本実施形態において、ショットキー電極１９２の膜厚は、１００ｎｍである。

半導体装置１０の配線層１６０は、ショットキーバリアダイオードをプリント基板などに実装したり、回路部品として用いる場合などにおいて、ボンディング用ワイヤを形成するためのパッド電極や引き出し配線用の電極としてショットキー電極の上に設けられた電極層であり、ショットキー電極層よりも抵抗が小さくなるよう、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕなどの比較的抵抗率の低い金属材料を含み厚く設けることが多い。半導体装置１０の配線層１６０は、層１７０および層１６１の２層により構成される。なお、層１６１は、配線層の上層１６１とも呼ぶ。

半導体装置１０の配線層１６０のうち、ショットキー電極１９２側に形成された層１７０はバリアメタル層とも呼ばれ、ショットキー電極１９２と配線層の上層である層１６１との間での金属の拡散を抑制するため、および、絶縁層と配線層との密着性を向上するために設けられた層である。なお、本実施の形態における「バリアメタル層」が、「課題を解決するための手段」における「第３の電極層」に相当する。つまり、バリアメタル層は、配線層に含まれる層と考えてもよい。

バリアメタル層１７０は、主にモリブデン（Ｍｏ）から形成される。なお、主にモリブデン（Ｍｏ）から形成されるとは、モル分率において、モリブデン（Ｍｏ）を９０％以上含有することを示す。本実施形態において、バリアメタル層１７０の膜厚は、５０ｎｍである。バリアメタル層１７０の上に形成された層１６１は、主にアルミニウム（Ａｌ）から形成される層である。主にアルミニウム（Ａｌ）から形成されるとは、モル分率において、アルミニウム（Ａｌ）を９０％以上含有することを示す。本実施形態において、層１６１は、アルミニウム（Ａｌ）にケイ素（Ｓｉ）が１％添加されたアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から形成される。本実施形態において、配線層の上層１６１の膜厚は、４μｍである。配線層１６０およびショットキー電極１９２が、ショットキーバリアダイオードのアノード電極となる。

半導体装置１０の裏面電極１９８は、基板１１０の−Ｚ軸方向側にオーミック接合された電極である。本実施形態では、裏面電極１９８は、チタン（Ｔｉ）から成る層にアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から成る層を積層（Ｔｉが基板側）した後に熱処理によって合金化した電極である。

Ａ−２．半導体装置の製造方法:
図２は、半導体装置１０の製造方法を示す工程図である。半導体装置１０を製造する際には、製造者は、工程Ｐ１１０において、エピタキシャル成長によって基板１１０の上に半導体層１２０を形成する。

図３は、基板１１０の上に半導体層１２０が形成された構成を示す模式図である。本実施形態では、製造者は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を実現するＭＯＣＶＤ装置を用いたエピタキシャル成長によって、基板１１０上に半導体層１２０を形成する。

半導体層１２０を形成した後（工程Ｐ１１０）、製造者は、工程Ｐ１２０において、半導体層１２０の界面１２１の上に、絶縁層１８０を形成する。

図４は、半導体層１２０上に絶縁層１８０が形成された構成を示す模式図である。

製造者は、半導体層１２０の界面１２１の上に、まず、絶縁層１８０として酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）から形成される第１の絶縁層１８１を形成する。本実施形態では、製造者は、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition）法によって第１の絶縁層１８１を形成する。

次に、製造者は、第２の絶縁層１８２を形成する。第２の絶縁層１８２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）から形成される。本実施形態では、製造者は、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法によって第２の絶縁層１８２を形成する。

絶縁層１８０を形成した後（工程Ｐ１２０）、製造者は、工程Ｐ１３０において、絶縁層１８０に、ウエットエッチングを用いて開口部１８５を形成する。本実施形態では、製造者は、フォトリソグラフィによって絶縁層１８０の上にマスクを形成した後、ウエットエッチングによって絶縁層１８０の一部を除去することによって、開口部１８５を形成する。

図５は、開口部１８５が形成された構成を示す模式図である。本実施形態において、開口部１８５の側面は、半導体層１２０に対して鈍角となるように傾斜している。このようにすることにより、半導体層１２０と絶縁層１８０とが接する部分のうち、半導体層１２０の端部における電界の集中を緩和できるため好ましい。なお、開口部１８５の側面は、半導体層１２０に対して垂直であってもよい。

開口部１８５を形成した後（工程Ｐ１３０）、製造者は、工程Ｐ１４０において、絶縁層１８０の開口部１８５から露出した半導体層１２０の界面１２１に、ショットキー電極１９２を形成する。ショットキー電極１９２は、ニッケル（Ｎｉ）から形成される。

図６は、ショットキー電極１９２が形成された構成を示す模式図である。本実施形態では、製造者は、ショットキー電極１９２をリフトオフ法によって形成する。具体的には、製造者は、フォトリソグラフィによってショットキー電極１９２が積層される部分以外の絶縁層１８０の上にマスクを形成した後、絶縁層１８０および開口部１８５の上にニッケルをＥＢ(Electron Beam）蒸着し、その後、ショットキー電極１９２を残して、絶縁層１８０からマスクを除去する。本実施形態では、開口部１８５の一部分を占める半導体層１２０の界面１２１と、開口部１８５の一部分を占める絶縁層１８０の側面と、絶縁層１８０の＋Ｚ軸方向側の面の一部とを覆うように、ショットキー電極１９２が形成される。

ショットキー電極１９２の端部と開口部１８５の開口端部との距離ｒを、図６に示す。フィールドプレート構造による電界の緩和効果を十分に得る観点、および、後に形成する配線層１６０の半導体層１２０への拡散による半導体装置１０の素子としての特性が劣化することを抑制する観点から、距離ｒの下限は、好ましくは２μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であり、さらに好ましくは１０μｍ以上である。一方、距離ｒが長すぎる場合、半導体装置１０のサイズが大きくなり、製造コストが増大する。このため、距離ｒの上限は、１ｍｍ以下が好ましい。本実施形態において、距離ｒは１０μｍとする。

その後、ショットキー電極１９２と絶縁層１８０との界面を安定化させるため、窒素雰囲気において４００℃３０分の熱処理を行なう。この熱処理は必須ではないが、行なうほうがショットキー電極１９２と絶縁層１８０との界面を安定化させる観点から好ましい。

ショットキー電極１９２を形成した後（工程Ｐ１４０）、製造者は、工程Ｐ１５０において、ショットキー電極１９２の上に、バリアメタル層１７０および配線層の上層である層１６１をスパッタ法により積層する。バリアメタル層１７０は、モリブデン（Ｍｏ）から形成される。なお、バリアメタル層はモリブデン（Ｍｏ）に限らず、バナジウム（Ｖ）やチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）など、他の材料であってもよい。また、バリアメタル層は単層ではなく、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）／チタン（Ｔｉ）（Ｔｉがショットキー電極側）やチタン（Ｔｉ）／窒化チタン（ＴｉＮ）、モリブデン（Ｍｏ）／バナジウム（Ｖ）、バナジウム（Ｖ）／モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）／窒化チタン（ＴｉＮ）／チタン（Ｔｉ）などの積層構造としてもよい。また、配線層の上層である層１６１は、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から形成される。なお、層１６１の材質は、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）に限らず、アルミニウム（Ａｌ）や、主にアルミニウム（Ａｌ）から形成されるアルミニウム銅（ＡｌＣｕ）や、アルミニウムシリコン銅（ＡｌＳｉＣｕ）、または金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などアルミニウム（Ａｌ）以外の材料であってもよい。また、配線層の上層である層１６１は、単層ではなく、積層構造としてもよい。

本実施の形態において、層１６１はバリアメタル層１７０の形成後に連続して形成している。すなわち、スパッタ法を用いてモリブデン（Ｍｏ）の層と、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）の層が連続して形成されている。

スパッタ法により、配線層１６０を積層した後、フォトレジストによりマスクパタンを形成する。このとき、マスクパタンは、工程Ｐ１４０において形成されたショットキー電極１９２全体を覆うように形成される。その後、フォトレジストで覆われた部分以外の部分を塩素系のドライエッチングにより除去し、配線層１６０を形成する。なお、配線層１６０の形成方法として、例えば、スパッタ法の代わりにＥＢ蒸着法を用いる方法や、エッチングは用いずに、フォトレジストによりマスクパタンを形成した後に電極材料を積層しリフトオフ法を用いて形成する方法など、他の方法を採用してもよい。

図７は、配線層１６０が形成された構成を示す模式図である。ショットキー電極１９２の端部と配線層１６０の端部との距離ｓを、図７に示す。ショットキー電極１９２の絶縁層１８０からの剥離を十分に抑制する観点から、距離ｓの下限は、３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、１０μｍ以上がさらに好ましい。一方、距離ｓが長すぎる場合、半導体装置１０のサイズが大きくなり、製造コストが増大する。このため、距離ｓの上限は、１ｍｍ以下が好ましい。本実施形態において、距離ｓは１０μｍとする。

配線層１６０を形成した後（工程Ｐ１６０）、製造者は、工程Ｐ１７０において、基板１１０の−Ｚ軸方向側に裏面電極１９８を形成する。本実施形態では、製造者は、基板１１０の−Ｚ軸方向側にチタン（Ｔｉ）から成る層を蒸着によって形成し、その上にアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から成る層を蒸着によってさらに形成し、これらの層を熱処理によって合金化することによって、裏面電極１９８を形成する。熱処理により、裏面電極１９８のコンタクト抵抗を低減できる。本実施形態において、熱処理は、窒素雰囲気において４００℃３０分行なわれる。なお、裏面電極の形成はスパッタ法を用いても良い。

これらの工程を経て、半導体装置１０が完成する。

図８は、半導体装置１０を＋Ｚ軸方向から見た模式図である。絶縁層１８０は、半導体層１２０に対して傾斜している傾斜面を備え（図７についても参照）、端部１８３は、半導体層１２０側の絶縁層１８０の端部を示し、端部１８４は、配線層１６０側の絶縁層１８０の端部を示す。半導体装置１０は、絶縁層１８０の少なくとも一部をショットキー電極１９２が覆い、ショットキー電極１９２を配線層１６０が覆う構成となっている。

半導体装置１０は、フィールドプレート構造を採用しており、かつ、ショットキー電極１９２の上に、絶縁層の少なくとも一部を覆いショットキー電極の周辺で絶縁層と接続されるように配線層１６０を備えている。このため、ショットキー電極１９２と絶縁層１８０との隙間から半導体層１２０の表面が露出することはない。その結果、配線層１６０と半導体層１２０とが接触することを回避できるため、リーク電流を抑制させ、耐圧を向上できる。

また、半導体装置１０は、密着性の優れたバリアメタル層１７０を用いているため、ショットキー電極１９２と絶縁層１８０の密着性が弱い場合においても、ショットキー電極１９２と絶縁層１８０とが剥がれることを抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態における半導体装置２０の構成を模式的に示す断面図である。第1実施形態における半導体装置１０と比較して、第２実施形態における半導体装置２０は、ショットキー電極１９２に代えて、ショットキー電極２９２、ショットキー電極２９３を備える点が異なるが、それ以外は同じである。

本実施形態において、半導体層１２０側から順に、ショットキー電極２９２、ショットキー電極２９３が積層されている。本実施形態において、ショットキー電極２９２は、膜厚が１００ｎｍのニッケル層であり、ショットキー電極２９３は、膜厚が１００ｎｍのパラジウム層である。本発明として、このような形態としてもよい。

Ｃ．第３実施形態：
図１０は、第３実施形態における半導体装置３０の構成を模式的に示す断面図である。第２実施形態における半導体装置２０と比較して、バリアメタル層とショットキー電極が異なるが、それ以外は同じである。半導体装置３０は、ショットキー電極２９３の上のみにバリアメタル層３７０を備え、配線層３６０はバリアメタル層３７０を介さずに直接絶縁層１８０に接続されている。

本実施形態において、配線層３６０は、アルミニウム（Ａｌ）にケイ素（Ｓｉ）および銅（Ｃｕ）がそれぞれ０．５％添加されたアルミニウムシリコン銅（ＡｌＳｉＣｕ）から形成され、膜厚は４μｍである。また、バリアメタル層３７０は、モリブデン（Ｍｏ）から形成され、膜厚は１０ｎｍである。半導体装置３０では、密着性の優れた配線層３６０を用いることによって、ショットキー電極２９２と絶縁層１８０の密着性が弱い場合においても、ショットキー電極２９２と絶縁層１８０とが剥がれることを抑制できる。本発明として、このような形態としてもよい。

Ｄ．第４実施形態：
図１１は、第４実施形態における半導体装置４０の構造を模式的に示す断面図である。第３実施形態における半導体装置３０と比較して、バリアメタル層と配線層が異なるが、それ以外は同じである。バリアメタル層は、ショットキー電極２９３上に形成されているバリアメタル層３７０だけでなく、配線層の下方にもバリアメタル層４７０が積層されている。

本実施形態において、バリアメタル層４７０として、バリアメタル層３７０側から順に、チタン（Ｔｉ）から形成されるチタン層４７１（厚み：１０ｎｍ）、窒化チタン（ＴｉＮ）から形成される窒化チタン層４７２（厚み：２００ｎｍ）、チタン（Ｔｉ）から形成されるチタン層４７３（厚み：１０ｎｍ）が積層され、その上に配線層の上層４６１となるアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）から形成されるアルミニウムシリコン層（厚み：４μｍ）が積層されている。本発明として、このような形態としてもよい。

Ｅ．その他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上述の実施形態において、絶縁層の各層を形成する手法は、ＡＬＤ法やＣＶＤ法に限らず、スパッタ法や塗布法などであってもよい。

上述の実施形態において、ショットキー電極、配線層の形成は、ショットキー電極を形成した後に、バリアメタル層、配線層の上層を連続して形成する方法や、ショットキー電極とバリアメタル層を連続して形成した後に配線層、または、更なるバリアメタル層と配線層を形成する方法について説明したが、この方法に限られず、例えば、ショットキー電極、バリアメタル層、配線層の上層、配線層などはそれぞれ個別に形成してもよい。

上述の実施形態において、半導体装置は、バリアメタル層を備えているが、バリアメタル層を備えていなくてもよい。また、配線層は、アルミニウム層などの単層でもよく、バリアメタル層を含む積層構造でもよい。

上述の実施形態における、絶縁層、配線層、ショットキー電極の組み合わせが、ショットキー電極と絶縁層とが容易に剥離する問題を回避する観点から好ましい組み合わせであるが、他の組み合わせとしてもよい。

上述の実施形態において、絶縁層は酸化シリコン（ＳｉＯ₂）／酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を用いたが、これに限られず、単層や上記以外の積層構造であってもよい。絶縁層としては、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸窒化ジルコニウム（ＺｒＯＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などが挙げられる。

上述の実施形態において、基板の材質は、窒化ガリウム（ＧａＮ）に限らず、ケイ素（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などであってもよい。

上述の実施形態において、ｎ型半導体層に含まれるドナーは、ケイ素（Ｓｉ）に限らず、ゲルマニウム（Ｇｅ）、酸素（Ｏ）などであってもよい。

上述の実施形態において、ショットキー電極の材質は、ニッケル（Ｎｉ）に限らず、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などであってもよい。また、ショットキー電極は、単層ではなく、積層構造としてもよい。積層構造としては、パラジウム（Ｐｄ）／ニッケル（Ｎｉ）や、白金（Ｐｔ）／ニッケル（Ｎｉ）（ニッケルが半導体層側）などが挙げられる。

上述の実施形態において、半導体装置としてショットキーバリアダイオードを用いたが、これに限らず、ＭＥＳＦＥＴ（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor）やＨＦＥＴ（hetero-FET）などでショットキー電極によってフィールドプレート構造が形成されたショットキー電極を用いた半導体装置に用いてもよい。

上述の実施形態において、裏面電極の材質は、チタン（Ｔｉ）およびアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）の合金に限らず、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ハフニウム（Ｈｆ）などの他の金属であってもよい。

１０…半導体装置
２０…半導体装置
３０…半導体装置
４０…半導体装置
５０…半導体装置
１００…厚賀
１１０…基板
１２０…半導体層
１２１…界面
１６０…配線層
１６１…配線層の上層
１７０…バリアメタル層
１８０…絶縁層
１８１…第１の絶縁層
１８２…第２の絶縁層
１８３…端部
１８４…端部
１８５…開口部
１９２…ショットキー電極
１９８…裏面電極
２９２…ショットキー電極
２９３…ショットキー電極
３６０…配線層
３７０…バリアメタル層
４６０…配線層
４６１…配線層の上層
４７０…バリアメタル層
４７１…チタン層
４７２…窒化チタン層
４７３…チタン層
９００…ショットキーバリアダイオード
ｒ…距離
ｓ…距離

Claims

半導体により形成される半導体層と、
電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層と、
前記半導体層に形成され、前記半導体層の電子親和力と０．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、前記絶縁層の表面まで延伸することによりフィールドプレート構造を形成する第１の電極層と、
前記第１の電極層を覆い、かつ、前記絶縁層の少なくとも一部を覆う第２の電極層と、
を含む、半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１の電極層の端部と前記第２の電極層の端部との距離は３μｍ以上である、半導体装置。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
前記絶縁層は、前記絶縁層を貫通する開口部を有し、
前記第１の電極層は、前記開口部において露出する前記半導体層を覆い、
前記第１の電極層の端部と前記絶縁層の開口部の端部との距離は２μｍ以上である、半導体装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記第１の電極層は、ニッケルから形成される、半導体装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記第１の電極層は、複数層から構成される、半導体装置。
請求項５に記載の半導体装置であって、
前記半導体層と接する第１の電極層は、ニッケルから形成される、半導体装置。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記第２の電極層は、前記第１の電極層側に第３の電極層を含む、半導体装置。
請求項７に記載の半導体装置であって、
前記第３の電極層は複数層から構成される、半導体装置。
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記半導体層は、主に窒化ガリウムから形成される、半導体装置。
第１の電極層をフィールドプレート電極として備えた半導体装置の製造方法であって、
半導体層を形成する工程と、
電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記半導体層に、前記半導体層の電子親和力と０．５ｅＶ以上の仕事関数を有する第１の電極層を形成する工程と、
前記第１の電極層を覆い、かつ、前記絶縁層の少なくとも一部を覆う第２の電極層を形成する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。