JPH01302763A - オーミック接触部を有する半導体装置及び前記オーミック接触部の形成方法 - Google Patents

オーミック接触部を有する半導体装置及び前記オーミック接触部の形成方法

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JPH01302763A
JPH01302763A JP63260716A JP26071688A JPH01302763A JP H01302763 A JPH01302763 A JP H01302763A JP 63260716 A JP63260716 A JP 63260716A JP 26071688 A JP26071688 A JP 26071688A JP H01302763 A JPH01302763 A JP H01302763A
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John M Baker
ジョン・アイケル・バーカー
Alessandro C Callegari
アレサンドロ・セサレ・カレガリイ
Dianne L Lacey
デイーン・リーン・レイスイ
Yih-Cheng Shih
イー−チエング・シイー
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、産業上の利用分野 本発明は半導体装置のオーミック接触部に係り、特に、
ＧａＡｓ基板上のＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　Ｎ　ｊ系のオーミッ
ク接触部に関する。
口、背景技術 高速低電力電界効果型トランジスタのよっなＧａＡｓを
基板とする半導体装置の開発が最近盛んになってきてい
る。このような装置の開発において要請される点の１つ
は、抵抗値が低く熱的に安定なオーミック接触部を形成
することである。
ＡｕＮｌＧｅ系がＧａＡｓ基板へのオーミック接触部と
して広範に用いられてきた。Ａ　ｕ　Ｎ　ｉ　Ｇ　ｅ系
のオーミック接触部は再現性があり、過敏すぎる特性を
示さない。しかし、このオーミック接触部の抵抗値は広
い範囲に拡がっているので、半導体装置の性能に重大な
制限を加える場合がある。
前記抵抗値の拡がりはインターフェースにおける不均一
状態の微細構造と密接に関連すると考えられる。突起部
分を有するＧｅは電流の大部分を流す経路であると考え
られているが、このよりなＧｅは一般に接触部の合金化
の後に形成され且つインターフェースを荒くさせる。接
触部の抵抗値の広い範囲の拡がりはインターフェースの
ｍ造の複雑さに関係するものもあり、特に電流の集中す
る接触縁部に近いところでの不均一な分布状態は関係が
深いと考えられる。接触部の微細構造が均一であれば接
触部の抵抗値の拡がりは減小すると考えられる。
熱的不安定性がＡ　ｕ　Ｎ　ｉ　Ｇ　ｅ系のオーミック
接触部のもう１つの問題点であった。オーミック接触部
の形成後にも、半導体装置を完成させるために高温処理
サイクルが施される必要があるが、高温サイクルを経て
も接触部の特性が維持されていることが要請される。接
触部の熱的安定性が劣る場合には、微細構造が悪化して
接触部の抵抗値の拡がりが大きくなるので低接触抵抗値
や適切な装置特性が得られな（なる。
オーミック接触部の均一性を改良するために接触部形成
用物質を接触部形成箇所に付着きせる前にＧａＡｓ基板
をスパッタ清浄する方法が報告されている。Ａ、Ｃａｌ
ｌｅｇａｒｉ等によるＡｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　４６．１ｉｉ（１９８５）参
照。
また、ＡｕＮｉＧｅ系のオーミック接触部の第１層とし
て５ｎｍのＮｉを付着させると、抵抗値の拡がり及び平
均値がともに減小することが、Ｍｕｒａｋａｍｉ等によ
るＪ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈｎｏｌ、Ｂ　４．９０
３（１９８６）によって報告されている。
ＧａＡｓ基板とのインターフェースに関する問題の防止
方法の１つが米国特許第３９５９５２２号に示されてい
る。この米国特許には、加熱した半導体基板の上にＡｕ
０層を付着し、冷却した半導体基板の上に錫を付着し、
これら２つの層と半導体とを合金化させる方法が示され
ている。錫はＡｕ０層に均一に混ざるとともに半導体物
質中に浸透して半導体との間に均質な接触部を形成する
。
この方法によれば、錫が粒状になって半導体表面上に浮
び上がるという問題が減じられる。ＧａＡｓの半導体物
質上にＡｕの第１層を付着させる方法は米国特許第４１
７９５３４号にも示され、同特許においては、Ａｕ０層
と錫の層とは２００℃未満の温度で付着さ′れて半導体
物質と混合されて高い射はがれ性を備えたオーミック接
触部が形成される。しかしながら、前述のいずれの従来
技術も高温アニールの後の接触抵抗値の拡がりの問題を
解決していない。
ハ、開示の概要 本発明は、ＧａＡｓの半導体表面上のオーミック接触部
及びその形成方法であり、本発明の方法はＡｕの不均一
層上にＡｕＧｅＮｉの複合層オーミック接触部を付着さ
せてから前記複合層オーミック接触部を前記半導体表面
物質中に溶は込ませる（合金化させる）工程を含んでい
る。一実施例では、前記Ａｕの不均一層の付着は、スパ
ッタ清浄プロセス中にＡｕで被覆されたＲＦ電極を用い
てのＧａＡｓ表面のスパッタ清浄と同時に行なわれる。
この一実施例では、ＡｕはＲＦ電極から飛び出してＡｒ
原子から後方散乱してＧａＡｓ表面に到達する。後方散
乱したＡｕ原子は半導体ウニ・・のＧａＡｓ表面上を移
動してアイランドあるいは少なくとも不均一層を形成す
る。他の実施例では、ＧａＡｓ表面層はＲＦあるいはＤ
Ｃグロー放電プロセスを用いてスパッタ清浄され、同時
に、Ａｕが蒸発あるいはスパッタされて半導体物質に到
達してＡｕの不均一層を形成する。本発明の方法は、Ｇ
ａＡｓ基板の表面層をはじめにスパッタ清浄し、その後
に、蒸発によってＡｕの不均一層を付着するものであっ
てもよい。
例えば、Ａｕの不均一層上のオーミック接触部は、Ａｕ
の不均一層上にＮｉの薄い層を付着した後にＡｕＧｅ層
を前記Ｎｉ層上に付着し、更に別のＮｉ層を前記ＡｕＧ
ｅ層の上に付着し、このＮｉの層の上にＡｕの層を付着
することによって形成される。４００から５００°Ｃの
温度で合金化するとオーミック接触部が形成される。こ
のオーミック接触部は、第１層としての、半導体物質に
接触する１つ１つの粒子が広い面積のＮｉＡｓ（Ｇｅ）
粒子から成るＮｉＡｓ（Ｇｅ）の高密度な粒子層と、そ
の上の頂部層（第２層）としてのＡｕＧｅ相と、から成
る２層構造を有する。広い面積を占めるＮｉＡｓ（Ｇｅ
）の粒子の幅は例えば３００ｎｍ（０，６μｍ）であり
（第１図参照）、いずれの従来装置よりも優れたオーミ
ック接触部を提供する。
本発明によるオーミック接触部の接触抵抗値の拡がりの
大きさは高温アニールを経ても十分に減じられている。
即ち、熱的安定性に優れている。
二、実施例 本発明の方法によれば、オーミック接触部がＧａＡＳ半
導体物質上に形成され、このオーミック接触部は合金化
の後でも接触抵抗値が小さく高温アニールの後でも接触
抵抗値の拡がりの大きさが小さい。改良されたオーミッ
ク接触部は、ＧａＡａを表面層として含む半導体装置に
接触するＡｕＧｅＮｉ系を含んでいる。本発明はＧａＡ
ＪＡｓ等のようなＧａＡ３を含んでいる表面層にも適用
できる。ＧａＡｓを含む半導体物質の表面層上にオーミ
ック接触部を形成するための方法は、Ａｕの不均一層を
前記半導体物質の表面層の上に付着させる工程と、前記
Ａｕの不均一層上にＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　Ｎ　ｉ系の複合層
のオーミック接触部を付着する工程と、前記オーミック
接触部を前記半導体物質に溶かし込む工程（合金化工程
）とを有している。
合金化の後には、オーミック接触部は２層構造体を含む
こととなる。この２層構造体は、半導体物質て接触する
第１層としての１つ１つが大きな面積のＮＩＡｓ（Ｇｅ
）粒子から成る高密度なＮｉＡｓ（Ｇｅ）の粒子層と、
その上部層（第２層）としてのＡｕＧａ相と、から構成
される。第１図において、ＧａＡｓ基板上のハツチング
されていない領域は前記Ｎ　ｉ　Ａ　ｓ　（Ｇ　ｅ　）
の粒子層であり、粒子の大部分は水平方向の幅が約３０
０ｎｍ程度の大きな面積の粒子である。その上のノ・ツ
チングされた領域はＡｕＧａ相であり、このＡｕＧａ相
はβ−ＡｕＧａ相であると考えられる。第１図に示され
るように、このオーミック接触層とＧａＡｓ基板とのイ
ンターフェース部は、ＧａＡｓ基板に接触する符号２で
示される非常に小さなＡｕＧａ相においては比較的滑ら
かである。このよっなオーミック接触部の熱的安定性が
極めて優れているのは、Ｑａ、Ａｓ表面と接触するＮｉ
Ａｓ（Ｇｅ）の広い面積の粒子によるものと考えられる
。一方、従来のＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　Ｎ　ｉのオーミック接
触部が熱的に不安定であるのは、ＧａＡｓとの直接のイ
ンターフェース部でＡｕＧａ粒子が成長するためである
と考えられる。ＧａＡｓとのインターフェース部で大き
なサイズのＮｉＡｓ（Ｇｅ）粒子が成長すると、ＡｕＧ
ａ粒子の成長が妨げられ、その結果、熱的安定性が改良
されるのである。
半導体物質表面上へのＡｕの不均一層の付着形成には既
知の方法が用いられ得る。一実施例では、前記Ａｕ層は
、Ａ　ｕ　Ｇ　ｅ　Ｎ　ｉ相の付着に先立って行う半導
体物質のスパッタ清浄と同時に付着される。
スパッタ清浄は、ＧａＡｓに接触するＡｕＧｅＮｉ接触
部の抵抗値の拡がりと熱的安定性とを改良するものとし
て行なわれて来た。−例では、スパッタ清浄は、スパッ
タ電極がＡｕで被覆されているようなＲＦグロー放電に
よって行なわれる。ＧａＡｓの表面層を有するウェハが
Ａｕ被覆されたＲＦ電極上に載置され、アルゴンガスの
圧力は１０ｍＴｏｒｒかそれ以上である。スパッタ処理
中、Ａｕで被覆された電極から飛び出したＡｕ原子はＡ
ｒ分子と衝突してＧａＡｓウェハ表面へと後方散乱され
る。
後方散乱されたＡｕ原子はウェハ表面上を移動してＡｕ
のアイランドあるいは少な（ともＡｕの不均一層を形成
する。こうして形成されるＡｕ層の存在によって、後に
形成される合金層の接触抵抗の値が極めて一定したもの
になる。Ａｕ層の形成をスパッタ清浄と同時に行うこと
により、合金化の後のオーミック接触部の構造が一層改
善される。
第２図には接触抵抗に関する改良点が示されている。グ
ラフ（ａ）及び（ｂ）はともに４００から６００°Ｃの
温度範囲で約２分間合金化を行った後圧ＴＬＭで測定し
たＧａＡｓ半導体ウェハの接触抵抗値を示している。丸
印はいくつかの合金化温度における接触抵抗の平均値を
表わし、丸印から延びる縦棒は接触抵抗の最大値から最
小値までの範囲を表わしている。グラフ（、）は４２０
℃の温度での合金化の後の接触抵抗値の平均は０．１１
オーム・ｍｍであり、接触抵抗値の拡がりは０．０３オ
ーム・ｍｍであったことを示している。グラフ（ｂ）は
４００℃と５５０℃との間の１５０℃の温度範囲におい
て接触抵抗値は０，０８オーム・ｍｍであり抵抗値の拡
がりはほとんど観測されなかったことを示している。グ
ラフ（、）及び（ｂ）は供に、６００℃の温度での合金
化の後の接触抵抗値の拡がり範囲は増加したことを示し
ている。スパッタ清浄は少なくとも１０ｍｍＴｏｒｒ程
度であることが好ましかった。また、合金化温度は４０
０かも５５０℃であることが好ましかった。このような
圧力下では、電極の付近ではＲＦ電極から飛び出す原子
を止めるのに十分な後方散乱が生じると考えられる。低
圧力下では（グラフ（ａ）参照）、原子はカソード範囲
から逸脱してわずかな原子だけが戻り、高圧力下で観測
される場合よりも形成されるアイランドの数は少な（サ
イズも小さい。
ＧａＡｓ　ｆ含む半導体物質の表面層上に付着されるＡ
ｕのアイランドの厚さは例えば約１０から約３０オング
ストロームでちる。上述した後方散乱方法が好ましい方
法の１つであるが、その他に、スパッタ清浄と同時に離
れたソースから半導体表面層上にスパッタ付着させたり
蒸発付着させてもよい。ウェハは、４ｍ’ｐｏｒｒの０
２下で１００ｖ直流バイアスで５分間そして次には１ｍ
ＴｏｒｒのＡｒ下で２５０Ｖ［ｉ光バイアスで１０分間
のスパッタリングにより清浄化され得る。これと同時に
Ａｕ金属が加熱したるつぼから蒸発きれたり離れたター
ゲット（ソース）からスパッタされ得る。
これに代って、ウェハを先ずスパッタ清浄した後に、Ａ
ｕを付着させて不均一層を形成してもよい。
このような処理方法では、例えば、半導体ウェハは４ｍ
Ｔｏｒｒの０２下で１００ｖの直流バイアスでの５分間
により最初はスパッタ清浄され、その後に、１ｍＴｏｒ
ｒのＡｒ下で２５０Ｖの直流バイアスでの１０分間によ
りエツチングされてもよい。
続いて、約２Ｘ１０−７Ｔｏｒｒの基礎圧力にて加熱し
たるつぼからＡｕが蒸発する。更に、スパッタ清浄は、
Ａｕの付着と同時に行うイオン銃を用いたイオン衝撃に
よって行ってもよい。
ＧａＡ・ｓ４を含む半導体物質へのオーミック接触部の
形成は、前記不均−Ａｕ層の上にＮｉの約５０オングス
トロームの層を付着させて行う。次に、　　７ＡｕＧｅ
の約１．０００オングストロームの層を前記Ｎｉ層の上
に付着させ、このＡｕＧｅ層の上にＮｉの約３００オン
グストロームの層を付着させる。
最後に、このＮｉ層の上に５００から１．０００オング
ストロームのもう１つのＡｕ層を付着させる。
次に、４００℃から５５０℃の温度で約２０分間加熱し
てオーミック接触部を合金化形成させる。
合金化の後、半導体装置は、各部が約４００℃になるよ
うに２から１０時間加熱されるような高温応力アニール
処理されることにより最終的に組み立てられる。アニー
ル後は、第２図のグラフ（ｂ）のウェハは、接触抵抗値
が０．１１オーム・ｍｍから０．２２オーム・ｍｍに変
化した。不均−Ａｕ層を有さないウェハを合金化してア
ニールした場合は接触抵抗値が０．１６オーム・ｍｍか
ら０．４２オーム・ｍｍに変化した。このように、高温
アニール処理を施した場合についても、本発明は、接触
抵抗値及び接触抵抗値の拡がりの両方の減小をもたらす
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るオーミック接触部の一実施例の構
造を拡大して示す断面図、 第２図（ａ）及び（ｂ）は夫々異なる２つのスパッタ清
浄圧力下における合金化温度と接触抵抗値との関係を示
すグラフである。 出願人　　イタ外づツ！ルービジネス・フシ−２ズ・）
七影−シ田ン代理人　弁理士　　山　　　本　　　仁　
　　朗（外１名）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体装置であつて、 （ａ）ＧａＡｓを含む表面層を有する半導体チップと、 （ｂ）、前記ＧａＡｓを含む表面層と接触し、１つ１つ
    が広い面積のＮｉＡｓ（Ｇｅ）の粒子から成る第１層と
    してのＮｉＡｓ（Ｇｅ）の高密度な粒子層及びこの第１
    層の上部の第２層としてのＡｕＧａの層から成る２層構
    造のオーミック接触部と、 を有するオーミック接触部を有する半導体装置。
  2. （２）ＧａＡｓを含む表面層上にオーミック接触部を形
    成する方法であつて、 （ａ）前記ＧａＡｓを含む表面層上にＡｕの不均一層を
    形成する工程と、 （ｂ）前記Ａｕの不均一層上にＡｕＧｅＮｉの複合層を
    形成する工程と、 （ｃ）前記複合層と前記表面層とを合金化させる工程と
    、 を有するオーミック接触部の形成方法。
JP63260716A 1987-12-31 1988-10-18 オーミック接触部を有する半導体装置及び前記オーミック接触部の形成方法 Pending JPH01302763A (ja)

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US07/140,072 US4853346A (en) 1987-12-31 1987-12-31 Ohmic contacts for semiconductor devices and method for forming ohmic contacts
US140072 1987-12-31

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