JP2002016086A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
優れた電極構造を提供する。 【解決手段】 半導体装置の電極1,2、または、電極
1,2と半導体表面の双方のいずれかを、電極1,2の
最上層3,4を構成する金属と異なった金属を構成元素
とする金属酸化膜5,6によって被覆する。
Description
ものであり、特に、HEMT(高電子移動度トランジス
タ)やMESFET(Metal−Semicondu
ctor FET)等の電界効果型化合物半導体装置の
電極をプロセスダメージから保護するための電極被覆構
造に特徴のある半導体装置に関するものである。
等のSiデバイスにおいては、MISFET(Meta
l−Insulator−Semiconductor
FET)、即ち、絶縁ゲート型FETが用いられてい
るが、高周波増幅素子或いは超高速集積回路装置を構成
するGaAs等の化合物半導体を用いた電子デバイスに
おいては界面準位の問題があるため、MESFETやH
EMT等が用いられている。
のHEMTの製造工程を説明する。なお、各図は、チャ
ネル長方向に沿った概略的断面図である。 図7(a)参照 まず、半絶縁性InP基板41上に、MOVPE法(有
機金属気相成長法)を用いて、i型InAlAsバッフ
ァ層42、i型InGaAsチャネル層43、n型In
AlAsキャリア供給層44、及び、n+ 型InGaA
sキャップ層45を順次成長させる。
子分離溝46を形成してメサ状の素子能動領域を設けた
のち、素子能動領域にリフトオフ法を用いてTi膜47
/Pt膜48/Au膜49からなる一対のソース・ドレ
イン電極50を選択的に形成する。次いで、一対のソー
ス・ドレイン電極50の間のn+ 型InGaAsキャッ
プ層45を選択的に除去してゲートリセス領域51を形
成したのち、再び、リフトオフ法を用いることによって
Ti膜52/Pt膜53/Au膜54からなるT字状の
ゲート電極55を形成する。
SiN膜56を、厚さ、100nm程度堆積させる。な
お、このプラズマCVD法によって堆積させたSiN膜
56は、パッシベーション膜として理想的な緻密な膜と
なる。
ーニングによって開口したのち、F系ガス、例えば、S
F6 を用いたドライエッチングを施すことによってSi
N膜56に引き出し開口を形成し、次いで、スパッタリ
ング法によって、Au膜を順次堆積させたのち、Arイ
オンを用いたイオンミリングを施してAu配線57とす
ることによってHEMTが完成する。
は、SiN膜56の成膜工程においてはプラズマCVD
法を用いており、特に、緻密な膜を得るためにある程度
RFパワーを大きくしてSiN膜56の堆積を行ってい
るので、堆積工程中で基板が受けるプラズマダメージは
避けられないという問題がある。
0及びゲート電極55の最上層を構成するAu膜49,
54は大きなプラズマダメージを受けるため、Au膜4
9,54の表面に高抵抗な表面変質層が形成され、配線
との間のコンタクト不良が発生するという問題がある。
iNの原料となるシラン(SiH4)系のガスによるプ
ラズマを発生させているが、プラズマ中のSiイオンが
ソース・ドレイン電極50及びゲート電極55の表面に
照射され、最上層を構成するAu膜49,54の表面に
高抵抗なSiとAuの混成層が形成されるためと考えら
れる。
が発生しない減圧化学気相成長法(LPCVD法)等で
成長させることは可能であるが、そうするとパッシベー
ション膜として必要な緻密性が得られなくなるという問
題がある。
ジ性に優れた電極構造を提供することを目的とする。
本発明における課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 上述の課題を解決するために、本発明においては、半導
体装置の電極1,2、または、電極1,2と半導体表面
の双方のいずれかを、電極1,2の最上層3,4を構成
する金属と異なった金属、例えば、Ti,Co,Ta,
Ni,Pd,Pr,Hf,Zr等の金属を構成元素とす
る金属酸化膜5,6によって被覆したことを特徴とす
る。
に、ショットキーバリアゲート電極やソース・ドレイン
電極の表面を、電極1,2の最上層3,4を構成する金
属と異なった金属を構成元素とする金属酸化膜5,6、
例えば、酸化Ti膜で被覆することによって、電極1,
2の最上層3,4、特に、Au膜の表面に高抵抗な変質
層が形成されるのが防止され、配線8との間のコンタク
ト不良を防止することが可能になる。なお、電極1,2
の最上層とは、電極1,2の形成を目的として堆積させ
た導電層の内の最上層3,4を意味するものであり、金
属酸化物を形成するための金属が未反応のまま残存して
も、本発明で言うところの「電極の最上層」ではない。
5,6で被覆することによって、半導体層、例えば、キ
ャリア供給層にプロセスダメージが導入されることが防
止され、素子特性が劣化することがない。
しては、Ti,Co,Ta,Ni,Pd,Pr,Hf,
Zr等の酸化物の生成エネルギーの大きな金属が好適で
あり、特に、酸化Ti膜を用いた場合には、パッシベー
ション膜を構成するSiN膜と同じF系ガスを用いたド
ライエッチング或いはウェットエッチングによって同時
にエッチング除去が可能になり、配線工程のプロセスが
簡素化される。、
体表面が、プロセスダメージの発生を伴う保護膜7で被
覆されていることを特徴とする。
面を金属酸化膜5,6で被覆しているので、緻密でパッ
シベーション膜として最適ではあるが、プロセスダメー
ジの発生を伴う保護膜7、典型的にはプラズマCVD膜
で被覆することが可能になる。
半導体層との間にトンネル電流が流れる程度の厚さの金
属酸化膜を介在させたことを特徴とする。
流れる厚さであれば、一部の電極2と半導体層との間、
典型的には、ゲート電極とキャリア供給層との間に、金
属酸化膜を介在させても良く、それによって、熱的に安
定なゲート電極を実現することができる。
本発明の第1の実施の形態の製造工程を説明する。 図2(a)参照 まず、半絶縁性InP基板11上に、MOVPE法を用
いて、厚さが、例えば、200nmのi型InAlAs
バッファ層12、厚さが、例えば、25nmのi型In
GaAsチャネル層13、厚さが、例えば、25nm
で、n型不純物濃度が、例えば、2×1018cm-3のn
型InAlAsキャリア供給層14、及び、厚さが、例
えば、50nmで、n型不純物濃度が、例えば、1×1
019cm-3のn+ 型InGaAsキャップ層15を順次
成長させる。なお、この場合のi型InGaAsチャネ
ル層13及びn+ 型InGaAsキャップ層15の混晶
比はIn0.53Ga0.47Asであり、また、i型InAl
Asバッファ層12及びn型InAlAsキャリア供給
層14の混晶比はIn0.52Al0.48Asである。
して、H3 PO4 +H2 O2 +H2Oからなるリン酸系
のエッチャントを用いて、i型InAlAsバッファ層
12が露出するまでエッチングして、素子分離溝17を
形成する。
ソース・ドレイン電極に対応する開口を有するレジスト
パターン(図示せず)を形成し、次いで、全面に、例え
ば、10nmのTi膜18、30nmのPt膜19、2
00nmのAu膜20、及び、2〜50nm、例えば、
4nmのTi膜を蒸着法によって順次堆積させ、次い
で、レジストパターンとともに不要なTi/Pt/Au
/Ti膜をリフトオフすることによってノンアロイオー
ミック接触によりオーミック電極を形成する。
よって、最上層のTi膜を酸化して酸化Ti膜21に変
換して、Ti膜18/Pt膜19/Au膜20からなる
とともに、表面が酸化Ti膜21で被覆されたソース・
ドレイン電極22とする。
においてはTi膜18/Pt膜19/Au膜20構造の
側面にも若干堆積するので、ソース・ドレイン電極22
の側面も酸化Ti膜21で覆われることになる。なお、
下層のTi膜18については、側面からの酸化はあまり
進行しないので問題はない。
トリセス領域に対応する開口を有するレジストパターン
23を設け、このレジストパターン23をマスクとし
て、クエン酸+H2 O2 +H2 Oからなるクエン酸系エ
ッチャントを用いてn+ 型InGaAsキャップ層15
を選択的に除去することによってゲートリセス領域24
を形成する。
電極を形成するための開口パターンを有するリフトオフ
用のレジストパターン(図示せず)を設けたのち、全面
に、例えば、10nmのTi膜25、10nmのPt膜
26、200nmのAu膜27、及び、2〜50nm、
例えば、4nmのTi膜を蒸着法によって順次堆積させ
たのち、レジストパターンとともにリフトオフすること
によって、不要なTi/Pt/Au/Ti膜を除去して
ショットキーバリア電極を形成する。
ことによって、最上層のTi膜を酸化して酸化Ti膜2
8に変換して、Ti膜25/Pt膜26/Au膜27か
らなるとともに、表面が酸化Ti膜28で被覆されたゲ
ート電極29とする。なお、Ti膜は堆積工程において
Au膜27の側面にも堆積するので、この酸化工程にお
いて、Au膜の側面も酸化Ti膜28で覆われることに
なる。
100nmのSiN膜30を全面に堆積させてパッシベ
ーション膜とする。
に対応する開口部を有するレジストパターン(図示せ
ず)を形成し、このレジストパターンをマスクとしてS
F6 を用いたドライエッチングを施すことによって、S
iN膜30及び酸化Ti膜21,28とを順次除去した
のち、1μmのAu膜を順次堆積させたのち、Arイオ
ンを用いたイオンミリングを施してAu配線31を形成
することによってHEMTが完成する。
施の形態においては、プラズマCVD法でSiN膜30
を堆積する工程の前に、ゲート電極29及びソース・ド
レイン電極22の表面を予め酸化Ti膜21,28で被
覆・保護しているので、ゲート電極29及びソース・ド
レイン電極22の最上層のAu膜20,27にプラズマ
工程に伴うプラズマダメージが導入されることがなく、
したがって、Au膜20,27の表面に高抵抗の変質層
が形成されることがない。
第2の実施の形態の製造工程を説明するが、酸化Ti膜
の製造工程が異なる以外は、上記の第1の実施の形態と
基本的に同一であるので、同じ工程に関しては説明は簡
単にする。 図4(a)参照 まず、上記の第1の実施の形態と全く同様に、半絶縁性
InP基板11上に、i型InAlAsバッファ層1
2、i型InGaAsチャネル層13、n型InAlA
sキャリア供給層14、及び、n+ 型InGaAsキャ
ップ層15を順次成長させ、次いで、レジストパターン
16をマスクとして、i型InAlAsバッファ層12
が露出するまでエッチングして、素子分離溝17を形成
する。
ソース・ドレイン電極に対応する開口を有するレジスト
パターン(図示せず)を形成し、次いで、全面に、例え
ば、10nmのTi膜18、30nmのPt膜19、及
び、200nmのAu膜20を蒸着法によって順次堆積
させたのち、レジストパターンとともに不要なTi/P
t/Au膜をリフトオフすることによってノンアロイオ
ーミック接触によりソース・ドレイン電極22を形成す
る。
ち、新たにゲートリセス領域に対応するレジストパター
ン23を設け、このレジストパターン23をマスクとし
て、クエン酸系エッチャントを用いてn+ 型InGaA
sキャップ層15を選択的に除去することによってゲー
トリセス領域24を形成する。
に、厚さが、2〜10nm、例えば、4nmのTi膜を
堆積させ、次いで、酸素プラズマ雰囲気に晒すことによ
って、Ti膜を酸化して酸化Ti膜32に変換して、ソ
ース・ドレイン電極22及び半導体層の露出表面を酸化
Ti膜32で被覆する。
するリフトオフ用のレジストパターン(図示せず)を設
けたのち、まず、SF6 ガスを用いたドライエッチング
を施すことによって、ゲート形成予定部の酸化Ti膜3
2を選択的に除去する。
膜25、10nmのPt膜26、200nmのAu膜2
7、及び、2〜50nm、例えば、4nmのTi膜を蒸
着法によって順次堆積させたのち、レジストパターンと
ともにリフトオフすることによって、不要なTi/Pt
/Au/Ti膜を除去してショットキーバリア電極を形
成する。
ことによって、最上層のTi膜を酸化して酸化Ti膜2
8に変換して、Ti膜25/Pt膜26/Au膜27か
らなるとともに、表面が酸化Ti膜28で被覆されたゲ
ート電極29とする。
VD法によって、厚さが、例えば、100nmのSiN
膜30を全面に堆積させてパッシベーション膜とする。
に接続するAu配線31を形成することによってHEM
Tが完成する。
いては、ソース・ドレイン電極22及びゲート電極29
以外に、n型InAlAsキャリア供給層14等の半導
体層の露出表面を酸化Ti膜28,32で予め覆ってい
るので、n型InAlAsキャリア供給層14等の半導
体層にプラズマダメージが導入されることがなく、した
がって、素子特性が劣化することがない。
施の形態のHEMTを説明するが、ゲート電極の形成の
前にゲート形成予定領域の酸化Ti膜を除去しない以外
は上記の第2の実施の形態と基本的に同一であるので、
説明は簡単にする。 図6参照 まず、上記の第2の実施の形態と全く同様に、図4
(a)乃至図4(c)の工程を行うことによって、ソー
ス・ドレイン電極22及び半導体の露出表面を酸化Ti
膜32で被覆する。
パターンを有するリフトオフ用のレジストパターン(図
示せず)を設けたのち、ゲート形成予定部の酸化Ti膜
32を除去することなく、全面に、Ti膜25、Pt膜
26、Au膜27、及び、Ti膜を蒸着法によって順次
堆積させ、次いで、レジストパターンとともにリフトオ
フすることによって、不要なTi/Pt/Au/Ti膜
を除去してショットキーバリア電極を形成する。
全く同様に、酸素プラズマ雰囲気に晒すことによって、
Ti膜25/Pt膜26/Au膜27からなるととも
に、表面が酸化Ti膜28で被覆されたゲート電極29
とする。
が、例えば、100nmのSiN膜30を全面に堆積さ
せてパッシベーション膜としたのち、ソース・ドレイン
電極22及びゲート電極29に接続するAu配線31を
形成することによってHEMTが完成する。
いては、ゲート電極29とn型InAlAsキャリア供
給層14との間に酸化Ti膜32を介在させているの
で、熱的に特性の変動しない安定なゲート電極29を実
現することができ、また、酸化Ti膜を除去する必要が
ないので、工程数を減らすことができる。
は、2〜10nmのTi膜を酸化して形成したものであ
るので、トンネル電流が流れる程度の膜厚であり、した
がって、ショットキーバリアゲート特性を保ったままと
なる。
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態においては、パッシベーション
膜として、プラズマCVD法によって成膜したSiN膜
を用いているが、SiN膜に限られるものではなく、プ
ラズマCVD法によって成膜したSiON膜或いはSi
O2 膜を用いても良いものである。
ズマダメージの発生を伴うプラズマCVD法を例に説明
しているが、プラズマCVD法に限られるものではな
く、例えば、窒素雰囲気或いは酸素雰囲気中でSiター
ゲットをスパッタリングする成膜方法等の他のプロセス
ダメージの発生を伴う成膜方法によりパッシベーション
膜を形成する場合にも適用されるものである。
i膜の酸化を酸素プラズマ中に晒すことによって行って
いるが、高温工程を伴わない酸化方法であれば良く、T
i膜自体は薄いので、極端な場合には、自然酸化を利用
しても良いものである。
ラズマダメージからAu層を保護する保護膜として、S
iN膜と同時にF系ガスによってドライエッチングが可
能な酸化Ti膜を用いているが、酸化Ti膜に限られる
ものではなく、Co,Ta,Ni,Pd,Pr,Hf,
Zr等の酸化物の生成エネルギーの大きな金属の酸化膜
を用いても良いものである。
は、InP系HEMTとして説明しているが、InP系
HEMTに限られるものではなく、GaAs系HEMT
やMESFET等の他の電界効果型化合物半導体装置に
も適用されるものである。
他の化合物半導体装置にも適用されるものであり、要す
るに、電極として最上層がAu膜で構成される電極を設
けるとともに、パッシベーション膜としてプロセスダメ
ージの発生を伴う保護膜を設けている半導体装置に適用
されるものである。
生を伴うが緻密性の高い優れたパッシベーション膜を設
ける前に、少なくとも電極の最上層を最上層を構成する
金属と異なった金属の金属酸化膜で被覆・保護している
ので、電極の表面に高抵抗な変質層が形成されることな
く、配線との間のコンタクト不良が発生することがな
く、ひいては、電界効果型化合物半導体装置の高性能
化、信頼性の向上に寄与するところが大きい。
程の説明図である。
程の説明図である。
程の説明図である。
程の説明図である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 電極、または、電極と半導体表面の双方
のいずれかを、前記電極の最上層を構成する金属と異な
った金属を構成元素とする金属酸化膜によって被覆した
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 上記電極表面と半導体表面とがプロセス
ダメージの発生を伴う保護膜で被覆されていることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 上記電極と配線との接続部において、上
記金属酸化膜が欠如していることを特徴とする請求項1
または2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 上記一部の電極と半導体表面との間に、
トンネル電流が流れる膜厚の上記金属酸化膜を介在させ
たことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記
載の半導体装置。 - 【請求項5】 上記金属酸化物を構成する金属が、T
i、Co、Ta、Ni、Pd、Pr、Hf、または、Z
rのいずれか一つであることを特徴とする請求項1乃至
4のいずれか1項に記載の半導体装置。
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---|---|---|---|
JP2000192112A JP4606552B2 (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | 半導体装置 |
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JP2000192112A JP4606552B2 (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | 半導体装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=18691287
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---|---|---|---|
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