氮化物半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氮化物半导体器件。
【背景技术】
[0002]以往，作为氮化物半导体器件，有像日本特开2006-196764号(专利文献I)记载的那样，具有GaN/AlGaN的异质结的氮化物半导体器件。在该以往的氮化物半导体器件中，在由GaN类构成的化合物半导体层上形成使肖特基势皇足够高的Ni层或TixW1…层，在该Ni层或TixW1 XN层上形成低电阻金属层，由此形成栅极电极。
[0003]此外，在上述专利文献I中记载有:在上述栅极电极中，TixW1 XN层作为形成肖特基势皇的材料有用，并且，成为抑制在该TixW1 XN层上形成的低电阻金属层的金属向GaN类化合物半导体层扩散的扩散阻挡层，因此，流向栅极电极的泄漏电流被抑制。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2006-196764号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的技术问题
[0008]但是，在上述以往的氮化物半导体器件中，存在如下问题:流向栅极电极的泄漏电流虽然稍微被抑制，但是并不充分，即使在退火条件、膜厚等方面想办法，也无法使流向栅极电极的泄漏电流充分降低。
[0009]因此，本发明的技术问题在于提供能够充分地降低流向栅极电极的泄漏电流的氮化物半导体器件。
[0010]用于解决技术问题的手段
[0011]本发明的发明人对流向栅极电极的泄漏电流(以下称为栅极泄漏电流)进行了潜心研究，结果发现了以下现象:通过将具有微细柱状构造的金属材料作为形成栅极电极的金属材料层叠使用，能够大幅降低栅极泄漏电流，大幅改善栅极泄漏电流不良率。
[0012]形成上述栅极电极的金属材料的微细柱状构造与栅极泄漏电流相关的物理上的明确原因还不清楚，但是，通过本发明的发明人进行的实验弄清楚了，在以如下方式构成栅极电极的情况下，能够大幅降低栅极泄漏电流:包括第一金属层和第二金属层，其中，第一金属层与氮化物半导体层叠体接合、并且具有包含多个柱部的微细柱状构造，第二金属层层叠在第一金属层上、并且具有包含多个柱部的微细柱状构造，第二金属层的柱部的粗细方向的平均尺寸大于第一金属层的柱部的粗细方向的平均尺寸。
[0013]进一步，本发明的发明人通过实验初次发现:在用特定的材料形成第一金属层和第二金属层、并且这些金属层的微细柱状构造的多个柱部的粗细方向的平均尺寸在特定的范围内时，栅极泄漏电流进一步改善。
[0014]本发明是基于通过本发明的发明人的实验得到的这样的栅极电极的微细柱状构造与栅极泄漏电流显著相关的见解而创造出来的。
[0015]S卩，本发明的氮化物半导体器件的特征在于，包括:
[0016]衬底；
[0017]形成在上述衬底上且具有异质界面的氮化物半导体层叠体；和
[0018]形成在上述氮化物半导体层叠体上的电极金属层，
[0019]上述电极金属层包括:
[0020]第一金属层，该第一金属层与上述氮化物半导体层叠体接合，并且具有包含多个柱部的微细柱状构造；和
[0021]第二金属层，该第二金属层层叠在上述第一金属层上，并且具有包含多个柱部的微细柱状构造，
[0022]上述第二金属层的上述柱部的粗细方向的平均尺寸，大于上述第一金属层的上述柱部的粗细方向的平均尺寸。
[0023]此外，在一个实施方式的氮化物半导体器件中，
[0024]上述第一金属层的上述微细柱状构造由钨氮化物构成，上述第一金属层的上述柱部的粗细方向的平均尺寸为5nm以上25nm以下。
[0025]此外，在一个实施方式的氮化物半导体器件中，
[0026]上述第二金属层的上述柱部的粗细方向的平均尺寸为30nm以上150nm以下。
[0027]此外，在一个实施方式的氮化物半导体器件中，
[0028]上述第二金属层由钨构成。
[0029]此外，在一个实施方式的氮化物半导体器件中，
[0030]上述第二金属层由钨层和钛氮化物层构成。
[0031]发明效果
[0032]如由以上可知的那样，根据本发明的氮化物半导体器件，具备电极金属，该电极金属包括第一金属层和第二金属层，其中，第一金属层与氮化物半导体层叠体接合、并且具有包含多个柱部的微细柱状构造，第二金属层层叠在第一金属层上、并且具有包含多个柱部的微细柱状构造，第二金属层的上述柱部的粗细方向的平均尺寸大于上述第一金属层的上述柱部的粗细方向的平均尺寸，因此，在由该电极金属形成栅极电极的情况下，能够充分降低栅极泄漏电流。
【附图说明】
[0033]图1是本发明的第一实施方式的氮化物半导体器件的截面图。
[0034]图2是用于对上述氮化物半导体器件的制造方法进行说明的工序截面图。
[0035]图3是接着图2的工序截面图。
[0036]图4是接着图3的工序截面图。
[0037]图5是接着图4的工序截面图。
[0038]图6是接着图5的工序截面图。
[0039]图7是接着图6的工序截面图。
[0040]图8是表示上述氮化物半导体器件的栅极电极的截面构造的扫描式电子显微镜图像的图。
[0041]图9是表示图8所示的扫描式电子显微镜图像的线分析结果的图。
[0042]图10是表示作为比较例的氮化物半导体器件的栅极电极的截面构造的扫描式电子显微镜图像的图。
[0043]图11是表示图10所示的扫描式电子显微镜图像的线分析结果的图。
[0044]图12是表示上述氮化物半导体器件的第一金属层的微细柱状构造的柱部的粗细方向的平均尺寸与栅极泄漏电流不良率的关系的图。
[0045]图13是表示上述氮化物半导体器件的第二金属层的微细柱状构造的柱部的粗细方向的平均尺寸与栅极泄漏电流不良率的关系的图。
[0046]图14是表示本发明的第二实施方式的氮化物半导体器件的栅极电极的截面构造的扫描式电子显微镜图像的图。
[0047]图15是表示上述氮化物半导体器件的第二金属层的微细柱状构造的柱部的粗细方向的平均尺寸与栅极泄漏电流不良率的关系的图。
【具体实施方式】
[0048]以下通过图示的实施方式对本发明进行详细说明。
[0049](第一实施方式)
[0050]图1表不本发明的第一实施方式的GaN类HFET (Hetero-junct1n Field EffectTransistor:异质结场效应晶体管)的截面图。
[0051]上述氮化物半导体器件，如图1所示，包括:Si衬底10 ;形成在该Si衬底10上的无掺杂AlGaN缓冲层15 ;和形成在该无掺杂AlGaN缓冲层15上的氮化物半导体层叠体20。该氮化物半导体层叠体20包括无掺杂GaN层I和无掺杂AlGaN层2。在该无掺杂GaN层I与无掺杂AlGaN层2的界面附近产生2DEG层(2维电子气层)3。
[0052]另外，可以代替上述GaN层I而形成具有带隙比AlGaN层2小的组成的AlGaN层。此外，可以在上述AlGaN层2上设置例如由GaN构成的厚度约Inm的层作为覆盖层。此外，上述氮化物半导体层20由2层的半导体层形成，但是并不限于此，也可以由3层的氮化物半导体层形成。
[0053]此外，上述氮化物半导体器件具备源极电极11和漏极电极12。此外，源极电极11和漏极电极12在AlGaN层2上彼此隔开间隔地形成。此外，源极电极11和漏极电极12形成在贯通AlGaN层2和2DEG层3到达GaN层I的凹部106、109中。此外，在AlGaN层2上、并且在源极电极11与漏极电极12之间的源极电极侧，形成有栅极电极13。源极电极11和漏极电极12为欧姆电极，栅极电极13为肖特基电极。由上述源极电极11、漏极电极12、栅极电极13和有源区域构成HFET。另外，栅极电极13是金属电极层的一个例子。
[0054]在此，上述有源区域是指通过对栅极电极13施加的电压，在源极电极11与漏极电极12之间流动载流子的氮化物半导体层叠体20 (GaN层1、AlGaN层2)的区域。
[0055]为了保护上述AlGaN层2，在该AlGaN层2上形成有由S12构成的绝缘膜30。此夕卜，在上述绝缘膜30上形成有覆盖源极电极11、漏极电极12和栅极电极13的由聚酰亚胺构成的层间绝缘膜40。在该层间绝缘膜40，在源极电极11、漏极电极12和栅极电极13上的区域分别形成有作为接触部的通路部41 (在图1中，源极电极11和栅极电极13上的通路部未图示)。在该通路部41内填充有漏极电极焊盘42的一部分，与漏极电极焊盘42连接。
[0056]另外，上述绝缘膜30的