JP2599432B2 - オーミック電極の形成方法 - Google Patents

オーミック電極の形成方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、n型GaAs基板にオーミック電極を形成す
る方法に関するものである。
〔従来の技術〕
化合物半導体素子に電極を形成する方法として、オー
ミック電極形成技術がある。金属と半導体とを接触させ
たとき、界面でのキャリアの再結合速度が非常に速い
場合、ショットキー障壁が十分低い場合、キャリア
がトンネルできるほど障壁が十分薄い場合はオーミック
接触になる(LSIハンドブック、電子通信学会編、p.71
0)。このオーミック接触の最も一般的な方法として、
合金化法(alloyed ohmic contact)がある。これは、
幾種かの合金を被着し、熱処理により半導体と合金化さ
せオーミックにするもので、ベース金属としてAu、Ag、
Inなどを用い、ドーパントとしてn形には、Si、Ge、S
n、Se、Teを、p形には、Zn、Cd、Be、Mgを添加したも
のが多く使用されている。この中でも特に、n型GaAs基
板にAu、Ge、Niを形成するオーミック電極は最もよく使
用される。
この種のオーミック電極は、基板上に形成される薄膜
の種類により、 GaAs基板上にAuGe薄膜、その上にNi
薄膜を形成した2層構造(以下、「N/AuGe/GaAs系」と
いう。)電極、 GaAs基板上にAuGeNi薄膜、その上に
Ni薄膜を形成した2層構造(以下、「Ni/AuGeNi系」と
いう。)電極、 GaAs基板上にNi薄膜、その上にGe薄
膜、さらにAu薄膜を形成した3層構造(以下、「Au/Ge/
Ni系」という。)電極、 GaAs基板上にGe薄膜、その
上にAu薄膜、さらにNi薄膜を形成した3層構造(以下、
「Ni/Au/Ge系」という。)電極、の4種類に大別でき
る。
以下、この中でよく使用されているNi/AuGe/GaAs系電
極について説明する。AuGeの共晶温度は356℃、AuGaの
共晶温度は341℃なので、この温度で液層が形成され
る。GaAs表面には自然酸化膜が存在するため、分解が起
こるのは自然酸化膜が除去された部分に限られ、この濡
れた部分にAuGe溶液が凝集し、いわゆるボールアップと
呼ばれる不規則な合金化が進行する。Niは、この不規則
な合金化を防ぐために添加されている。Niは、GaAsと強
い固相反応を持つため、NiがGaAs界面に拡散し、GaAsを
固相で分解してNiAs、β−AuGaを形成する。この固相反
応で自然酸化膜が除去されるため、ボールアップを生じ
ない。高濃度層形成は、GaAs表面へのGeの拡散によって
なされる(LSIハンドブック、電子通信学会編、p.71
0)。
第3図は、従来の電極形成方法を示すものである。ま
ず、化合物半導体としてGaAs基板1上にAuGe薄膜2を真
空蒸着で形成する(ステップ101)。さらに、このAuGe
薄膜2上にNi薄膜3を真空蒸着で形成する(ステップ10
2)。次に、以上の工程で形成されたAuGe薄膜2およびN
i薄膜3を、350℃以上で加熱することにより(ステップ
103)、オーミック接合を形成し(ステップ104)、Ni/A
uGeから成るオーミック電極4が形成される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来の電極形成方法はn型GaAs基板に
Geを十分かつ均一に拡散することができず、オーミック
電極接触抵抗が増大しやすいという欠点があった。例え
ば、Ni/AuGe/GaAs系電極では、Geの濃度が低いので、接
触抵抗が大きくなる。Ni/AuGeNi系電極は、Niが量的に
多すぎるので、Geの拡散がNiによって妨げられる。Au/G
e/Ni系電極及びNi/Au/Ge系電極は、合金化温度である45
0℃以上で、それぞれ高融点である3種の金属を溶かさ
なければならないので、半導体基板に悪影響を与える。
そこで、この発明はn型GaAs基板へのGe拡散を均一か
つ十分に行える電極形成方法を提供することにより、オ
ーミック電極の接触抵抗を減少することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明によるオーミック電
極の形成方法は、n型GaAs基板上に厚さ50乃至100オン
グストロームのゲルマニウム(Ge)薄膜を形成し、Ge薄
膜上に金ゲルマニウム(Au−Ge)薄膜を形成し、Au−Ge
薄膜上にニッケル(Ni)薄膜を形成した後、Ge薄膜、Au
−Ge薄膜及びNi薄膜を加熱して合金化処理を行うことを
特徴とする。
この場合、Au−Ge薄膜を500乃至2000オングストロー
ムで形成し、Ni薄膜を100乃至500オングストロームで形
成し、Ge薄膜、Au−Ge薄膜及びNi薄膜を420℃乃至430℃
で30秒乃至2分間加熱すると好ましい。
〔作用〕
この発明は、以上のように構成されているので、GaAs
基板上に順次形成されたGe薄膜、およびAu−Ge薄膜中の
Geが、加熱合金化によりGaAs基板中へ均一かつ十分に拡
散される。
なお、Ge薄膜を形成する際、膜厚を50オングストロー
ム未満にすると、薄膜が薄くなり過ぎ膜厚の制御が困難
になる。また、100オングストロームを越えると、接触
抵抗が増加し実用性が悪くなる。
さらに、AuGe薄膜を形成する際、膜厚を500オングス
トローム未満にすると、薄膜が薄くなり過ぎ配線抵抗が
増大し断線しやすくなる。また、2000オングストローム
を越えると、合金化を十分に行うことができず、集積度
が悪くなる。
さらに、Ni薄膜を形成する際、膜厚を100オングスト
ローム未満にすると、AuとGeの共晶結合が形成され電極
の平坦性が悪くなる。また、500オングストロームを越
えると、集積度が悪くなり、Niの酸化により電極が劣化
しやすくなる。
さらに、上記薄膜を加熱する際、加熱温度が420〜430
℃の範囲を逸脱すると、接触抵抗が増加し、実用性が乏
しくなる。この場合、加熱時間が30秒未満になると、加
熱不十分により電極を形成することができなくなる。ま
た、2分を越えると、Geが界面を越えて中に入り込んで
しまうので、かえって接触抵抗が増加してしまう。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例に係るオーミック電極の形
成方法の一実施例を添付図面に基づき説明する。なお、
説明において同一要素には同一符号を用い、重複する説
明は省略する。
第1図は、この発明の一実施例を示すものである。ま
ず、GaAs基板1上にGe薄膜5を真空蒸着法で形成する
(ステップ201)。この場合、Ge薄膜5の膜厚が50オン
グストローム未満になると膜厚の制御が困難になり、10
0オングストロームを越えると接触抵抗が増加する。従
って、この膜厚は50〜100オングストロームの範囲で設
定することが望ましい。
そして、GaAs基板1上に形成したGe薄膜5上にAuGe薄
膜6を真空蒸着法で形成する(ステップ202)。この場
合、AuGe薄膜6の膜厚が500オングストローム未満にな
ると基板内にAuGeが入り込み配線抵抗が増加する。ま
た、2000オングストロームを越えると、集積度を向上さ
せることができなくなる。従って、この膜厚は500〜200
0オングストロームの範囲で設定することが望ましい。
次に、AuGe薄膜6上にNi薄膜7を真空蒸着法で形成す
る(ステップ203)。この場合、Ni薄膜7の膜厚が100オ
ングストローム未満になると電極の平坦性が悪くなり、
500オングストロームを越えると、集積度が悪くなり、
接触抵抗を下げることができなくなる。従って、この膜
厚は100〜500オングストロームの範囲で設定することが
望ましい。
このように、GaAs基板1上にGe薄膜5、AuGe薄膜6及
びNi薄膜7が形成された後、合金化温度で加熱する(ス
テップ204)。この場合、加熱温度は425±5℃の範囲で
設定することが望ましい。これは、この範囲外で加熱す
ると、いずれも接触抵抗の増加になるからである。
また、加熱時間は30秒〜2分の間で設定することが望
ましい。これは、短すぎると加熱不十分になり電極形成
が不可能になり、長すぎるとGeが拡散しすぎ接触抵抗の
増加につながるからである。
この加熱工程により、GaAs基板1上に3層構造のオー
ミック電極が形成される(ステップ205)。
なお、上記実施例において薄膜形成方法として真空蒸
着法を使用したが、この方法に限定されるものではな
い。例えば、スパッタリング法でもよい。
また、加熱工程をN2ガスあるいはArガス等の不活性ガ
ス雰囲気中で行うことにより、加熱用電極の酸化を防止
することができる。
次に、この実施例に係る実験結果を示す。この実験
は、Si+イオンを注入しアニールしたn型GaAs基板上
に、フォトリソグラフィ技術によりオーミック電極のパ
ターンを形成した。次に、Ge薄膜を50オングストロー
ム、AuGe薄膜を800オングストローム、Ni薄膜を300オン
グストロームで真空蒸着法によりオーミック金属を形成
した。このように形成された3層構造のオーミック金属
を、リフトオフ技術により所定形状の電極に形成した。
この後、ホットプレート上で、N2雰囲気の中で1分間加
熱した。この場合、温度は400℃から500℃の範囲で変化
させ、Ge薄膜の膜厚のみ100オングストロームにした同
一構造の電極を別個に形成した。
第2図は、上記実験結果を示すものであり、オーミッ
ク接触抵抗の合金化温度依存性を示すものである。この
実験では、50オングストロームのGe薄膜と100オングス
トロームのGe薄膜を使用したものを示しているが、いず
れも425℃付近で接触抵抗は最小値になっている。
〔発明の効果〕
この発明は、以上説明したように構成されているの
で、n型GaAs基板へのGe拡散を均一かつ十分にすること
ができる。その為、オーミック電極における接触抵抗を
最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例に係るオーミック電極の
形成方法を示す図、第2図は、この発明における加熱工
程のオーミック接触抵抗(Rc)の合金化温度依存性を示
す図、第3図は、従来技術に係るオーミック電極の形成
方法を示す図である。 1……GaAs基板 2……AuGe薄膜 3、7……Ni薄膜 4……オーミック電極 5……Ge薄膜 6……AuGe薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−9169(JP,A) 特開 平2−9170(JP,A) 特開 平2−9171(JP,A) 特開 昭50−90286(JP,A) 特開 昭58−207627(JP,A) 特開 昭59−211222(JP,A) 特開 昭60−245220(JP,A) 特開 平2−166770(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n型GaAs基板上に厚さ50乃至100オングス
    トロームのゲルマニウム(Ge)薄膜を形成し、 前記Ge薄膜上に金ゲルマニウム(Au−Ge)薄膜を形成
    し、 前記Au−Ge薄膜上にニッケル(Ni)薄膜を形成した後、 前記Ge薄膜、前記Au−Ge薄膜及び前記Ni薄膜を加熱して
    合金化処理を行うことを特徴とするオーミック電極の形
    成方法。
  2. 【請求項2】前記Au−Ge薄膜を500乃至2000オングスト
    ロームで形成し、 前記Ni薄膜を100乃至500オングストロームで形成し、 前記Ge薄膜、前記Au−Ge薄膜及び前記Ni薄膜を420℃乃
    至430℃で30秒乃至2分間加熱することを特徴とする請
    求項1記載のオーミック電極の形成方法。
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