DE2631873A1 - Halbleiterbauelement mit einem schottky-kontakt mit kleinem serienwiderstand und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einem schottky-kontakt mit kleinem serienwiderstand und verfahren zu seiner herstellung

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DE2631873A1 DE19762631873 DE2631873A DE2631873A1 DE 2631873 A1 DE2631873 A1 DE 2631873A1 DE 19762631873 DE19762631873 DE 19762631873 DE 2631873 A DE2631873 A DE 2631873A DE 2631873 A1 DE2631873 A1 DE 2631873A1
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Description

Halbleiterbauelement mit einem Schottky-Kontakt mit kleinem Serienwiderstand und Verfahren zu seiner Herstellung.
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Schottky-Kontakt und ein Verfahren zu seiner Herstellung, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.
In der Halbleitertechnologie sind Bauelemente bekannt, bei denen eine Elektrode als Schottky-Kontakt ausgestaltet ist, so z.B. Schottky-Dioden sowie Schottky-Feldeffekttransistoren. Diese Bauelemente werden meist in der Weise aufgebaut, daß auf einem hochohmigen Substrat, das beispielsweise aus semiisolierendem Galliumarsenid besteht, mit einem Epitaxieverfahren, z.B. mit der Gasphasen-Epitaxie, der Schmelz-Epitaxie oder mit einer Molekularstrahl-Epitaxie, eine dünne Schicht aus einkristallinem Material abgeschieden wird. Diese dünne Schicht aus einkristallinem Material stellt die aktive Schicht des Bauelementes dar. Aus "Intern. Electronic Devices Meeting", Washington, D.C. (1975) Techn. Digest, S. 585-587 ist ein Verfahren bekannt, bei dem auf einem hochohmigen Galliumarsenid-Substrat eine hochohmige epitaxiale Schicht aufgebracht wird und diese hochohmige Schicht sodann mit Hilfe von Ionenimplantation dotiert wird. Aus "Electronic Letters" 9 (1975), S. 577-578 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Ionenimplantation in das hochohmige Substratmaterial erfolgt, und bei dem auf diese Weise eine dünne dotierte Schicht erzeugt wird.
Die Halbleiterbauelemente, bei denen eine Elektrode aus einem
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Schottky-Kontakt besteht, zeichnen sich durch ihre kurze Schaltzeit aus. Die Schalteigenschaften dieser Bauelemente v/erden aber oft durch parasitäre Widerstände ungünstig beeinflußt, die in dem Element vorhanden sind. Diese Widerstände sind bedingt durch die in diesen Bauelementen verwendeten aktiven Halbleiterschichten, deren Dicken im allgemeinen im Bereich zwischen 200 und 500 mn liegen. Diese parasitären Widerstände erweisen sich insbesondere bei der Integration von Schottky-Feldeffekttransistoren für logische Schaltungen als hinderlich, da bei solchen Schaltungen die Schottky-Feldeffekttransistoren meist als sogenannte "normally-off"-Feldeffekttransistoren aufgebaut sind, bei denen die aktive Schicht gegenüber der normalen Bauweise eine noch geringere Dicke hat; die Dicke der aktiven Schicht ist bei solchen Bauelementen kleiner als die Dicke der Verarmungsrandschicht, die unter dem Schottky-Kontakt besteht, wenn an ihn keine Gatespannung angelegt ist.
Bei den mit diesen Anforderungen an ein solches Element vertrag-
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liehen Dotierungen von ca. 10 'ei des Halbleitermaterials wird, z.B. bei Galliumarsenid, die Dicke der aktiven Schicht weniger als 100 nm betragen. Werden z.B. bei Schottky-Feldeffekttransistoren zu beiden Seiten des Gates ohmsche Kontakte als Source- bzw. Drain-Kontakte angebracht, so besteht zwischen diesen Kontakten und der aktiven Kanalzone, die unter der Schottky-Feldeffektelektrode des Bauelementes liegt, wegen der sehr geringen Dicke der Schicht, durch die der Stromfluß erfolgt, jeweils . ein hoher Zuleitungswiderstand, der auch als Serienwiderstand bezeichnet wird. Entsprechendes gilt auch für den ohmschen Kontakt zum Halbleiter bei einer Schottky-Diode. Durch solch hohe Serienwiderstände werden jedoch die Hochfrequenzeigenschaften und die Schaltzeiten des Bauelementes stark negativ beeinflußt. Es ist daher ein wesentliches Ziel beim Aufbau, solcher Bauelemente, diese Serienwiderstände möglichst klein zu halten. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß entweder die Dotierung oder die Dicke oder aber möglichst sowohl die Dotierung wie auch die Dicke der als Zuleitung dienenden Teile der aktiven Halbleiterschicht möglichst groß sein müssen.
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Es wäre nun denkbar, die Zuleitungswiderstände dadurch zu verkleinern, daß gemäß einem aus "Solid-State Electronics" 18 (1975), S. 977-981 bekannten Verfahren in GaAs mit Hilfe einer Ionenimplantation von Tellur eine dünne Schicht mit einer Ladungsträ-
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gerkonzentrstion von etwa 7*10 cm .hergestellt wird. Eine solche Schicht hat zwar für die an ihr angebrachten ohmschen Kontakte einen kleinen Serienwiderstand, jedoch läßt sich in einer solchen Schicht kein Schottky-Kontakt aufbauen, weil eine so hohe Dotierstoffkonzentration die Ausbildung einer Verarmungsrandschicht im Bereich der Schottky-Kontaktelektrode verhindern würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, durch die bei .Halbleiterbauelementen mit einer Schottky-Elektrode die Serienwiderstände der zu der aktiven Zone führenden ohmschen Kontakte \5 verringert v/erden, ohne daß der Schottky-Kontakt des Bauelementes negativ beeinflußt wird.
Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Halbleiterbauelement nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verfahren zur Herstellung solcher Halbleiterbauelemente ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Herstellung eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung kann so erfolgen, daß in einem ersten Implantationsschritt alle diejenigen Teile-des Bauelementes dotiert werden, deren Leitfähigkeit groß sein soll. Das Gebiet, an dem der Schottky-Kontakt angebracht werden soll, wird dabei durch eine erste Maske abgedeckt. Sodann wird die erste Maske entfernt und — gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer zweiten Maske — der Bereich des Schottky-Kontaktes mit einer gegenüber der ersten Implantation etwa 10 bis 100 mal geringeren Dosis implantiert. Besser geeignet ist jedoch das im Unteranspruch 5 angegebene Verfahren. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt insbesondere darin, daß nur ein Implantationsschritt und nur eine Temperung zur Aktivierung der implantierten Dotierstoffe vorgenommen wird, wodurch die mit einer
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mehrfachen Implantation verbundenen Fehlerquellen umgangen werden.
Im folgenden wird beschrieben und anhand der Figuren näher erläuj tert, wie das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement aufgebaut ist und v;ie das Verfahren durchgeführt wird.
Fig.1 zeigen schematisch den Ablauf eines bevorzugten Verfahrens, bis 6
Fig.6 zeigt schematisch das. fertige Halbleiterbauelement.
Im ersten Verfahrensschritt wird auf Galliumarsenid-Substrat T eine Fotolackschicht 2 aufgebracht. Die Fotolackschicht wird sodann durch eine Maske belichtet und dann entwickelt,. so daß dasjenige Gebiet des Substrates, auf dem die Schottky-Gatelektrode aufgebracht werden soll, nicht mehr bedeckt ist. Sodann wird an dem von dem Fotolack befreiten Gebiet. 3 des Galliumarse- ' nid-Substrates 1 in einem Ätzvorgang eine Mulde hineingeätzt. Im nächsten Verfahrensschritt wird ganzflächig auf den Fotolack sowie auf den freigelegten Teil 4 des Substrates eine Schicht 5 aus Siliziumdioxid .aufgebracht, was beispielsweise durch Aufsputtern geschieht. Die Dicke dieser Siliziumdioxidschicht wird so gewählt, daß bei dem nachfolgenden Implantationsschritt in der Siliziumdioxid-Implantationsmaske ein vorgegebener Anteil der implantierten Atome absorbiert wird. Wird die nachfolgende Implantation mit Schwefelatomen von einer kinetischen Energie von 100 keV, durchgeführt, und wählt man die Dicke der Siliziumdioxidschicht gleich 126 nm, so dringen nur Λβ% der aufgestrahlten Ionen in den unter der Siliziumdioxidschicht befindlichen Teil des Halbleiters 1. Statt mit Schwefel kann die Implantation auch mit Ionen der Elemente Si, Te, Se ausgeführt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß diese Elemente bei der Implantation in der Implantationsmaske unterschiedlich stark absorbiert werden. Sollen von einer aus SiO2 bestehenden Implantationsmaske
z.B. 16% der aufgestrahlten Ionen durchgelassen werden und beträgt die Energie der Ionen 100 bzw. 300 keV, so ergeben sich für die erforderliche Dicke der Maske die aus der folgenden Ta-
709883/0421
belle ersichtlichen Werte:
Ionensorte S Si Se Te kinetische Energie
der Ionen
Dicke der
SiO2-Maske
in nm		 126 144 61 58 100 keV
412 265 171 110 I 300 keV
Im nächsten Verfahrensschritt wird durch ¥eiterentwickeln die Fotolackschicht 2 entfernt. Dabei -werden die auf der Fotolackschicht befindlichen Teile der Siliziumdioxidschicht mitabgehoben und entfernt. Nach dem Abheben des Fotolackes verbleibt eine Restschicht 6 der Siliziumdioxidschicht 5 in der Mulde 4 des Galliumarsenid-Substrates, wobei diese Restschicht 6 die Oberfläche des Substrates etwas überragt, Im nächsten Verfahrensschritt wird das gesamte Bauelement von der Oberfläche her mit Schwefelionen 8 bestrahlt, wobei das GaAs auf einer Temperatur von 150 bis 5000C gehalten wird. Diese Schwefelionen haben beispielsweise eine kinetische Energie von 100 keY* Die Gesamtdosis der aufgestrahlten Schwefelionen beträgt etwa 10 ^ bis
14 2
10 Ionen pro cm . In den nicht abgedeckten Bereichen 9 und 10 dringen die Schwefelionen tiefer in das Galliumarsenid-Substrat 1 ein als in den durch die Siliziumdioxidschicht 6 abgedeckten Bereichen 11. Nach dem Implantationsvorgang wird die Siliziumdioxidschicht 6 abgeätzt. Im Anschluß daran wird die Probe ganzflächig mit einer Deckschicht 12 aus Siliziumnitrid versehen, was beispielsweise durch Aufsputtern von Siliziumnitrid geschieht. Die Siliziumnitridschicht hat eine Dicke zwischen 100 und 200 nm. Diese Deckschicht 12 hat die Funktion^ während des Ausheilens der Strahlungsschäden eine Ausdiffusion von Arsen und eine, damit verbundene Zersetzung der GaAs-Oberfläche zu verhindern. Für • das Material der Deckschicht sind auch SiO2J AlN und Al2O, geeignet.
Im Anschluß an das Aufbringen der Siliziumnitridschicht wird das Bauelement bei einer Temperatur zwischen 800 und 9OQ^C für eine Zeit von etwa 20 min getemperte Bei dem Tempervorgang werden die implantierten Schwefelatome elektrisch aktiviert.
709883/04
Nach dem Tempervorgang wird die.Siliziumnitridschicht mittels eines Ätzmittels, z.B. mit Hilfe von Flußsäure, entfernt. Bei dem Implantationsvorgang und dem anschließenden Aktivieren durch Tempern sind die Gebiete 9, 10, die von der Siliziumdioxidschicht 6 nicht bedeckt waren, höher dotiert worden als die unter der Siliziumdioxidschicht 6 befindlichen Gebiete 11 des Substrates. Diese Gebiete 10 und 9 gehen an den Stellen, an denen die Kanten der Siliziumdioxidschicht 6 sich befunden haben, in das Gebiet über, das eine zwischen 10 und 100-fach niedrigere Dotierung hat.
Im weiteren Verfahren werden auf die niedrig dotierten Gebiete und 10 Metallkontaktschichten 15 und 16 aufgebracht. Diese Metallkontakt schichten 15 und 16 sollen nicht das schwach dotierte Eanalgebiet 11 überdecken, sollen aber möglichst nahe an es heranreichen« Zum Aufbringen dieser Metallkontaktschichten 15 und 16 wird ein Abhebeverfahren benutzt, bei dem zunächst eine Fotolackschicht ganzflächig auf die Oberfläche des Galliumarsenid-Substrates aufgebracht wird, und sodann durch Belichtung und Entwickeln teilweise entfernt wird. Im Anschluß daran wird die Anordnung ganzflächig mit einer Metallschicht bedampft, und dann der noch vorhandene Teil des Fotolackes durch Weiterentwicklung entfernt. Dabei wird, der Teil der Metallschicht, die sich auf dieser Fotolackschicht befunden hat, mitabgehoben. Wird für den Fotolack ein Kontaktbelichtungsverfahren angewendet, so ist für den Abstand!der Metallkontaktschicht 15 und 16 von den Rändern der schwächer dotierten Kanalzone 11 ein minimaler Abstand von 0,5/um erreichbar, bei Anwendung eines Elektronenstrahlbelichtungs-Yerfahrens etwa ein Abstand von 0,1 /um. Metallkontakte 15 und 16 bestehen vorzugsweise jeweils aus einer Schichtenfolge, die aus einer etwa 10 nm dicken Germaniumschicht 20, einer darauf befindlichen 140 nm dicken Goldschicht 21, einer darauf befindlichen 40 nm dicken Chromschicht 22 und einer darauf befindlichen 160 nm dicken Goldschicht 23 besteht. In dem Gebiet der Mulde h wird der Schottky-Kontakt 17 aufgebracht. Er besteht aus einer Schichtenfolge einer Chromschicht 18 und einer GoIdschicht 19, wobei die Chromschicht 18 auf das Galliumarsenid mit einer Stärke von etwa 10 nm aufgebracht' ist, und auf die Chromschicht sodann eine Goldschicht 19 von 300 nm aufgetragen wird. 13 Patentansprüche
6 Figuren 70988 3/0422

Claims (13)

  1. Patentansprüche
    /1.^Halbleiterbauelement mit einer an die Oberfläche eines hochohmigen Halbleiters angrenzenden, durch Ionenimplantation dotierten Schicht, auf der sich eine mit dem Halbleiter einen Schottky-Kontakt bildende erste Elektrode und eine oder mehrere weitere, jeweils einen ohmschen Kontakt mit dem Halbleiter bildende Elektroden befinden, dadurch gekennzeichnet , daß diejenigen Teile (9, 10) der Schicht (24), die sich unter den weiteren Elektroden (15, 16) bis zu der von der ersten Elektrode (17) ausgehenden Verarmungsrandschicht erstrecken, etwa 10 bis 100-fach stärker dotiert sind als das unter der ersten Elektrode (1?) befindliche Gebiet (11) der Schicht (24).
  2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiter (1) aus GaAs besteht und daß die Schicht mit Ionen (S) aus einem oder mehreren der Elemente S, Si, Te, Se implantiert ist.
  3. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektrode (17) aus einer Chromschicht (18) und einer darauf befindlichen Goldschicht (19) gebildet wird.
  4. 4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (15) aus einer Schichtenfolge aus einer Germaniumschicht (20), einer Goldschicht (21), einer Chromschicht (22) und einer weiteren Goldschicht (23) besteht.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit einem Schottky-Kontakt, bei dem durch Ionenimplantation eine an die Oberfläche eines hochohmigen Halbleiters angrenzende Schicht dotiert wird, gekennzeichnet durch den Ablauf der folgenden Yerfahrensschritte %
    709883/0421-
    OFIIQSHAL INSPECTED
    a. Aufbringen einer Schicht aus fotoempfindlichem Lack (2) auf einen Halbleiter (1),
    b. Belichten und Entwickeln des Fotolackes, so daß das für den Schottky-Kontakt vorgesehene Gebiet des Halbleiters (1) rom Fotolack befreit wird,
    c. Einätzen einer Mulde (4) in den Halbleiter an den vom Fotolack befreiten Stellen,
    d. Aufbringen einer Maskierungsschicht (5) auf die Fotolackschicht und auf die vom Fotolack freien Gebiete des Halbleiters (1),
    e. Entwickeln des Fotolackes und Ablösen der auf dem Fotolack befindlichen Teile der Maskierungsschicht (5)»
    f. Bestrahlen des mit einer Restschicht (6) der Maskierungsschicht (5) versehenen Halbleiters mit dotierend wirkenden Ionen (8), wobei die Dicke der Restschicht (6) und die kinetische Energie der Ionen (8) so gewählt werden, daß das unter der Restschicht (6) liegende Gebiet (11) des Halbleiters etwa 10 bis 100 mal schwächer dotiert wird als die daran angrenzenden Gebiete (9, 10),
    g. Abätzen der Restschicht (6),
    h. Aufbringen einer Deckschicht (12) auf den Halbleiter,
    i. Tempern des mit der Deckschicht (12) versehenen Halbleiters (1),
    3. Abätzen der Deckschicht (12),
    k. Aufbringen der Source- und der Drain-Eontakte (15) und (16) mit Hilfe einer Abhebetechnik,
    1. Aufbringen eines Schottky-Kontaktes in dem Gebiet der Mulde (4).
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die. Maskierungsschicht (5) eines der Materialien SiO2, Si3N4, Al2O3, AlN verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß bei einem Halbleiter (1) aus Galliumarsenid Ionen (8) von einem oder mehreren der Elemente S, Si, Se, Te implantiert werden.
    709883/0422
  8. 8, Verfahren nach Anspruch 5» dadurch ge kennzeichne t , daß die Implantation bei einer Temperatur des Halbleiters zwischen 1500C und 5000C erfolgt.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge—, kennzeichnet , daß die Mulde (4) bis zu einer Tiefe zwischen 50 und 100 rim abgeätzt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9* dadurch gekennzeichnet , daß als Maskierungsschicht eine Siliziumdioxidschicht mit einer Dicke zwischen 80 und 140 nm, insbesondere zwischen 120 und 130 nm, aufgebracht wird, und daß Schwefelionen mit einer kinetischen Energie von 100 keV implantiert werden. ·
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis "10, dadurch g β k e η η ζ ei c h η e t , daß für die Deckschicht eines der Materialien SiJN^, SiO2, AlN, Al2O, verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch ge k e η η ζ ei eh η e t , daß die Deckschicht mit einer Stärke zwischen 100 und 200 nm aufgebracht wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch g e kennzeichnet, daß das Tempern bei einer Temperatur zwischen 800 und 9000C mit einer Zeit zwischen 5 min und 60 min durchgeführt wird.
    709883/0422
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