JP3180501B2 - 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Info
- Publication number
- JP3180501B2 JP3180501B2 JP07897493A JP7897493A JP3180501B2 JP 3180501 B2 JP3180501 B2 JP 3180501B2 JP 07897493 A JP07897493 A JP 07897493A JP 7897493 A JP7897493 A JP 7897493A JP 3180501 B2 JP3180501 B2 JP 3180501B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- ohmic electrode
- layer
- compound semiconductor
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
成方法に関し、特に、III-V族化合物半導体基体に対す
るオーミック電極の形成方法に関する。
イスの高性能化や信頼性の向上を図る上で、オーミック
電極の接触抵抗の低減や熱安定性の向上は重要な課題で
ある。しかしながら、化合物半導体、特にGaAs系半
導体などのIII-V族化合物半導体に対するオーミック電
極は、上記の要求を満足するものが得られていないのが
現状である。
ク電極として実用化または提案されているものを大きく
分けると次の3通りに分類することができる。すなわ
ち、分類1のオーミック電極は、オーミック金属として
GaAs系半導体に対してドナー不純物となる元素を含
むものを用い、熱処理によりその元素を半導体中に拡散
させて高不純物濃度のn型領域を電極金属と半導体との
界面に形成し、トンネル効果などによりオーミック接触
を得るものである。分類2のオーミック電極は、オーミ
ック金属として、低エネルギー障壁の中間層を形成する
元素を含むものを用い、熱処理により電極金属と半導体
との間に低エネルギー障壁の中間層を形成し、キャリア
が流れる部分のエネルギー障壁の高さを低下させること
によりオーミック接触を得るものである。分類3のオー
ミック電極は、オーミック金属として、熱処理によりG
aAs系半導体と反応し、かつ半導体の再成長層を形成
する元素とGaAs系半導体に対してドナー不純物とな
る元素とを含むものを用い、熱処理により再成長層を形
成するとともにその再成長層を高不純物濃度のn型化
し、トンネル効果などによりオーミック接触を得るもの
である。
7に示す。この例においては、図7Aに示すように、n
+ 型GaAs基板101上にオーミック金属としてAu
Ge/Ni薄膜102を形成した後、400〜500℃
で熱処理を行うことにより、図7Bに示すようにオーミ
ック電極を形成する。図7Bにおいて、符号103はn
++型GaAs層、104はNiAsとβ−AuGaとが
混在する層を示す。
ク電極は、熱安定性が悪いという問題がある。すなわ
ち、この場合には、オーミック金属としてのAuGe/
Ni薄膜102中に多量に含まれているAu(通常用い
られるAuGe中には88%のAuが含まれている)が
400℃以上の温度の熱処理によりn+ 型GaAs基板
101と反応することにより層104中にβ−AuGa
が形成されるため、オーミック電極の接触抵抗が大幅に
増大する。その結果、オーミック電極形成後に行われる
化学気相成長(CVD)などの高温プロセスによりデバ
イス特性の劣化が引き起こされる。また、n+ 型GaA
s基板101とAuGe/Ni薄膜102中のAuとの
反応によりβ−AuGaが形成されることにより、オー
ミック電極の表面の面荒れが生じ、これが後の微細加工
を行う上で問題となっている。
n++型GaAs層103の薄層化やFETなどのデバイ
スの微細化に対応することができないという問題もあ
る。すなわち、n++型GaAs層103は熱処理時の拡
散によって形成されることにより、その深さや横方向
(基板に平行な方向)の広がりは熱処理の温度および時
間のみによって決まる。このため、このn++型GaAs
層103の深さや横方向の広がりを制御することはでき
ない。この結果、デバイスの高性能化や微細化のために
n++型GaAs層103の薄層化やオーミック電極間の
距離の短縮を図ることは困難である。
上述の分類1の代表例によるオーミック電極の形成にお
いてAuGe/Ni薄膜102を用いていることによる
問題点、すなわちオーミック電極の熱安定性や電極表面
の面荒れを改善するために提案されたものである。
8に示す。この例においては、図8Aに示すように、n
+ 型GaAs基板201上にオーミック金属としてNi
In薄膜202およびW薄膜203を順次形成した後、
900℃程度の高温で1秒程度熱処理を行うことによ
り、図8Bに示すようにオーミック電極を形成する。図
8Bにおいて、符号204はInGaAs(より正確に
はInx Ga1-x Asと書かれるがこのように略記する
ものとする。以下同様。)層、205はNi3 In薄膜
を示す。この場合には、熱処理によりn+ 型GaAs基
板201とNiIn薄膜202中のInとの反応が起き
て低エネルギー障壁の中間層としてInGaAs層20
4が形成されることにより、エネルギー障壁の実効的な
高さが低下してオーミック接触が得られる。この図8B
に示すオーミック電極は、図7Bに示す分類1のオーミ
ック電極におけるβ−AuGaのような低融点の化合物
を含まないことにより、400℃、100時間程度の熱
処理によってもオーミック電極の接触抵抗が安定である
ことが報告されている。
ク電極は、オーミック接触を得るために900℃程度の
高温の熱処理を必要とするため、JFET(接合ゲート
FET)やHEMT(高電子移動度トランジスタ)など
のような900℃以下の温度でゲートやチャネルを形成
するデバイスには用いることはできない。このため、こ
のオーミック電極は、プロセスウィンドウが小さく、適
用可能なデバイスが少ないという問題がある。
9に示す。この例においては、図9Aに示すように、n
+ 型GaAs基板301上にオーミック金属としてPd
薄膜302およびGe薄膜303を順次形成した後、3
25〜375℃、30分程度の熱処理を行うことによ
り、図9Bに示すようにオーミック電極を形成する。図
9Bにおいて、符号304はn++型GaAs層、305
はPdGe薄膜を示す。この場合には、熱処理中に、ま
ずn+ 型GaAs基板301よりGaAsの再成長層が
形成され、この再成長層中にGe薄膜303からGeが
拡散することによりn++型GaAs層304が形成さ
れ、オーミック接触が得られる。
長したn++型GaAs層304の厚さはオーミック金属
としてのPd薄膜302やGe薄膜303の厚さを変え
ることにより制御することができるため、このn++型G
aAs層304の薄層化を図ることができるとともに、
オーミック電極間の距離の短縮を図ることも可能であ
る。しかしながら、この図9Bに示すオーミック電極
は、熱安定性に大きな問題を有している。
ミック電極の諸特性を表1にまとめて示す。
GaAs系半導体に対するオーミック電極はいずれも不
満足なものであるため、実用上満足しうる特性を有する
オーミック電極の実現が望まれていた。
導体その他のIII-V族化合物半導体基体に対する実用的
に満足しうる特性を有するオーミック電極の形成方法を
提供することにある。
に、この発明によるオーミック電極の形成方法は、III-
V族化合物半導体基体上にNi薄膜、In薄膜およびG
e薄膜を順次形成する工程と、Ni薄膜、In薄膜およ
びGe薄膜が形成されたIII-V族化合物半導体基体を熱
処理する工程とを有することを特徴とする。
例えばGaAs、AlGaAs、InGaAsなどから
成る基板または層が含まれる。また、このIII-V族化合
物半導体基体がn型である場合、このIII-V族化合物半
導体基体中にはドナー不純物として、例えばSi、G
e、Te、Snなどが含まれる。これらのドナー不純物
は、例えばイオン注入、液相エピタキシー(LPE)、
分子線エピタキシー(MBE)、有機金属気相エピタキ
シー(MOVPE)などの方法によりIII-V族化合物半
導体基体中に導入される。
ばGaAs、AlGaAs、InGaAsなどから成る
層が含まれる。この発明の好適な一実施態様において、
この再成長III-V族化合物半導体層の不純物濃度はIII-
V族化合物半導体基体の不純物濃度よりもはるかに高
い。また、この発明の好適な一実施態様において、この
再成長III-V族化合物半導体層はIII-V族化合物半導体
基体と結晶格子が整合している。この再成長III-V族化
合物半導体層と金属または金属間化合物との間のエネル
ギー障壁の高さは、III-V族化合物半導体基体と金属ま
たは金属間化合物との間のエネルギー障壁の高さと同一
であるかまたはそれよりも低い。この再成長III-V族化
合物半導体層は、例えば、III-V族化合物半導体基体上
にこのIII-V族化合物半導体基体に対してドナー不純物
となる元素、例えばNi、Co、Pd、Ptなどのよう
な金属から成る薄膜を真空蒸着やスパッタなどの方法に
より形成した後に熱処理を行って再成長を起こさせるこ
とにより形成することができる。また、この再成長III-
V族化合物半導体層は、III-V族化合物半導体基体上に
MBEやMOVPEなどの方法によりIII-V族化合物半
導体層を直接エピタキシャル成長させ、このIII-V族化
合物半導体層上にIII-V族化合物半導体基体に対してド
ナー不純物となる元素、例えばNi、Co、Pd、Pt
などのような金属から成る薄膜を真空蒸着やスパッタな
どの方法により形成した後に熱処理を行って再成長を起
こさせることにより形成することもできる。
As、InGaAsなどのIII-V族化合物半導体から成
る層が含まれる。この発明の好適な一実施態様におい
て、この半導体層は再成長III-V族化合物半導体層と結
晶格子が整合している。この半導体層と金属または金属
間化合物との間のエネルギー障壁の高さは、再成長III-
V族化合物半導体層と金属または金属間化合物との間の
エネルギー障壁の高さよりも低い。また、この半導体層
には、ドナー不純物として例えばSi、Ge、Te、S
nなどの金属が含まれていてもよい。この半導体層は、
例えば、III-V族化合物半導体基体上にNi、Co、P
d、Ptなどのような金属から成る薄膜を形成し、その
上にエネルギー障壁の高さを低下させる元素、例えばI
nから成る薄膜を真空蒸着やスパッタなどの方法により
形成した後に熱処理を行って再成長III-V族化合物半導
体層上に再成長させることにより形成することができ
る。また、この半導体層は、再成長III-V族化合物半導
体層上にMBEやMOVPEなどの方法により直接エピ
タキシャル成長させることもできる。
好適には電気抵抗率が十分に低く、また、800℃以上
の融点を有する。この金属または金属間化合物から成る
薄膜には、例えば、WやTaなどの単体金属から成るも
のや、NiGe、NiSi、WSi2 などの二元系の金
属間化合物、さらには三元系の金属間化合物から成るも
のなどが含まれる。この金属または金属間化合物から成
る薄膜は、例えば、III-V族化合物半導体基体上にN
i、Co、Pd、Ptなどのような金属から成る薄膜を
形成し、その上に例えばInから成る薄膜を形成し、さ
らにその上にGeなどから成る薄膜を形成した後に熱処
理を行うことにより半導体層上に形成することができ
る。また、この金属または金属間化合物から成る薄膜
は、半導体層上に真空蒸着やスパッタなどの方法により
形成することもできる。
は、好適には電気抵抗率が十分に低い金属、例えばA
l、Au、Au/Tiなどから成る薄膜を形成してもよ
い。
ック電極の形成方法によれば、実用上デバイスに要求さ
れる特性、すなわち熱安定性、低接触抵抗、低膜抵抗、
表面の平坦性、短拡散距離などを満足するオーミック電
極を容易に形成することができる。
照しながら説明する。
に、n+ 型GaAs基板1上に、このn+ 型GaAs基
板1より再成長したn++型再成長GaAs層2、InG
aAs層3およびNiGe薄膜4が順次積層された構造
のオーミック電極が形成されている。
のエネルギーバンド図を示す。図2中、Ec およびEv
はそれぞれ伝導帯の下端のエネルギーおよび価電子帯の
上端のエネルギー、EF はフェルミエネルギーを示す。
図2からわかるように、n++型再成長GaAs層2とN
iGe薄膜4との間にInGaAs層3が形成されてい
ることにより、n++型再成長GaAs層2とNiGe薄
膜4との間のエネルギー障壁の高さは実効的に低下して
いる。
例によるオーミック電極の形成方法について説明する。
s基板1上にフォトレジストを塗布した後、このフォト
レジストをフォトリソグラフィー法によりパターニング
し、形成すべきオーミック電極に対応する部分に開口を
有するレジストパターン5を形成する。このフォトリソ
グラフィーにおける露光は、例えば縮小投影露光装置
(いわゆるステッパー)のような光学式露光装置を用い
て行われる。なお、このレジストパターン5の形成は、
電子線レジストと電子ビームリソグラフィー法とを用い
て行うようにしてもよい。
タや真空蒸着などの方法により、Ni薄膜6、In薄膜
7およびGe薄膜8を順次全面に形成する。この場合、
レジストパターン5の厚さは、これらのNi薄膜6、I
n薄膜7およびGe薄膜8の合計の厚さよりも十分に大
きくなるように選ばれている。
膜7およびGe薄膜8が形成されたn+ 型GaAs基板
1を例えばアセトンのような有機溶剤に浸けてレジスト
パターン5を溶解除去することにより、このレジストパ
ターン5上に形成されたNi薄膜6、In薄膜7および
Ge薄膜8を除去する。これによって、図3Cに示すよ
うに、レジストパターン5の開口部におけるn+ 型Ga
As基板1上にのみNi薄膜6、In薄膜7およびGe
薄膜8が残される。
Ge薄膜8が形成されたn+ 型GaAs基板1を、例え
ばRTA(Rapid Thermal Annealing)法や一般的な電気
炉による方法により、例えばN2 ガス雰囲気中において
例えば400〜800℃の温度で例えば数秒〜数分間熱
処理を行う。この熱処理により、図1に示すように、n
+ 型GaAs基板1よりGaAs層が再成長するととも
にこのGaAs層にNiが拡散することによりn++型再
成長GaAs層2が形成され、また、このn++型再成長
GaAs層2上にInとGaAsとの反応によりInG
aAs層3が形成され、さらに、このInGaAs層3
上にNiとGeとの反応によりNiGe薄膜4が形成さ
れる。
電極が形成される。
処理をRTA法により行い、そのときの熱処理温度を5
00℃から730℃まで変えたときのオーミック電極の
接触抵抗の変化を図4に示す。ただし、測定に用いた試
料においては、Ni薄膜6、In薄膜7およびGe薄膜
8は電子ビーム蒸着法により形成し、これらのNi薄膜
6、In薄膜7およびGe薄膜8の厚さはそれぞれ60
nm、3nmおよび100nmとした。なお、熱処理を
行う前におけるNi薄膜6、In薄膜7およびGe薄膜
8を透過型電子顕微鏡により観察した結果、In薄膜7
はNi薄膜6とGe薄膜8との界面に存在していること
が確認された。
℃前後の温度で行うことにより、良好な接触抵抗が得ら
れる。この700℃前後の温度で熱処理を行うことによ
り形成されたオーミック電極を透過型電子顕微鏡により
観察した結果、NiとGeとの反応により形成されたN
iGe薄膜が最上面に形成され、このNiGe薄膜とn
++型再成長GaAs層との間に低エネルギー障壁を有す
るInGaAs層が形成されていることが観察された。
また、n++型再成長GaAs層とInGaAs層との界
面近傍におけるn++型再成長GaAs層には多くの筋が
観察されたが、これらの筋は低温で形成されたNiGa
As層からGaAs層およびInGaAs層が再成長し
たときに発生した格子欠陥である。
により700℃で熱処理を行うことによりオーミック電
極を形成した後、試料を400℃で熱処理したときのオ
ーミック電極の接触抵抗の経時変化、すなわちオーミッ
ク電極の熱安定性を測定した結果を示す。図5から明ら
かなように、オーミック電極形成後に400℃で1時間
以上熱処理を行っても、接触抵抗の変化はほとんど見ら
れない。
ク電極形成用のNi薄膜6およびGe薄膜8の厚さをそ
れぞれ60nmおよび100nmに固定し、In薄膜7
の厚さを変えたときのオーミック電極の接触抵抗の変化
を示す。ただし、オーミック電極を形成するための熱処
理はRTA法により700℃で行った。図6から明らか
なように、In薄膜7の厚さを3nm以上にすることに
より、接触抵抗の値は急激に低下し、接触抵抗が改善さ
れる。このことから、オーミック電極形成用の膜中にI
n薄膜7を含ませて低エネルギー障壁を有するInGa
As層を形成することがオーミック電極の接触抵抗を改
善する上で重要であることがわかる。
+ 型GaAs基板1上に、Ni薄膜6、In薄膜7およ
びGe薄膜8を所定パターンで形成し、その後に400
〜800℃の温度で熱処理を行うことにより、図1に示
すように、n+ 型GaAs基板1上に、n++型再成長G
aAs層2、InGaAs層3およびNiGe薄膜4が
順次積層された構造のオーミック電極を形成することが
できる。このオーミック電極は、熱安定性や表面の平坦
性が良好であり、低接触抵抗、低膜抵抗、短拡散距離で
あり、さらにはその形成に必要なプロセスも簡単であ
り、GaAsに対するオーミック電極として極めて優れ
たものである。
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
オーミック電極の形成方法においては、オーミック電極
に対応した形状のNi薄膜6、In薄膜7およびGe薄
膜8をいわゆるリフトオフ法により形成したが、このオ
ーミック電極に対応した形状のNi薄膜6、In薄膜7
およびGe薄膜8は、n+ 型GaAs基板1の全面にN
i薄膜6、In薄膜7およびGe薄膜8を順次形成した
後にこれらのNi薄膜6、In薄膜7およびGe薄膜8
をエッチング法によりオーミック電極の形状にパターニ
ングすることにより形成するようにしてもよい。
GaAs基板1に対するオーミック電極にこの発明を適
用した場合について説明したが、例えばエピタキシャル
成長などにより形成されたn+ 型GaAs層に対するオ
ーミック電極にこの発明を適用することも可能である。
ミック電極の形成方法によれば、III-V族化合物半導体
基体に対する実用的に満足しうる特性を有するオーミッ
ク電極を容易に形成することができる。
す断面図である。
ネルギーバンド図である。
成方法を説明するための断面図である。
触抵抗の熱処理温度依存性の測定結果の一例を示すグラ
フである。
安定性の測定結果の一例を示すグラフである。
触抵抗のオーミック電極形成用のIn薄膜の厚さ依存性
の測定結果の一例を示すグラフである。
断面図である。
の断面図である。
るための断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 III-V族化合物半導体基体上にNi薄
膜、In薄膜およびGe薄膜を順次形成する工程と、 上記Ni薄膜、上記In薄膜および上記Ge薄膜が形成
された上記III-V族化合物半導体基体を熱処理する工程
とを有することを特徴とするオーミック電極の形成方
法。 - 【請求項2】 上記III-V族化合物半導体基体はGaA
s、AlGaAsまたはInGaAsから成ることを特
徴とする請求項1記載のオーミック電極の形成方法。 - 【請求項3】 上記III-V族化合物半導体基体よりGa
As、AlGaAsまたはInGaAsから成るIII-V
族化合物半導体層が再成長することを特徴とする請求項
1または2記載のオーミック電極の形成方法。 - 【請求項4】 上記熱処理の温度は400〜800℃で
あることを特徴とする請求項1、2または3記載のオー
ミック電極の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07897493A JP3180501B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | オーミック電極の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07897493A JP3180501B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | オーミック電極の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06267887A JPH06267887A (ja) | 1994-09-22 |
JP3180501B2 true JP3180501B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=13676881
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07897493A Expired - Fee Related JP3180501B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | オーミック電極の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3180501B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0789387B1 (en) * | 1995-08-24 | 2001-11-21 | Sony Corporation | Laminate and process for forming ohmic electrode |
CN102306626B (zh) * | 2011-09-09 | 2013-06-12 | 电子科技大学 | 半导体异质结场效应晶体管栅结构的制备方法 |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP07897493A patent/JP3180501B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
J.Appl.Phys.Vol.72,No.9(1992−11)p.4183−4190 |
Proc.Jpn.Congr.Mater.Res.Vol.34(1991)p.41−53 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06267887A (ja) | 1994-09-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3330218B2 (ja) | 半導体装置の製造方法,及び半導体装置 | |
GB2024506A (en) | Ohmic contacts to n-type group iii-v semiconductors | |
JP2003209124A (ja) | 電界効果半導体素子の製造方法及び電界効果半導体素子 | |
JP3584481B2 (ja) | オーミック電極の形成方法およびオーミック電極形成用積層体 | |
JP4048284B2 (ja) | オーミック電極形成用積層体およびオーミック電極 | |
JP3147036B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
KR100403206B1 (ko) | 오믹전극과그형성방법및반도체장치 | |
JP3180501B2 (ja) | オーミック電極の形成方法 | |
JPH11274468A (ja) | オーミック電極およびその形成方法ならびにオーミック電極形成用積層体 | |
JP2904156B2 (ja) | オーミック電極の製造方法 | |
JPH0329302B2 (ja) | ||
JP2624642B2 (ja) | 半導体装置の製法 | |
JP3256941B2 (ja) | 化合物半導体の表面処理方法 | |
JP2708492B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP3093495B2 (ja) | 3−5族化合物半導体電界効果トランジスタ | |
JP3214425B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2890885B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP3768348B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JPS6143443A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JPH06232168A (ja) | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 | |
JPH05217937A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2000077652A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JPH03108325A (ja) | オーム性電極の製造方法 | |
JPH0354851B2 (ja) | ||
JPH05166844A (ja) | ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080420 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090420 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090420 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100420 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100420 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120420 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |