DE3419225A1 - Gaas-halbleitervorrichtung - Google Patents

Gaas-halbleitervorrichtung

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DE3419225A1
DE3419225A1 DE19843419225 DE3419225A DE3419225A1 DE 3419225 A1 DE3419225 A1 DE 3419225A1 DE 19843419225 DE19843419225 DE 19843419225 DE 3419225 A DE3419225 A DE 3419225A DE 3419225 A1 DE3419225 A1 DE 3419225A1
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semiconductor device
electrode
contact electrode
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DE19843419225
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Kazuhiko Kawasaki Inoue
Yoshihiro Kawasaki Kishita
Tatsuro Tokio/Tokyo Mitani
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Description

KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI-SHI / JAPAN
GaAs-Halbleitervorrichtung
Die Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen und insbesondere GaAs-Halbleitervorrichtungen mit einem Elektrodenaufbau, der nur einer minimalen Verschlechterung unterliegt.
5
Planare Halbleitervorrichtungen bauen sich im allgemeinen aus einem Halbleitersubstrat, einer darauf ausgebildeten Ohm'sehen Kontaktelektrode und einer zweiten Elektrode, welche auf der ersten Elektrode ausgebildet wurde, oder einer Ohm'sehen Kontaktelektrode für die Verwendung als Bindungselektrode oder Verbindungselektrode auf. Die zweite Elektrode darf keine intermetallischen Verbindungen mit der Ohm"sehen Kontaktelektrode ausbilden um in der Lage zu sein, einen guten Kontakt mit dem zu verbindenden Material zu ergeben und sie muss einen niedrigen Widerstand
haben, sowie einen ausreichenden thermischen Druckverbund ergeben, wenn man sie als Bindungselektrode verwendet.
Bei den GaAs-Halbleitervorrichtungen des Standes der Technik wird die Ohm'sche Kontaktelektrode aus einer Legierung hergestellt, die hauptsächlich aus Gold zusammengesetzt ist (z.B. Au-Ge-Legierungen und Au-Si-Legierungen für n-Typ-Substrate und Au-Zn-Legierungen und Au-Be-Legierungen für p-Typ-Substrate), während die zweite Elektrode aus Aluminium oder Gold besteht.
Verwendet man ein n-Typ-GaAs-Substrat, dann sieht man eine Platin- oder Nickelschicht auf der Au-Ge-Schicht als Ohm'sche Kontaktelektrode vor, um das Phänomen zu vermeiden, dass ein Zusammenballen in der Au-Ge-Schicht und eine Oxidation von Ge eintritt, wie anderenfalls während einer Wärmebehandlung des Plättchens eintreten würde, aufgrund der Tatsache, dass die Au-Ge-Schicht niedrige Beschichtungseigenschaften in bezug auf das n-Typ-GaAs-Substrat aufweist.
Die Platin- oder Nickelschicht wird jedoch in einer sehr geringen Dicke ausgebildet, so dass das Gold in der anliegenden Au-Ge-Schicht während der Wärmebehandlung diffus auf der Oberfläche dieser Elektrodenschicht niedergeschlagen wird. Wie schon vorher erwähnt, besteht die zweite Elektrode entweder aus Aluminium oder Gold. Verwendet man Aluminium für die
zweite Elektrode so ist dies in direktem Kontakt mit dem ausgefallenen Gold und ergibt die Bildung von AuAl-, Au«Al oder eine Mischung dieser Verbindungen. Um eine Bildung dieser intermetallischen Verbindungen zu vermeiden, sieht man eine Titanschicht als Pufferschicht zwischen der zweiten Elektrode und der Ohm'sehen Kontaktelektrode vor. Diese zweite Elektrode wird zwar entweder als Verbindungselektrode oder als Anschluoselektrode verwendet, jedoch diffundiert das Gallium in .dem GaAs-Substrat durch die individuellen Schichten und wird auf der Oberfläche der zweiten Elektrode niedergeschlagen. Eine Verschlechterung der Wärmepressbindungseigenschaften der zweiten Elektrode aufgrund einer Oxidation des Galliums wird dadurch vermieden. Trotz der vorerwähnten Massnahmen haben die GaAs-Halbleitervorrichtungen des Standes der Technik die folgenden Nachteile.'
Zunächst stellt Gold, wenn dieses für die zweite Elektrode verwendet wird, ein sehr teures Material dar. Darüber hinaus ist es sehr nachteilig, dass die üblichen Drahtverbindungsausrüstungen nicht verwendet werden können. Insbesondere bei einer Ausrüstung zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit einem Siliciumsubstrat wird der verwendete Drahtverbinder auf Verbindungen eingestellt, wie sie für das verwendete Aluminium geeignet sind. Deshalb muss man die Temperatur und die Beladungsbedingungen für jede Drahtverbindung variieren, wenn man Gold verwendet, so dass die Produktionseffizienz dadurch vermindert
wird. Die Einrichtung einer neuen Ausrüstung, im Falle, dass man Gold verwendet, erhöht selbstverständlich die Herstellungskosten.
Verwendet man Aluminium für die zweite Elektrode, dann tritt folgendes Problem auf: Fig. 1 zeigt eine GaAs-Halbleiterdiode, bei welcher Aluminium als zweite Elektrode verwendet wird. Die dort gezeigte Halbleitervorrichtung erhält man unter Ausbildung einer η -Typ-Region 2 in der Oberfläche eines GaAs-Substrats, Ausbildung einer Ohm'sehen Kontaktelektrode 3 auf der η -Typ-Region und Ausbildung einer zweiten Elektrode 4 auf der Ohm'sehen Kontaktelektrode. Die Ohm'sche Kontaktelektrode 3 hat einen zweischichtigen Aufbau aus einer Platinschicht und einer Au-Ge-Schicht, während die zweite Elektrode, wie vorher erwähnt, aus einer Aluminiumschicht und einer Titanschicht aufgebaut ist. Bei diesem laminierten Aufbau bedeckt die zweite Elektrode jedoch eine kleinere Fläche als die erste Elektrode. Dies bedeutet, dass die Aluminium- und Titanschichten der zweiten Elektrode während des Verfahrens zur Herstellung eines Elementes sich um die Kanten davon erstrecken. Die entsprechenden Kanten von zwei Elektroden stehen auf Abstand in einem solchen Masse, dass dieser im wesentlichen der Dicke der Titanschicht in der zweiten Elektrode entspricht. Trotzdem bilden sich Al-Au-Verbindungen in der Nähe der freigelegten Kanten der zweiten Elektrode aus und zwar aufgrund einer Diffusion des darin befindlichen Aluminiums nach aussen, die durch eine thermische Belastung bei einer
Wärmebehandlung während des Fabrikationsverfahrens für das Element verursacht wird. Die so gebildeten Al-Au-Verbindungen bleiben als Keime nach der Vollendung der GaAs-Halbleitervorrichtung erhalten und wachsen langsam in die Elektrode. Mit dem Wachstum der Al-Au-Verbindungen erhöht sich der Widerstand und dadurch verschlechtert sich das Verhalten der Vorrichtung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine GaAs-Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Ausbildung von intermetallischen Verbindungen zwischen der Ohm'sehen Kontaktelektrode und der Verbindungselektrode, die darüber ausgebildet ist, befriedigend verhindert werden kann.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einer GaAs-Halbleitervorrichtung gelöst, welche umfasst: Ein GaAs-Substrat, eine darauf ausgebildete Ohm'sche Kontaktelektrode, welche eine Schicht aus einer Goldlegierung einschliesst, und einen leitfähigen Teil, der auf der Ohm'sehen Kontaktelektrode so ausgebildet ist, dass er deren obere und Seitenoberflächen bedeckt und wobei eine obere Schicht aus Aluminium und eine untere Schicht aus einem Metall, durch welches Gold am Hindurchpassieren gehindert wird, eingeschlossen ist.
Erfindungsgemäss sind die oberen und die Seitenoberflächen der Ohm'sehen Kontaktelektrode durch die untere Schicht des leitfähigen Teils bedeckt, so dass
die obere Schicht aus Aluminium niemals in Kontakt mit der Ohm'sehen Kontaktelektrode kommt. Dadurch besteht keine Möglichkeit, dass eine intermetallische Verbindung .zwischen der oberen Schicht des leitfähigen Teils und der Ohm1sehen Kontaktschicht ausgebildet wird.
In den Zeichnungen bedeuten:
Fig. 1A eine plane Aufsicht einer Halbleiterdiode des Standes der Technik,
Fig. 1B einen Querschnitt längs der Linie I-I
in Fig. 1A,
15
Fig. 2A eine plane Aufsicht mit einer Ausführungsform einer GaAs-Halbleiterdiode gemäss der Erfindung,
Fig. 2B einen Querschnitt längs der Linie II-II
von Fig. 2A, und
Fig. 3A bis 3D geben Einzelheiten des Herstellungsverfahrens eines GaAs-Halbleiters MES FET gemäss der Erfindung an.
In Fig. 2A und 2B wird eine GaAs-Halbleitervorrichtung gemäss der Erfindung gezeigt. Die beschriebene Halbleiterdiode schliesst ein p-Typ-GaAs-Substrat 11 mit einer darauf ausgebildeten n-Typ-Oberflächenregion 12, einer Ohm1sehen Kontaktelektrode 13, die
so ausgebildet ist, dass sie die n-Typ-Region 12 bedeckt, und eine Verbindungselektrode 14, welche auf der Ohm1sehen Kontaktelektrode 13 ausgebildet ist, ein. Die Ohm'sche Kontaktelektrode 13 hat, wie die in Fig. 1A und 1B gezeigten, einen zweischichtigen Aufbau aus einer oberen Platinschicht und einer unteren Schicht aus einer Au-Ge-Legierung. Auch die Verbindungselektrode 14 besteht aus einer oberen Aluminiumschicht und einer unteren Metallschicht, wie einer solchen aus Titan, Molybdän oder Tantal, wodurch ein Hindurchdringen des Goldes verhindert wird. Wie aus Fig. 2A und 2B offensichtlich ist, bedeckt die Verbindungselektrode 14 die gesamte Ohm'sche Kontaktelektrode 12 mit ihrem peripheren Anteil, weleher die Seitenoberfläche der Ohm'sehen Kontaktelektrode 13 umgibt.
Bei dieser Halbleitervorrichtung sind die oberen und Seitenoberflächen der Ohm"sehen Kontaktelektrode vollständig durch die untere Schicht der Verbindungselektrode 14 bedeckt. Das heisst, dass die obere Aluminiumschicht auf der Verbindungselektrode 14 von der Ohm'sehen Kontaktelektrode 13 durch die untere Schicht eines Metalls, wie Titan, Molybdän·, Tantal oder dergleichen, isoliert ist. Weiterhin passiert das Gold in der Ohm1sehen Kontaktelektrode 13 in keinem Fall die untere Schicht in der Verbindungselektrode 14, wenn das Halbleiterplättchen eine Wärmebehandlung erfährt. Gold in der Ohm'sehen Kontaktelektrode 13 kommt deshalb niemals in Kontakt mit der oberen Aluminiumschicht der Verbindungselektrode 14,
so dass auch keine Möglichkeit für die Bildung von Au-Al-Verbindungen besteht. Wie gezeigt wurde, ist es möglich, GaAs-Halbleitervorrichtungen zu erzielen, die zuverlässig die Bildung von Au-Al-Verbindungen verhindern und die ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweisen.
Fig. 3A bis 3D geben ein Beispiel für die Herstellung von GaAs-Halbleitervorrichtungen gemäss der Erfindung an. Auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat 21, wie dies in Fig. 3A gezeigt wird, wird in bekannter Weise ein Isolierfilm ausgebildet, der dann selektriv geätzt wird, unter Ausbildung einer Maske mit einem vorbestimmten Muster. Eine n-Typ-Verunreinigung wird dann mittels Ionenimplantation auf die freigelegte Oberfläche des GaAs-Substrats 21, auf welcher sich die Maske mit einem vorbestimmten Muster darauf befindet, aufgegeben. Anschliessend wird der Halbleiteraufbau einer Temperbehandlung unterworfen, wodurch eine n-Typ-Tegion 22 und η -Typ-Regionen 23 und 24, benachbart zu den gegenüberliegenden Seiten der auf dem Substrat gebildeten n-Typ-Region 22 ausgebildet werden, wie dies in Fig. 3A gezeigt wird. Für die Ausbildung der n-Typ-Region führt man eine Ionenimplantation durch
12 -2
mit einer Dosis, die beispielsweise auf 3x10 cm eingestellt ist, wobei die Implantationsenergie auf 100 keV eingestellt ist. Für die Bildung der η -Typ-Regionen 23 und 24 wird die Ionenimplantation durch-
13 -2
geführt mit einer eingestellten Dosis von 3x10 cm und einer Implantationsenergie, die auf 200 keV eingestellt ist. '
Anschliessend wird ein SiO2-FiIm 25 mittels eines CVD-Verfahrens unter Verwendung von Silan an der Oberfläche des Substrats 21 in einer Dicke von annähernd 5.000 Ä ausgebildet. Dann wird ein Resistfilm 26 für ein Resistmuster auf dem SiO2-FiIm 25 ausgebildet und anschliessend wird der Teil des Films 25 und 26 über den η -Typ-Regionen 23 und 24 entfernt, wodurch der SiO„-Film 25 und der Resistfilm 26 selektiv auf der n-Typ-Region 22 und den anderen Oberflächenteilen des Substrats 21, nicht einschliessend die n-Typ-Regionen 23 und 24, gebildet werden, wie dies in Fig. 3B gezeigt wird. Dann wird eine Au-Ge-Legierungsschicht mit einer Dicke von 2.000 Ä und eine Platinschicht mit einer Dicke von 300 Ä in der genannten Reihenfolge mittels eines Abscheidungsverfahrens auf der gesamten Oberfläche des Substrataufbaus ausgebildet. Anschliessend wird der Resistfilm 26 mittels eines organischen Lösungsmittels weggeschmolzen, z.B. mit Aceton, wodurch Teile der Au-Ge-Legierungsschicht und der Platinschicht auf dem Resistfilm 26 zusammen mit dem Film 26 entfernt werden. Die Au-Ge-Legierungsschicht und die Platinschicht verbleiben so über den n-Typ-Regionen 23 und 24. Diese Au-Ge-Legierung und die Platinschichten werden anschliessend wärmebehandelt, wodurch Source- und Drain-Elektroden 27 und 28, gebildet aus der jeweiligen Au-Ge-Legierung und den Platinschichten, in Ohm'schem Kontakt mit den jeweiligen η -Typ-Regionen 23 und 24 ausgebildet werden, wie dies in 0 Fig. 3C gezeigt wird. Während der Wärmebehandlung findet eine Legierungsbildung in der Nachbarschaft der
Grenzfläche zwischen der Au-Ge-Legierungsschicht und der Platinschicht statt, während sich Gold auf der Oberfläche der Source- und Drain-Elektroden 27 und 28 niederschlägt.
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Anschliessend wird der SiO2-FiIm 25 entfernt, wobei man beispielsweise flüssiges Ammoniumchlorid verwendet. Dann wird ein SiO9-FiIm auf der Halbleiter-Vorrichtung in einer Dicke von annähernd 10.000 A ausgebildet und auf dem SiO3-FiIm wird ein Resistfilm ausgebildet. Teile des Resistfilms über den Regionen 23 und 24 werden dann entfernt und der SiO9-FiIm wird dann selektiv mit dem so in Form einer Maske gebildeten Resistmuster entfernt. Das Resistmuster wird derart ausgebildet, dass die innere Wand von dessen Öffnungen wenigstens 4 μΐη von den entsprechenden Kanten der freigelegten Source- und Drain-Elektroden 27 und 28 entfernt ist.
Anschliessend wird eine Titanschicht mit einer Dicke von 3.000 A und dann eine Aluminiumschicht in einer
Dicke von 10.000 A in der genannten Reihenfolge durch ein Vakuumabscheidungsverfahren auf den HaIbleiterplättchen ausgebildet. Dann bildet man ein Resistmuster auf dem Aluminiumfilm und die Aluminiumschicht und die Titanschicht werden selektiv mit dem Resistmuster als Maske entfernt, wodurch Anschlusselektroden oder Verbiridungselektroden 29 und 30 auf den jeweiligen Source- und Drain-Elektroden 27 und gebildet werden und eine Gate-Elektrode 31 wird auf der n-Typ-Region 22 zwischen den Elektroden 29 und
ausgebildet, wie dies in Fig. 3D gezeigt wird.
In der so erhaltenen Halbleitervorrichtung gemäss Fig. 3B bedeckt die untere Schicht, die 3.000 Ä dick ist, der Bleielektroden 29 und 3 0 vollständig die oberen und Seitenoberflächen der Source- und Drain-Elektroden 27 und 28, die 2.300 A dick sind. Dadurch wird, obwohl Gold auf der Oberfläche der Source- und Drain-Elektroden 27 und 28 niedergeschlagen wird, dieses von der Aluminiumschicht der Verbindungselektroden 29 und 30 durch die Titanschicht isoliert, so dass keine Möglichkeit für die Ausbildung einer intermetallischen Verbindung zwischen den Source- und Drain-Elektroden und der Aluminiumschicht besteht, Natürlich sind die Seitenoberflächen der Elektroden 27 und 28 durch die Titanschicht bedeckt, so dass das Gold oder Platin, welches in den Verbindungselektroden 29 und 30 enthalten ist, niemals in Berührung mit der Aluminiumschicht der Verbindungselektroden 29 und 30 kommt und deshalb wird in keinem Fall eine unerwünschte intermetallische Verbindung ausgebildet.
Da dieiAnschlusselektroden oder Bleielektroden in der in Fig. 3D gezeigten Halbleitervorrichtung aus Aluminium bestehen, kann man die übliche Vorrichtung zur Herstellung von Silicium-Halbleitervorrichtungen verwenden und daher kann man diese Art einer GaAs-Halbleitervorrichtung verhältnismässig billig herstellen.
Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf
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diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann der laminierte Aufbau, der sich aus der Au-Ge-Legierungsschicht und der Platinschicht, die als Ohm'sche Kontaktschicht bei der Ausführungsform ge-. mäss Fig. 3A bis 3D ausgebildet sind,-durch einen laminierten Aufbau aus einer Au-Ge-Legierungsschicht und einer Nickelschicht oder einem laminierten Aufbau aus einer Goldschicht, einer Platinschicht und einer Titanschicht ersetzt werden.
Schliesslich kann man die Erfindung nicht nur für MES FET-Halbleitervorrichtungen verwenden, sondern auch für Halbleitervorrichtungen, die eine Ohm'sche Kontaktelektrode in Ohm'schein Kontakt mit einer Reihe anderer Halbleiterelemente, wie einer Diode, aufweisen, anwenden.
- Leerseite -

Claims (5)

  1. PATENT- UND RECHTSANWÄLTE
    PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ, W. EITLE ■ DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL-ING. W. LEHN
    DIPL.-ING. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS ■ DIPL.-ΙΝβ. K. GORG
    DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE
    40 347 o/wa
    KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI-SHI / JAPAN
    GaAs-Halbleitervorrichtung
    PATENTANSPRÜCHE
    hl GaAs-Halbleitervorrichtung aus einem GaAs-HaIbleitersubstrat (11, 21), einer Ohm'schen Kontaktelektrode (13; 27; 28) und einem leitfähigen Teil (14; 29; 30), gebildet auf der Ohm'schen Kontaktelektrode (13; 27; 30) mit einer oberen Schicht aus Aluminium und einer unteren Schicht aus einem Metall, das in der Lage ist zu verhindern, dass Gold hindurchdringt, dadurch gekennzeichnet , dass die obere und die Seitenoberflächen der Ohm'schen Kontaktelektrode (13; 27; 28) durch die untere Schicht bedeckt sind.
    RABELLASTRASSE 4 . D-SOOO MÜNCHEN 81 · TELEFON CO89J 911O87 . TELEX 5-29619 CPATHED ■ TELEKOPIERER 91Β3 5β
  2. 2. GaAs-Halbleitervorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass eine Halbleiterregion des entgegengesetzten Leitfähigskeitstyps in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (11; 21) ausgebildet ist und dass die Ohm'sche Kontaktelektrode (13; 27; 28) in Ohm'schem Kontakt mit der Halbleiterregion (12; 23; 24) ausgebildet ist.
  3. 3. GaAs-Halbleitervorrichtung gemäss Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die untere Schicht des leitfähigen Teils (14; 29; 30) eine grössere Dicke hat als die der Ohm'sehen Kontaktelektrode (13; 27; 28).
  4. 4. GaAs-Halbleitervorrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die untere Schicht des leitfähigen Teils (14; 29;
    30) aus einem Metall, ausgewählt aus Titan, Molyb-0 dän und Tantal, hergestellt worden ist.
  5. 5. GaAs-Halbleitervorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ohm'sche Kontaktelektrode (13; 27; 28) eine obere Schicht aus Platin und eine untere Schicht aus einer Au-Ge-Legierung einschliesst.
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