JP2631369B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2631369B2
JP2631369B2 JP62011004A JP1100487A JP2631369B2 JP 2631369 B2 JP2631369 B2 JP 2631369B2 JP 62011004 A JP62011004 A JP 62011004A JP 1100487 A JP1100487 A JP 1100487A JP 2631369 B2 JP2631369 B2 JP 2631369B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体層の一主面にショットキー接合さ
れた金属層を有する半導体装置に関するものである。
〔従来の技術〕
この種半導体層の一主面にショットキー接合させた金
属層を有する半導体装置として接合形成電界効果トラン
ジスタがあり、接合形電解効果トランジスタとして例え
ばガリウム砒素電界効果トランジスタ(GaAsFET)及び
高電子移動度トランジスタ(HEMT)が知られている。第
2図は接合形電界効果トランジスタの一例を示す図であ
り第2図において、(1)はn型GaAsから成り、電界効
果形トランジスタの活性層となる半導体層で、HEMTにお
いてはn型AlGaAsであってもよい。(2)はこの半導体
層(1)の両主面にそれぞれショットキー接合されたAl
層(22)から成るゲート電極、(3)はソース電極
(4)よりドレイン電極(5)へ流れる電流を阻止する
空之層で、この空之層(4)の厚みはゲート電極(2)
に印加する電圧によって制御される。VDは上記ソース電
極(4)とドレイン電極(5)との間に接続された電
源、VGは上記ソース電極(4)とゲート電極との間に接
続される制御電源である。
この様に構成された半導体装置において、ゲート電極
(2)として一般にAl層(22)が使われている理由とし
ては次の2点が上げられる。
(i)Al層(22)は比抵抗が小さいため、電界効果コン
デンサの性能を劣化させる原因の1つであるゲート寄生
抵抗(Rg)が低減されること。
(ii)蒸着等によるゲート電極(2)の製造において、
Al層(22)は比較的容易に形成できること。しかるに、
Al層(22)を使ったゲート電極(2)の欠点としては、
次の2点が上げられる。
(i)純粋なAl層(22)はストレスマイグレーション
(stress migration)やエレクトロマイグレーション
(electoro migration)が生じやすく、このため熱スト
レスや電気的ストレスによってゲート電極(2)にボイ
ド(void)が発生し、この結果としてノンピンチオフ
(nonpinchoff)という根モードが発生しやすいこと。
(ii)半導体層(1)に対してAl層(22)は接触性が悪
いため、良好なショットキー特性を得ることが難しいこ
と。
このようにAl層(22)を使ったゲート電極(2)の欠
点を解決する手段として、Al層(22)に変えて前記スト
レスに強いAu層を使ったゲート電極(2)が考えられる
が、Au層はショットキー電極として熱的安定性がなく、
半導体層(1)と容易に反応して整流性を示さなくな
り、電界効果トランジスタとしての機能を果たさなくな
る。
以上の諸問題を考慮して、第3図に示すようなゲート
電極(2)として金属層を多層化したものが考えられて
いる。第3図において、第2図と同一符号は同一又は相
当部分である。(23)は半導体層(1)の主面にショッ
トキー接合されたチタン(Ti)層、(24)はTi層(23)
上面に直接形成された白金(Pt)層、(25)はPt層上面
に直接形成されたゲート寄生抵抗(Rg)の低減材及びス
トレスに対する強化材としての金(Au)層で、このAu層
(25)のAu原子が半導体層(1)へ侵入することをPt層
(24)により防がれているものである。このように、ゲ
ート電極(2)としてTi層(23),Pt層(24)及びAu層
からなる多層化した金属層としたものにあっても、第4
図に示すような蒸着の際のビームのずれ等により最上層
であるAu層(25)が各層(23)(24)の両側にも形成さ
れ、Au層(25)が半導体層(1)と直接接触し、Au層
(25)と半導体層(1)が反応して整流性を示さなくな
り、電界効果トランジスタとしての機能を示さなくなる
という問題点を有するものであった。また、Pt層(24)
は蒸気圧が高く蒸着が難しいので、製造上の難度が極め
て高いなどの問題がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上のように、従来の半導体装置においては、ゲート
寄生抵抗(Rg)が小さく、かつ半導体層(1)との接触
性が良く、かつストレスに強く、かつ製造が容易である
というすべての条件を兼ね備えたゲート電極(2)を持
つ半導体装置が実現できていなかった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、熱的ストレス及び電気的ストレスに対し
て極めて安定であるとともに、製造が容易でしかも信頼
性の高い半導体装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明における半導体装置は、n型GaAs又はn型Al
GaAs半導体層上にショットキー接合した厚さが10Å以上
100Å以下のニッケル層と、このニッケル層上面に直接
形成され、上記ニッケル層との接合部にニッケル・アル
ミニウム合金層が介在されるアルミニウム層とから成る
金属層を設けたものである。
〔作用〕
この発明における半導体装置は、金属層における厚さ
が10Å以上100Å以下のニッケル層がn型GaAs又はn型A
lGaAs半導体層とのショットキー接合状態を良好にし、
かつニッケル層上に直接形成されたアルミニウム層によ
り形成されるニッケル・アルミニウム合金層がストレス
に対して強くするという機能を果たすものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を接合形電界効果トランジ
スタについて第1図に従い説明する。第1図において、
従来装置と同一符号は同一又は相当部分である。(21)
は半導体層(1)の両主面にそれぞれ真空蒸着法等によ
りショットキー接合されたニッケル(Ni)層、(22)は
同様にしてNi層(21)上に直接形成されたアルミニウム
(Al)層で、上記Ni層(21)とでゲート電極(2)を構
成し、かつ熱処理を行なうことによって上記Ni層(21)
との接合部にニッケル・アルミニウム(Ni・Al)合金層
が形成されているものである。
このような構造のゲート電極(2)を有する半導体装
置においては、Ni層(21)の蒸気圧が低いので容易に蒸
着することができ、Ni層(21)が半導体活性層(1)と
良好にショットキー接合され、電界効果トランジスタの
機能を十分に果し得る。また、Ni層(21)とAl層(22)
との間にNi・Al合金層が介在させられているため熱的ス
トレス及び電気的ストレスに強いゲート電極(2)を得
ることができる。即ち、この発明は、Al層(22)の利点
を維持したまま、Al層(22)の欠点をAl層(22)と半導
体活性層(1)との間にNi層(21)を設けることにより
克服した半導体装置が得られることになるものである。
さらに、発明者等は、第1図に示した半導体装置の、
ゲート形成後、250℃〜300℃、10分程度の熱処理の前後
におけるオージュ(Auger)分析を行い、第5図(a)
(b)のような結果を得た。第5図(a)(b)からわ
かるように、Ni層(21)はAl層(22)と容易に反応する
ことによって同様の特性を示すようになり、熱的ストレ
ス及び電気的ストレスに強いNi・Al合金層を形成するこ
とがわかる。
また、発明者等は熱的ストレス及び電気的ストレスに
強いNi・Al合金層を作るのに必要なNi層(21)の厚みは
10Å以上であり、Ni層(21)の厚みは10Å以上で100Å
以下にすると純粋Al層(22)のみを使ったゲート電極
(2)と比べてゲート逆方向耐圧が2〜4V高耐圧を得る
ことができ、高温保存を1000時間以上施しても安定した
特性を示し、ノンピンチオフ不良を起こさないことも確
認している。この特性を、例えばNi層(21)の厚みを20
Åとした場合について、第6図に示す。第6図はHEMTの
高温保存による飽和ドレイン電流Idssの経時変化をしめ
すグラフである。なお、Ni層の厚みが100Åより厚い場
合、例えば厚みが150Åの場合について6図に示してい
るように、Idssはわずかな熱処理に対しても減少する傾
向を示し、ゲート形成直後(asーdepo)にはノーマリオ
ンであった素子が熱処理を施すことによってノーマリオ
フになる可能性があり、不安定な特性を示す。
この第6図の結果から判る様に、Ni層(21)の厚さは
10Å以上100Å以下にした場合、特に優れた特性が得ら
れるものである。
なお、上記実施例においては、接合形電界効果トラン
ジスタについて説明したか、半導体層と金属層とのショ
ットキー結合を利用したダイオードにおいて、金属層を
Ni層とAl層とからなるものとしても、同様の効果を奏す
るものである。
〔発明の効果〕 この発明は以上に述べたように、n型GaAs又はn型Al
GaAs主面にショットキー接合される金属層を有した半導
体装置において、金属層を、上記半導体層の主面にショ
ットキー接合される厚さが10Å以上100Å以下のニッケ
ル層と、このニッケル層の上面に形成され、ニッケル層
との接合部にニッケル・アルミニウム合金層が介在され
るアルミニウム層とからなるものとしたもので、n型Ga
As又はn型AuGaAs半導体層と金属層との間ですぐれたシ
ョットッキー特性を有し、しかも熱的,電気的ストレス
に対して強く、安定で信頼性の高い半導体装置が得られ
るという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による半導体装置を示す断
面図、第2図乃至第4図は従来の半導体装置を示す断面
図、第5図(a),(b)は熱処理前後での本発明の一
実施例による半導体装置のオージェ分析によるdepth pr
ofileを示すグラフ、第6図はこの発明の一実施例によ
る半導体装置のドレイン電流Idssの熱処理時間変化を示
すグラフである。 図において(1)は半導体層、(2)はゲート電極であ
る金属層、(21)はニッケル層、(22)はアルミニウム
層である。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n型GaAs又はn型AlGaAs半導体層の主面に
    ショットキー接合された厚さが10Å以上100Å以下のニ
    ッケル層と、このニッケル層の上面に直接形成され、か
    つ上記ニッケル層との接合部にニッケル・アルミニウム
    合金層が介在されるアルミニウム層とから成る金属層を
    備えた半導体装置。
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US07/426,183 US5045497A (en) 1987-01-19 1989-10-25 Method of making a schottky electrode

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