專利名稱：歐姆電極的形成方法及半導體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及禁帶是在由大碳化硅形成的襯底上形成歐姻電極的歐姆電極形成方法，以及將使用由碳化硅形成的襯底的要求高輸出特性的發(fā)送用放大器和要求低噪聲特性的接收用放大器設(shè)置為一體的半導體裝置。
近年來，由于碳化硅(SiC)構(gòu)成的半導體其寬禁帶特性的優(yōu)越性，構(gòu)成元素蘊藏豐富，其作為下一代的半導體材料，引起世人矚目。由于碳化硅晶體結(jié)構(gòu)為共價鍵，物質(zhì)極其穩(wěn)定，并且，由于禁帶大且高熔點，在碳化硅上形成歐姆電極需要高溫熱處理。
下面，參照附圖，說明作為第1已有實施例使用了高溫熱處理法的歐姆電極形成方法。圖6(a)～(c)所示為以往的半導體裝置的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面構(gòu)成圖。首先，如圖6(a)所示，在碳化硅構(gòu)成的襯底101的上面，形成由鎳(Ni)等形成的金屬膜102。該狀態(tài)在金屬膜102和襯底101之間得不到歐姆接觸，為肖特基接觸。
下面，如圖6(b)所示，將襯底101插入高頻加熱爐103內(nèi)上部及底部設(shè)置的加熱線圈103a之間，對襯底101進行1000℃到1600℃左右的高溫熱處理。因此，使由金屬膜102和襯底101構(gòu)成的金屬一半導體界面合金化，由此得到歐姆接觸，如圖6(c)所示，完成歐姆電極102A。該方法如C.Arnodo《鎳和鉬在炭化硅的電阻接觸》，Institute of PhysicsConference Series Number 142，p.577-580，1996公開發(fā)表。
可是，近年來，小型化、高性能化的攜帶電話的普及迅速推廣。作為對該進步有很大貢獻的技術(shù)，有高性能電池的開發(fā)和高性能場效應(yīng)晶體管，特別是開發(fā)有砷化鎵(GaAs)金屬一半導體場效應(yīng)晶體管(MESFET)。作為器件的砷化鎵MESFET，發(fā)揮低電壓動作、高增益、高效率、低噪聲、低失真等高頻特性的優(yōu)秀性能，積極被用于作為攜帶終端的發(fā)送、接收放大器。最近，伴隨著技術(shù)的進步，針對以往的混合集成電路的構(gòu)成，開發(fā)將具有低噪聲特性的接收放大器部分和具有高輸出特性的發(fā)送放大器部分雙方制造在一個襯底上，形成的一體型的單片微波集成電路(MMIC)。
下面，參照附圖，說明作為第2已有實施例具有MMIC結(jié)構(gòu)的以往的發(fā)送、接收放大器。
圖10所示是將以往的發(fā)送放大器和接收放大器設(shè)置為一體的MMIC的剖面結(jié)構(gòu)圖。如圖10所示，在由砷化鎵構(gòu)成的襯底111上，相互間隔，形成發(fā)送用的高輸出放大器部分112以及接收用的低噪聲放大器部分113，高輸出放大器部分112是使用具有相對大的選通脈沖寬度的MESFET構(gòu)成的，低噪聲放大器部分113是使用具有相對小的選通脈沖寬度的MESFET構(gòu)成的(例如K.Fujimoto《一個用于個人手持電話系統(tǒng)的高性能砷化鎵MMIC無線電收發(fā)機》25th European Microwave Conference，Proceedings，Vol.2，pp.926-930，1995)。
但是，所述第1已有實施例的歐姆電極形成方法為了形成歐姆電極102A，存在為對碳化硅構(gòu)成的襯底101上進行接近碳化硅結(jié)晶生成溫度的高溫處理，要避免對襯底101的損傷、進行高溫熱處理的高頻加熱爐103需要特殊裝置、在其高溫熱處理過程中，為設(shè)定最佳條件的溫度管理及氣氛氣體管理非常難、而且需要對高溫安全性管理等復雜的運營管理的種種問題。
另外，所述第2已有實施例的單片微波集成電路(MMIC)由于比襯底111使用的砷化鎵0.5W/cm·K的熱傳導率低，如果希望對高輸出放大器112部分提高輸出，襯底111的溫度將上升，由于存在砷化鎵的高電子移動度(約6000cm·cm/Vs)的問題，產(chǎn)生低噪聲放大器113的噪聲特性惡化，其結(jié)果，實現(xiàn)輸出由數(shù)瓦到數(shù)百瓦的高輸出放大器的單片微波集成電路是困難的。
本發(fā)明鑒于所述第1已有實施例的問題，在由碳化硅構(gòu)成的襯底上能夠簡便形成歐姆電極作為第1目的，鑒于所述第2已有實施例的問題，將能夠最大限度地抑制低噪聲放大器的低噪聲溫度特性的惡化，同時以實現(xiàn)高輸出放大器的積極的高輸出作為第2目的。
為了達到所述的第1目的，本發(fā)明對在碳化硅構(gòu)成的襯底上設(shè)置的金屬膜照射激光，由此，實現(xiàn)歐姆接觸。
還有，為了達到第2目的，本發(fā)明使用比砷化鎵的熱傳導率還高的碳化硅構(gòu)成的襯底，在該襯底上設(shè)置高輸出放大器的同時，在該襯底上形成由III-V族化合物構(gòu)成的外延膜，特別是有選擇地形成和碳化硅的晶格常數(shù)接近的AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的外延膜，在該外延膜上設(shè)置低噪聲放大器。
本發(fā)明涉及的第一種歐姆電極形成方法，達到所述第1目的，它包括，在由碳化硅構(gòu)成的襯底上沉積金屬膜的金屬膜沉積工藝過程，和通過對襯底照射激光，加熱金屬膜，使金屬膜和襯底歐姆接觸，形成由金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
由第一種歐姆電極形成方法，通過對沉積了金屬膜的碳化硅構(gòu)成的襯底照射激光，加熱金屬膜，為使金屬膜和襯底歐姆接觸，在室溫環(huán)境能夠形成由金屬膜構(gòu)成的歐姆電極。因此，可以不對襯底整體進行高溫熱處理，對襯底不會產(chǎn)生熱損傷，同時，由于不需要象高頻加熱爐那樣的特殊裝置，不需要復雜的生產(chǎn)過程管理，能夠在由碳化硅構(gòu)成的襯底上簡便地形成歐姆電極。
在第一種歐姆電極形成方法中，電極形成工藝過程最好包括對金屬膜照射前端縮小的激光的工序。要做到這樣，在由碳化硅構(gòu)成的襯底上形成多個金屬膜時，由于能夠?qū)⒁粋€金屬膜作為歐姆電極，將其他金屬膜作為肖特基電極，在一次電極形成工藝過程中，能夠形成肖特基二極管和金屬一肖特基勢壘場效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明涉及的第二種歐姆電極形成方法，達到所述第一目的，它包括在碳化硅構(gòu)成的襯底上沉積第一金屬膜的第一金屬膜沉積工藝過程；和使用電鍍法，在第一金屬膜上沉積第二金屬膜的第二金屬膜沉積工藝過程；和通過對襯底照射激光，加熱第一金屬膜及第二金屬膜，使第一金屬膜和襯底歐姆接觸，形成由第一金屬金屬膜及第二金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
按照第二種歐姆電極形成方法，在由碳化硅構(gòu)成的襯底上沉積第一金屬膜，使用電鍍法，在第一金屬膜上沉積第二金屬膜之后，通過對該襯底照射激光，加熱第一及第二金屬膜，由于使第一金屬膜和襯底歐姆接觸，在室溫狀態(tài)能夠形成由第一金屬膜及第二金屬膜構(gòu)成的歐姆電極。而且，從襯底的上面一側(cè)照射激光時，由于使用電鍍法形成的第二金屬膜的表面的反射率比使用蒸鍍法等形成的金屬膜要小，第二金屬膜容易吸收激光，用較小的能量強度能夠形成歐姆電極。并且，由于不易受到第一金屬膜表面的光澤、暈色膜或是由于第一金屬膜的材料差異，反射率變化的影響，所以遍及激光照射面被全面均勻加熱，確實能夠得到良好的歐姆接觸的歐姆電極。
本發(fā)明涉及的第三種歐姆電極形成方法，達到所述第一目的，它包括在由碳化硅構(gòu)成的襯底的表面沉積金屬膜的金屬膜沉積工藝過程，和對襯底通過從襯底的表面一側(cè)照射具有比對碳化硅的能帶的禁帶相符的能量的波長還足夠大的波長的激光，加熱金屬膜，使金屬膜和襯底歐姆接觸，形成由金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
按照第三種歐姆電極形成方法，在由表面沉積了金屬膜的碳化硅構(gòu)成的襯底上，通過從其表面一側(cè)照射激光，加熱金屬膜，由于使金屬膜和襯底歐姆接觸，在室溫環(huán)境能夠形成由金屬膜構(gòu)成的歐姆電極。
而且，激光的波長由于比碳化硅的能帶的禁帶相符的能量的波長還大的多，所以由碳化硅構(gòu)成的襯底不吸收激光的能量，即使激光能量較大也能夠選擇地僅加熱金屬膜，其結(jié)果，大大提高了產(chǎn)量。
還有，下面的[式1]表示對應(yīng)激光的波長和碳化硅的禁帶相符的能量的波長的關(guān)系式。λlaser＞λsic＝h·c/Eg(λlaser表示激光的波長，λsic表示對應(yīng)與碳化硅的禁帶相符的能量的波長，h表示普朗克常數(shù)，C表示光速，Eg表示碳化硅的禁帶。以下相同)本發(fā)明涉及的第四種歐姆電極形成方法，達到所述第一目的，它包括在由碳化硅構(gòu)成的襯底的表面沉積金屬膜的金屬膜沉積工藝過程，和對襯底通過從襯底的背面一側(cè)照射具有比對碳化硅的能帶的禁帶相符的能量的波長還足夠大的波長的激光，加熱金屬膜，使金屬膜和襯底歐姆接觸，形成由金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
按照第四種歐姆電極形成方法，激光的波長由于使用比對應(yīng)碳化硅的能帶的禁帶的波長還大的多的激光，即使從表面沉積金屬膜的碳化硅構(gòu)成的襯底的背面一側(cè)開始照射激光，由于襯底不吸收激光的能量，能夠選擇地僅加熱金屬膜。因此，可使金屬膜和襯底歐姆接觸，在室溫狀態(tài)能夠形成金屬膜構(gòu)成的歐姆電極。并且，由于從襯底的背面一側(cè)照射激光，使金屬和半導體的界面直接加熱，因為不受形成電極的金屬膜的膜厚的影響，能夠較可靠地形成歐姆電極，同時，提高該工序的自由度。
本發(fā)明涉及的第五種歐姆電極形成方法，達到所述第一目的，它包括在由碳化硅構(gòu)成的襯底上，形成具有使該襯底露出的開口部分的絕緣膜的絕緣膜形成工藝過程；和在襯底上對開口部分沉積金屬膜的金屬膜沉積工藝過程；和通過對襯底照射激光，加熱金屬膜，使金屬膜和襯底歐姆接觸，形成由金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
按照第五種歐姆電極形成方法，在由碳化硅構(gòu)成的襯底上，形成具有使襯底露出的開口部分的絕緣膜，在該開口部沉積金屬膜之后，通過對襯底照射激光，加熱金屬膜，由于使金屬膜和襯底歐姆接觸，在室溫狀態(tài)能夠形成由金屬膜構(gòu)成的歐姆電極。
并且，由于襯底上的金屬膜的四周被絕緣膜覆蓋，在歐姆電極形成時，由于能夠防止金屬散落在襯底上造成襯底污染，在形成歐姆電極之后，能夠容易且可靠地得到潔凈的襯底表面。
本發(fā)明涉及的第一種半導體裝置，達到所述第二目的，它包括由碳化硅構(gòu)成的一塊襯底；和在一塊襯底上選擇地形成的AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的外延膜；和在一塊襯底上形成的功率放大器部分；和對外延膜形成的低噪聲放大器部分。
按照第一種半導體裝置，包括由碳化硅構(gòu)成的一塊襯底上選擇地形成GaN系半導體構(gòu)成的外延膜，在具有高熱傳導率(約4.9W/cm.k)的碳化硅上形成功率放大器部分，為了對具有高電子移動度(約1000cm.cm/VS)的外延膜形成低噪聲放大器部分，如果將功率放大器部分作為發(fā)送用，將低噪聲放大器部分作為接收用，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)秀的高輸出特性及低噪聲特性兼?zhèn)涞腗MIC。
也就是說，對襯底使用了比砷化鎵(GaAs)熱傳導率及絕緣擊穿電場約高出10倍的碳化硅(SiC)。由于對該碳化硅構(gòu)成的襯底設(shè)置了功率放大器部分，與使用砷化鎵形成該功率放大器時相比，得到耐壓及動作電壓特性提高數(shù)十倍的輸出。并且，在該襯底上選擇地形成可外延生長的由GaN系半導體構(gòu)成的外延膜，由于對該外延膜設(shè)置了低噪聲放大器部分，能夠可靠地形成產(chǎn)生具有GaN系半導體的高電子移動度的低噪聲放大器部分，能夠?qū)崿F(xiàn)以往不可能的超高輸出型的發(fā)送、接收放大器一體型的MMIC。特別是由于低噪聲放大器部分是使用寬禁帶半導體GaN系半導體構(gòu)成的，即使工作溫度是高溫，低噪聲特性也不會惡化。
在第一種半導體裝置中外延膜最好包括，由AlGaN構(gòu)成的勢壘層，和由InGaN構(gòu)成的勢阱層。這樣一來，由于能夠?qū)㈦娮雨P(guān)入勢阱層，由于能夠把構(gòu)成低噪聲放大器部分的固體電路組合元件作為異質(zhì)結(jié)構(gòu)，使電子移動度進一步提高，可使噪聲特性進一步提高。
本發(fā)明涉及的第二種半導體裝置，達到所述第二目的，它包括由碳化硅構(gòu)成的一塊襯底，和在一塊襯底上形成由與碳化硅晶格配合的AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的第一外延膜；和由在第一外延膜上選擇地形成的AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的第二外延膜；和在一塊襯底上形成的，在第一外延膜上具有門電路的功率放大器部分；和形成第2外延膜的低噪聲放大器部分。
按照第二種半導體裝置，不僅得到與第一種半導體裝置同樣的效果，而且功率放大器部分具有比碳化硅更大的禁帶，并且，為了形成由與碳化硅晶格配合的AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的第一外延膜，絕緣擊穿電壓變大，使之更加高輸出化。另外，由于碳化硅構(gòu)成的襯底和GaN系半導體構(gòu)成的第一外延膜構(gòu)成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，電子移動度變高，提高了增益及效率等作為高頻用功率放大器的電特性。
下面簡要說明附圖。
圖1是表示關(guān)于本發(fā)明的第一實施例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示關(guān)于本發(fā)明的第二實施例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示關(guān)于本發(fā)明的第三實施例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖4是表示關(guān)于本發(fā)明的第三實施例的一變換例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示關(guān)于本發(fā)明的第四實施例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示以往的半導體裝置的歐姆電極形成方法的過程順序的構(gòu)成剖面圖。
圖7是表示關(guān)于本發(fā)明的第五實施例的半導體裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示本發(fā)明的第五實施例的一變換例的半導體裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示關(guān)于本發(fā)明的第六實施例的半導體裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示以往的發(fā)送、接收放大器的一體型的MMIC的剖面結(jié)構(gòu)圖。
第一實施例下面，參照附圖，說明本發(fā)明的第一實施例。
圖1(a)～(c)是表示關(guān)于本發(fā)明的第一實施例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。首先，如圖1(a)所示，例如，使用蒸鍍法，在碳化硅構(gòu)成的襯底11上面沉積由鎳(Ni)等構(gòu)成的第一金屬膜12及第二金屬膜13。在該狀態(tài)中，第一金屬膜12和襯底11的界面及第二金屬膜13和襯底11的界面得不到歐姆接觸，共同為肖特基接觸。
下面，如圖1(b)所示，由襯底11的上面，使前端縮小的激光14僅照射襯底11的第一金屬膜12。因此，如圖1(c)所示，即使不加熱襯底11，通過激光14的能量也使第一金屬膜12和襯底11構(gòu)成的金屬一半導體界面合金化，由于第一金屬膜12和襯底11的界面得到歐姆接觸，第一金屬膜12成為歐姆電極12A。另一個，沒使激光14照射的第二金屬膜13成為肖特基電極13B。
象這樣，按照本實施例，不加熱碳化硅構(gòu)成的襯底11，通過對第一金屬膜12照射激光14，由于第一金屬膜12和襯底11的界面合金化，因為不進行接近碳化硅結(jié)晶生長溫度的高溫熱處理，所以不擔心對襯底11造成損傷。
并且，不需要進行高溫熱處理的高頻加熱爐等特殊裝置，同時，不需要為設(shè)定最優(yōu)化條件的復雜的生產(chǎn)過程管理，能夠在碳化硅構(gòu)成的襯底11上簡便地形成歐姆電極。
并且，象本實施例那樣，如用前端縮小的激光14，僅對第一金屬膜12照射激光14，在同一襯底上形成多個金屬膜中，由于可有選擇地形成歐姆接觸的金屬膜和肖特基接觸的金屬膜，用一次電極形成工序能夠形成肖特基二極管和金屬一肖特基勢壘場效應(yīng)晶體管。
還有，如用前端縮小的激光14全面照射襯底11，當然能夠?qū)⒌谝唤饘倌?2及第二金屬膜13共同歐姆接觸。
第二實施例下面，參照


本發(fā)明的第二實施例。
圖2(a)～(c)是表示關(guān)于本發(fā)明的第二實施例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。首先，如圖2(a)所示，使用蒸鍍法，在碳化硅構(gòu)成的襯底21的上面沉積由鎳等構(gòu)成的第一金屬膜22及第二金屬膜23。在該狀態(tài)中，第一金屬膜22及第二金屬膜23分別與襯底21肖特基接觸。之后，使用電鍍法，在第一金屬膜22的上面沉積第一電鍍金屬膜24，在第二金屬膜23的上面沉積第二電鍍金屬膜25。
接著，如圖2(b)所示，從襯底21的上面，用激光26的前端部分縮小的激光僅對襯底21中的第一電鍍金屬膜24照射激光26。因此，如圖2(c)所示，即使不加熱襯底21，激光26的能量由第一電鍍金屬膜24通過向第一金屬膜22熱傳導，使由第一金屬膜22和襯底21構(gòu)成的金屬一一半導體界面合金化，由于第一金屬膜22和襯底21的界面得到歐姆接觸，第一金屬膜22及第一電鍍金屬膜24成為歐姆電極27。另一個，沒使用激光26照射的第二金屬膜23及第二電鍍金屬膜25成為肖特基電極28。
一般，由于激光26的能量是(1一反射率)倍，通過蒸鍍形成的第一及第二的金屬膜22、23，由于其表面接近鏡面，激光26的能量中的大部分的能量被反射，因此，激光26的能量強度必須足夠強。
但是，按照本實施例，在用蒸鍍法和外延法等形成的第一金屬膜的上面，設(shè)置使用電鍍法形成的第一電鍍金屬膜24，該第一電鍍金屬膜24的表面不是鏡面狀態(tài)，激光26被高效吸收，用較小的能量強度，能夠形成歐姆電極27。
還有，由于第一金屬膜22表面的光譯和暈色膜與第一金屬膜22的材料不同，不易受到反射率變化的影響，可遍及激光照射面全面均勻地加熱，能夠得到良好的歐姆電極。
第三實施例下面，參照附圖，說明本發(fā)明的第三實施例。
圖3(a)～(c)是表示關(guān)于本發(fā)明的第三實施例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。首先，如圖3(a)所示，在由碳化硅構(gòu)成的襯底31的表面沉積鎳等構(gòu)成的第一金屬膜32及第二金屬膜33。在該狀態(tài)中，第一金屬膜32及第二金屬膜33和襯底11的各界面共同為肖特基接觸。
下面，如圖3(b)所示，從襯底31的表面一側(cè)對該襯底31照射波長是與碳化硅的禁帶(＝Eg)相符的能量相對應(yīng)的波長(＝h·c/Eg)相比，具有足夠長的波長的激光34。由此，如圖3(c)所示，即使不加熱襯底31，由于通過激光34具有的能量使第一金屬膜32和襯底31構(gòu)成的金屬——半導體界面及第二金屬膜33和襯底31構(gòu)成的金屬——半導體界面分別合金化，由于分別在第一金屬膜32和襯底31的界面及第一金屬膜32和襯底31的界面得到歐姆接觸，第一金屬膜32成為第一歐姆電極32A，同時，第二金屬膜33成為第二歐姆電極33A。
作為本實施例的特點，對激光34，由于使用其波長是與碳化硅的禁帶相符的能量相對應(yīng)的波長相比，具有足夠長的波長的激光，由于該激光34通過由碳化硅構(gòu)成的襯底31，而不被襯底31吸收，能夠不加熱該襯底31，有選擇地僅加熱第一金屬膜32及第二金屬膜33。由此，不對襯底31造成熱損傷，能夠形成第一歐姆電極32A及第二歐姆電極33A。
還有，碳化硅有各式各樣的類型，禁帶Eg是各式各樣，例如，6H-SiC的情況是該禁帶Eg約3eV，這是與波長λSiC＝h·c/Eg＝1.24/3＝0.41μm相對應(yīng)的。因此，具有λlaser＝1.06μm波長的釔鋁柘榴石激光器(YAG激光器)，通過使用更長波長的二氧化碳激光器等，即使是使施主、受主導入的碳化硅構(gòu)成的襯底，也能夠選擇地加熱金屬膜。
第三實施例的一變換例下面，參照附圖，說明本發(fā)明的第三實施例的一變換例。
圖4(a)～(c)是表示本發(fā)明的第三實施例的一變換例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。
本變換例的特征如圖4(b)所示，從襯底31的背面一側(cè)對襯底31照射波長是與碳化硅的禁帶(＝Eg)相符的能量相對應(yīng)的波長(＝h·c/Eg)相比，具有足夠長的波長的激光34。因此，如前所述，與碳化硅的禁帶相符的能量相對應(yīng)的波長相比，具有足夠長的波長的激光的入射光大部分不被碳化硅吸收，到達表面一側(cè)被第一金屬膜32及第二金屬膜33吸收。因此，由于使各金屬和半導體的界面直接加熱，由于不受形成電極的金屬膜的膜厚的影響，能夠較可靠形成第一歐姆電極32A及第二歐姆電極33A。
還有，為了防止激光的散射，如果將襯底31的背面鏡面研磨，在各金屬膜32、33中能夠進一步提高激光的吸收效率。
第四實施例下面，參照附圖，說明本發(fā)明的第四實施例。
圖5(a)～(c)是表示關(guān)于本發(fā)明的第四實施例的歐姆電極形成方法的過程順序的剖面結(jié)構(gòu)圖。首先，如圖5(a)所示，在碳化硅構(gòu)成的襯底41的上面，全面連續(xù)沉積絕緣膜42之后，使用光刻法等，對絕緣膜42形成使襯底41的上面露出的開口部分42a。之后，在該開口部分42a沉積由鎳等構(gòu)成的第一金屬膜43及第二金屬膜44。
接著，如圖5(b)所示，通過從襯底41的上面照射激光45，分別由第一金屬膜43形成第一歐姆電極43A，由第二金屬膜44形成第二歐姆電極44A。這時，金屬中熱傳導率比較小的材料例如，對鎳照射激光45，進行加熱時，由于金屬的表面溫度急劇上升，在各金屬膜43、44的周圍有由該金屬膜的表面散落的表面金屬43a，44a。
在本實施例中，由于在襯底41上形成保護該襯底面的絕緣膜42，這些表面金屬43a，44a散落在絕緣膜42上不附著在襯底面上。因此，如圖5(c)所示，通過去除絕緣膜42，在歐姆電極形成之后，能夠容易且可靠地得到具有清潔的襯底面的襯底41。
第五實施例下面，參照附圖，說明本發(fā)明的第五實施例。
圖7是關(guān)于本發(fā)明的第五實施例的半導體裝置，發(fā)送放大器和接收放大器一體型的MMIC的構(gòu)成剖面。如圖7所示，在由高阻抗或半絕緣性的碳化硅構(gòu)成的襯底51上，選擇地形成由AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的外延膜52。外延膜52由襯底51一側(cè)開始順序構(gòu)成由n型GaN層構(gòu)成的溝道層52a以及由未摻雜Al0.2Ga0.8N構(gòu)成的肖特基層52b。
襯底51的上面露出的區(qū)域，形成相對輸出大的高輸出放大器部分55。在襯底51的上部的高輸出放大器55，分別使硅注入高濃度離子，形成相互間隔的n+型源極層51s和n+型漏極層51d，在該n+型源極層51s和n+型漏極層51d之間形成硅是使離子注入的n型溝道層51c。還有，在襯底51上的高輸出放大器部分55中，在n型溝道層51c的上面形成柵極寬度相對大的柵極電極55g，在n+型源極層51s上面形成源極電極55s，在n+型漏極層51d的上面形成漏極電極55d，由此構(gòu)成使用了碳化硅的MESFET。
在襯底51上形成的外延膜52一側(cè)，形成相對噪聲少的低噪聲放大器部分56。低噪聲放大器部分56是在外延膜52中的肖特基層52b上面，在選擇地形成柵極寬度相對小的柵極電極56g，沿該柵極電極56g的長方向的一方形成源極電極56s，沿另一方的側(cè)面形成漏極電極56d，由此構(gòu)成使用了GaN系半導體的MESFET。
這樣，按照本實施例，由于作為發(fā)送用的高輸出要求MESFET是在由碳化硅構(gòu)成的襯底51上形成的，利用碳化硅具有的高熱傳導率，能夠?qū)崿F(xiàn)得到所希望輸出的高輸出放大器部分55。
并且，由于作為接收用的要求低噪聲的MESFET是在襯底51上選擇地形成在由AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的外延膜52上形成的，由于GaN系半導體有效地利用約1000cm·cm/Vs這樣的高電子移動度，能夠形成噪聲特性優(yōu)秀的低噪聲放大器部分56。
現(xiàn)在，由于GaN系半導體不存在單結(jié)晶襯底，一般是在由藍寶石構(gòu)成的襯底上生長形成，用本實施例說明的那樣，由于在由碳化硅構(gòu)成的襯底上也可生長，能夠得到良好的結(jié)晶。而且，GaN半導體由于是與碳化硅同樣的寬帶半導體，由于能夠?qū)拸V設(shè)定可使用的溫度區(qū)域，并且對于漏電流等的溫度增加量也小，在相對的高溫區(qū)域中也可維持低噪聲特性。因此，能夠確實地擔負今后進一步擴大需要的組合媒體社會的通信器件的需求。
還有，代替構(gòu)成高輸出放大器部分55的MESFET，也可使用工作電壓能夠更高的金屬一氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。還有，代替低噪聲放大器部分56的GaN系MESFET，也可使用電子移動度能夠更高的由AlGaN/InGaN構(gòu)成的具有異質(zhì)結(jié)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。
圖8是本實施例的一變換例的半導體裝置，表示在低噪聲放大器部分使用了由AlGaN/InGaN構(gòu)成的具有異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的發(fā)送、接收放大器一體型的MMIC的剖面結(jié)構(gòu)。這里，在圖8中，與圖7所示的構(gòu)成構(gòu)件是同樣的構(gòu)成構(gòu)件，由于標以同樣的符號，故省略說明。如圖8所示，在由碳化硅構(gòu)成的襯底51上，選擇地形成由AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的外延膜53。外延膜53由襯底51一側(cè)開始順序由不摻雜的Al0.2Ga0.8N構(gòu)成的第一勢壘層53a，由不摻雜的Al0.1Ga0.8N構(gòu)成的溝道(勢阱)層53b以及由不摻雜的Al0.2Ga0.8N構(gòu)成的第二勢壘層53c及由硅構(gòu)成的含有δ摻雜層的不摻雜鎵氮構(gòu)成的肖特基層53d構(gòu)成，第一勢壘層53a，溝道層53b以及第二勢壘層53c構(gòu)成雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
在肖特基層53d的上面是柵極寬度相對小的柵極電極57g，沿該柵極電極57g分別形成源極電極57s以及漏極電極57d，因此，構(gòu)成含有低噪聲放大器部分57的異質(zhì)結(jié)的金屬一肖特基勢壘場效應(yīng)晶體管(MESFET)。
通過該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，由于能夠?qū)㈦娮雨P(guān)在溝道層53b中，因為將移動度進一步提高，所以噪聲特性也由此進一步提高。
第六實施例下面，參照附圖，說明本發(fā)明的第六實施例。
圖9是本發(fā)明的第六實施例的半導體裝置，表示發(fā)送放大器和接收放大器一體型的MMIC的剖面結(jié)構(gòu)。與第五實施例的不同之處是在由碳化硅構(gòu)成的襯底61的上面，在全范圍內(nèi)形成由AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的第一外延膜62。
如圖9所示，在由高阻抗或半絕緣性的碳化硅構(gòu)成的襯底61上全面形成由不摻雜Al0.2Ga0.8N構(gòu)成的第一外延膜62，在該第一外延膜62上選擇地形成由AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的第二外延膜64。第二外延膜64是由襯底61一側(cè)開始順序由不摻雜的GaN構(gòu)成緩沖層64a以及由n型Al0.2Ga0.8N構(gòu)成的溝道層64b構(gòu)成。
在襯底61中的第一外延膜62的上面露出的區(qū)域，形成輸出相對大的高輸出放大器部分65。在襯底61的上部以及第一外延膜62中的高輸出放大器65，分別使硅注入高濃度離子，形成相互間隔的n+型源極層63s和n+型漏極層63d。還有，在第一外延膜62上的高輸出放大器部分65中，在n+型源極層63s的上面形成源極電極65s，在n+型漏極層63d的上面形成漏極電極65d，在源極電極65s和漏極電極65d之間形成柵極寬度相對大的柵極電極65g，由此，構(gòu)成由GaN系/碳化硅構(gòu)成的具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)MESFET。這里，將在異質(zhì)結(jié)MESFET中的第一外延膜62和襯底61的界面規(guī)定為(電子)渡躍的載體。
在襯底61的第一外延膜62上形成的第二外延膜64一側(cè)形成相對噪聲不多的低噪聲放大器部分66。低噪聲放大器部分66是在第二外延膜64中的溝道層64b上選擇地形成柵極寬度相對小的柵極電極66g。沿該柵極電極66g的長方向的一方形成源極電極66s，沿另一方的側(cè)面形成漏極電極66d，由此構(gòu)成使用了GaN系半導體的MESFET。
這樣，按照本實施例，由于在構(gòu)成高輸出放大器部分65的MESFET上，使用比碳化硅具有更大的禁帶的AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的半導體，進一步改善絕緣擊穿電壓。而且，由于得到GaN系/碳化硅構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，提高電子移動度，提高作為增益及效率等的高頻用功率器件的電特性。
還有，使用第一外延膜62的鋁鎵氮與碳化硅晶格不匹配，包括銦組成，也就是說，如使用AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)，第一外延膜62變得與碳化硅晶格匹配。
另外，如第一實施例中說明的那樣，代替低噪聲放大器部分66的GaN系MESFET，也可使用能將電子移動度進一步提高的具有AlGaN/InGaN等的異質(zhì)結(jié)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。
權(quán)利要求
1.一種歐姆電極形成方法，其特征在于包括在由碳化硅構(gòu)成的襯底上沉積金屬膜的金屬膜沉積工藝過程，和通過對所述襯底照射激光，加熱所述金屬膜，使所述金屬膜和所述襯底歐姆接觸，形成所述金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的歐姆電極形成方法，其特征在于，所述電極形成工藝過程包括對所述金屬膜照射前端部分縮小的激光的工序。
3.一種歐姆電極形成方法，其特征在于包括在由碳化硅構(gòu)成的襯底上沉積第一金屬膜的第一金屬膜沉積工藝過程；和使用電鍍法，在所述第一金屬膜上沉積第二金屬膜的第二金屬膜沉積工藝過程；和通過對所述襯底照射激光，加熱所述第一金屬膜及第二金屬膜，使所述第一金屬膜和所述襯底歐姆接觸，形成由所述第一金屬金屬膜及第二金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
4.一種歐姆電極形成方法，其特征在于包括在碳化硅構(gòu)成的襯底的表面沉積金屬膜的金屬膜沉積工藝過程，和對所述襯底通過從所述襯底的表面一側(cè)照射具有比對碳化硅的能帶的禁帶相符的能量的波長還足夠大的波長的激光，加熱所述金屬膜，使所述金屬膜和所述襯底歐姆接觸，形成由所述金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
5.一種歐姆電極形成方法，其特征在于包括在碳化硅構(gòu)成的襯底的表面沉積金屬膜的金屬膜沉積工藝過程，和對所述襯底通過從所述襯底的背面一側(cè)照射具有比對碳化硅的能帶的禁帶相符的能量的波長還足夠大的波長的激光，加熱所述金屬膜，使所述金屬膜和所述襯底歐姆接觸，形成由所述金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
6.一種歐姆電極形成方法，其特征在于包括在碳化硅構(gòu)成的襯底上，形成具有使該襯底露出的開口部分的絕緣膜的絕緣膜形成工藝過程；和在所述襯底上對所述開口部分沉積金屬膜的金屬膜沉積工藝過程；和通過對所述襯底照射激光，加熱所述金屬膜，使所述金屬膜和所述襯底歐姆接觸，形成由所述金屬膜構(gòu)成的歐姆電極的電極形成工藝過程。
7.一種半導體裝置，其特征在于包括由碳化硅構(gòu)成的一塊襯底；和在所述的一塊襯底上選擇地形成由AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的外延膜；和在所述的一塊襯底上形成的功率放大部分；和對所述外延膜形成的低噪聲放大器部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體裝置，其特征在于，所述外延膜包括由AlGaN構(gòu)成的勢壘層和由InGaN構(gòu)成的勢阱層。
9.一種半導體裝置，其特征在于包括由碳化硅構(gòu)成的一塊襯底，和在所述的一塊襯底上形成由與碳化硅晶格配合的AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的第一外延膜；和由在所述第一外延膜上選擇地形成的AlxInyGa(1-x-y)N(x、y為0≤x≤1，0≤y≤1)構(gòu)成的第二外延膜；和在所述一塊襯底上形成的，在所述第一外延膜上具有門電路的功率放大器部分；和形成所述第2外延膜的低噪聲放大器部分。
全文摘要
在由碳化硅構(gòu)成的襯底的上面沉積由鎳等構(gòu)成的第一金屬膜及第二金屬膜。在該狀態(tài)中,第一金屬膜和襯底的界面及第二金屬膜和襯底的界面共為肖特基接觸。接著,從襯底的上面一側(cè),將激光的前端部縮小僅對襯底的第一金屬膜照射激光。因此,即使不加熱襯底整體,通過激光的能量使第一金屬膜和襯底構(gòu)成的金屬－半導體界面合金化,由于在第一金屬膜和襯底的界面得到歐姆接觸,其結(jié)果,得到由第一金屬膜構(gòu)成的歐姆電極。
文檔編號H01L21/8258GK1195883SQ98101070
公開日1998年10月14日 申請日期1998年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月4日
發(fā)明者太田順道, 正戶宏幸, 熊渕康仁, 北畠真 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社