JP3418849B2 - 化合物半導体用オーム接触の製造方法 - Google Patents
化合物半導体用オーム接触の製造方法Info
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Description
導体のn形半導体層、特にGal−xAlxAsからな
るn形半導体層上にオーム接触を製造する方法であつ
て、アルミニウムの混合比(x)が0≦×≦1の範囲内
であるものに関する。
I−V族化合物半導体結晶GaAs及びGaAlAs用
のオーム接触としてAuGe及びAuGeNi共融合金
が主に使用される。接触層のゲルマニウム濃度が低く、
かつオーム接触の形成が合金化工程ではなく、熱処理に
よつて行われるとき、金ゲルマニウム接触層を用いて2
元n形化合物半導体ガリウムヒ素上に再現可能に均一な
接触を製造することができる。このような方法がドイツ
連邦共和国特許第4113969号明細書に記載されて
いる。熱処理された接触の比接触抵抗は、代表的には約
1×10−5Ωcm2である。
s用オーム接触としての金ゲルマニウム層に適した用途
は限られている。アルミニウム分の増加に伴い、蒸着A
uGe層の密着性が劣化し、かつその接触抵抗が上昇す
る。GaAlAsの表面に自然酸化皮膜が生成するの
で、アルミニウム混合比(x)が0≦×≦0.4の範囲
内にあるGal−xAlxAsについてのみ、金ゲルマ
ニウム接触の使用が可能となる。任意のアルミニウム混
合比を有するn形Gal−xAlxAs用の接触として
は金、ゲルマニウム及びニッケルからなる多層接触が好
適であることが知られている。ニツケルは合金化工程の
間に固体反応によつてGaAlAs表面上の自然酸化皮
膜を溶解して、NiAs、β−AuGa等の化合物を生
成する。文献に記録されたAuGeNi接触では、金ゲ
ルマニウムは共融合金AuGe(88/12)として形
成されるか、又は金とゲルマニウムとからなる離散層と
して形成される。第1の方法は、例えばApplied
Physic Letters54(8)、1989
年2月、721〜723頁と欧州公開特許第32355
4号明細書に記載されており、第2の方法は欧州公開特
許第419062号明細書に記載されている。引き続き
金/ゲルマニウム層上にニッケル層が形成される。ニツ
ケル層は、一般にAuGe(88/12)100nm当
たり約28nmに相当する厚さを有する。
なく、多くの場合100〜250nmの範囲にある。し
かし総厚が100nm以下に減少すると接触抵抗が上昇
する恐れがある。化合物半導体上に各層が形成される順
序は、層配列が後続の熱処理工程において溶解され、合
金化されるので、特別重要ではない。それ故に文献に
は、まずニツケル、次に金ゲルマニウムを化合物半導体
結晶上に形成して製造されるAuGeNi接触も記録さ
れている。合金化AuGeNi接触の層抵抗が高く、代
表的には約2Ω/スクエアであるので、通常は付加的な
金補強材が形成される。オーム接触を形成するためには
AuGeNi膜に熱処理を施す必要がある。その際の温
度は好ましくは360〜500℃である。AuGe(8
8/12)共融混合物の溶融温度が約360℃と低いの
で、この工程は合金化工程である。接触金属は加熱され
ると液化し、冷却されると再結晶化する。
する。合金化の制御は技術的に困難であり、劣化した形
態構造と不規則な周縁部とを有する接触を生じる。この
接触は離散ニツケル層を有するので、エツチング法によ
る構造化は不可能であるか、又は多大の経費をかけては
じめて可能となる。寸法安定性の維持の可能性はきわめ
て限られている。それ故公知のAuGeNi接触に対す
る構造化法としては、接触金属の不要部分をその下部に
あるフオトレジスト構造を利用して除去する技術(リフ
トオーフ法)が利用される。しかしこの方法は、一層簡
単かつ一層確実な方法が適用できない場合にのみ、大量
生産において利用される。
は、任意の混合比(x)を有する化合物半導体Gal−
xAlxAsのn形半導体層上にオーム接触を製造する
方法を示すことであり、その際オーム接触は簡単なエツ
チング法によつて構造化可能でなければならない。上記
接触は更に接触抵抗が低く、不均一性が除去されていな
ければならない。
本発明によれば、金属接触層がAuGeNiからなり、
そのゲルマニウム分とニツケル分がそれぞれ1重量%を
超えないことによつて解決される。本方法の更なる展開
は従属請求項の特徴にしたがつて行われる。
eNi皮膜を蒸着させるか、陰極スパツタリングによつ
てスパツタする。AuGeNi皮膜は1重量%未満のゲ
ルマニウムと1重量%未満のニツケルを含有している。
引き続きAuGeNi皮膜上に金補強材を形成する。好
ましくはこの工程は酸化膜の生成を防止するために、下
層を形成したのと同じ工程によつて行われる。従来の合
金化工程の代わりに、本方法は短時間熱処理による熱処
理を含み、急速熱処理(RTP)又は炉内の従来の熱処
理工程による熱処理も含んでいる。熱処理の間に、Au
GeNi皮膜は合金化工程におけるような液化とそれに
続く再結晶とを生じない。オーム接触は固体反応によつ
てゲルマニウム原子がAuGeNi層からIII−V族
化合物半導体のn形層の表面に拡散することによつて生
じる。この接触は簡単に製造され、ゲルマニウム及びニ
ツケルの濃度が低いので、半導体技術において一般的な
金エツチング法によつて難なく残さいなしに構造化する
ことができる。
を詳しく説明する。
アルミニウム混合比x(0≦x≦1)のGaAlAsの
n形半導体層上にオーム接触を製造する方法の流れ図を
示す。この方法は、半導体結晶の前面上に第1及び第2
金属層を形成するための各1つの工程と、オーム接触を
生成するための熱処理工程とを含んでいる。本方法の第
1工程において、AuGeNi層2は電子線によつて加
熱されるAuGeNi源からの熱蒸発によるか、又はA
uGeNiターゲツトの陰極スパツタリングによつて、
III−V族化合物半導体結晶1上に形成される。本方
法の第2工程において、Au層3は同じ方法に基づいて
AuGeNi層2上に形成される。蒸着又は陰極スパツ
タリングは約2×10−7mbarのベース圧力におい
て行われる。
す。金属半導体接触は2つの層、即ちAuGeNi層2
とAu層3とからなる。AuGeNi層2はn形III
−V族化合物半導体1の直上にあり、厚さが50〜20
0nmである。AuGeNi層中のゲルマニウム濃度は
約0.4重量%であり、1重量%を超えてはならない。
ニツケル濃度は約0.5重量%であり、やはり1重量%
を超えてはならない。AuGeNi層上には厚さ250
〜1000nmのAu層3がある。
ム接触層を生成するために、430〜480℃の温度で
5〜20秒間、いわゆる急速熱処理によつて熱処理され
る。熱処理工程は、例えばN2又はAr等の不活性ガス
の不活性雰囲気中で行われる。オーム接触はゲルマニウ
ム原子がAuGeNi層2からn形III−V族化合物
半導体1の表面に拡散することによつて生じる。この方
法において特に重要なことは、接触層が溶融して合金化
接触の方から公知の不均一性が生じることのないよう
に、熱処理工程の時間及び温度を選択することである。
実施することができる。この場合、プロセス温度は36
0〜390℃である。熱処理工程の持続時間は40分〜
3時間である。この場合にも、温度と時間は接触層が溶
融しないように選択されている。従来の工程による熱処
理は、好ましくは例えばN2ガス又はArガスの不活性
雰囲気中で実施される。しかし熱処理工程は還元性雰囲
気中でも実施することができる。
接触が製造されるn形III−V族化合物半導体の例に
は、GaAs、Gal−xAlxAs、GaP、InP
及び 合である。
以上のボンデイングワイヤによつて接触層をボンデイン
グする場合、ボンデイング中の接触又は半導体結晶の破
損を防止するために、1つ又はそれ以上の金属層によつ
て接触を補強する必要がある。補強層(ボンデイングパ
ツド)として、好ましくは金又はアルミニウムが使用さ
れる。厚い金層はAuGeNi接触層上に直接形成する
ことができるのに対して、アルミニウムからなるボンデ
イングパツドは拡散障壁として作用する中間層上に形成
せねばならない。チタンタングステン窒化物(TiW
N)からなる層はアルミニウムがボンデイングパツドか
ら接触層中に拡散するのを防止する。副次的効果とし
て、熱処理工程におけるオーム接触とアルミニウム補強
材との合金化が阻止される。
0.65Al0.35As及びn形Ga0.32Al
0.68Asからなる単一ヘテロ構造を有する半導体結
晶が液相エピタキシヤル成長によつてp形GaAs基板
上に製造され、n形エピタキシヤル層中の電荷キヤリヤ
濃度が1×1018cm−3であり、この結晶の表面上
に厚さ100nmのAuGeNi層と厚さ500nmの
Au層が形成される。AuGeNi層は0.4重量%の
ゲルマニウム分と0.5重量%のニツケル分とを含有す
る。別の方法工程においてAu層上にまず、厚さ0.2
5μのTiWN拡散障壁と厚さ2μの別のAl補強材を
析出させる。TiWN層はスパツタされる。引き続き接
触はフオトレジストマスクを利用して湿化学的に構造化
される。例えばアルミニウム層の不要部分はリン酸で除
去され、TiWN層の不要部分は過酸化水素で除去さ
れ、AuGeNi−Au層の不要部分は金エツチングで
除去される。フオトレジストマスクの除去後に多層接触
配列は480℃で15秒間急速熱処理工程によつて熱処
理される。こうして製造されたオーム接触は表面が平滑
であり、問題なくワイヤボンデイングすることができ
る。接触抵抗は約5×10−5Ωcm2である。
Claims (9)
- 【請求項1】 III−V族化合物半導体のn形半導体
層上にオーム接触を製造する方法であって、まずn形半
導体層上に金属接触層を形成し、該金属接触層上に金層
を形成し、次いで得られた配列を熱処理工程で熱処理す
るものにおいて、前記金属接触層がAuGeNiからな
り、そのゲルマニウム分とニツケル分がそれぞれ1重量
%を超えないことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記層配列を360〜390℃で40〜
180分間熱処理することを特徴とする、請求項1に記
載の方法。 - 【請求項3】 前記層配列を430〜480℃で5〜2
0秒間熱処理することを特徴とする、請求項1に記載の
方法。 - 【請求項4】 前記AuGeNi層中のニツケル分が
0.5重量%であることを特徴とする、請求項1ないし
3の1つに記載の方法。 - 【請求項5】 前記AuGeNi層中のゲルマニウム分
が0.4重量%であることを特徴とする、請求項1ない
し4の1つに記載の方法。 - 【請求項6】 前記AuGeNi層の厚さが50〜20
0nmの範囲であるあることを特徴と、請求項1ないし
5の1つに記載の方法。 - 【請求項7】 前記金層の厚さが250〜1000nm
の範囲であることを特徴とする、請求項1ないし6の1
つに記載の方法。 - 【請求項8】 前記熱処理工程の前に、前記AuGeN
i層を覆う前記金層上にまずTiWN層、次いでアルミ
ニウム層を析出させることを特徴とする、請求項1ない
し7の1つに記載の方法。 - 【請求項9】 前記熱処理工程の前に接触配列が構造化
されることを特徴とする、請求項1ないし8の1つに記
載の方法。
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