JPH02150064A - Electrode structure for gallium arsenide field effect transistor - Google Patents
Electrode structure for gallium arsenide field effect transistorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、半導体素子の電極構造にかかり、特に砒化ガ
リウム電界効果トランジスタ(以下、GaAsPETと
いう)におけるゲート電極の構造に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to the electrode structure of a semiconductor device, and particularly to the structure of a gate electrode in a gallium arsenide field effect transistor (hereinafter referred to as GaAsPET).
(従来の技術)
従来、GaAsFETはMES(Metal−Semi
conductor)構造であることから、そのゲート
電極は、GaAs基板上に直接ショットキー構造で形成
する方法が採用されている。(Prior art) Conventionally, GaAsFETs are MES (Metal-Semi
Since the semiconductor device has a Schottky structure, its gate electrode is formed directly on the GaAs substrate using a Schottky structure.
そして、このショットキー構造を有するため、種々のゲ
ート電極が開発されてきたが、GaAsアナログデバイ
スの場合、AJ系電極が主流となっている。Various gate electrodes have been developed to have this Schottky structure, but in the case of GaAs analog devices, AJ-based electrodes are the mainstream.
このAl系電極を有するGaAsFETの一例として、
Ti/A Iのゲート電極構造を有するGaAsFET
の製造方法について第2図を用いて説明する。As an example of a GaAsFET having this Al-based electrode,
GaAsFET with Ti/A I gate electrode structure
The manufacturing method will be explained using FIG. 2.
まず、GaAa基板1にソース・ドレイン拡散層として
のn9層2、チャネル層としての0層3を形成する〔第
2図(a)参照〕。First, an N9 layer 2 as a source/drain diffusion layer and an O layer 3 as a channel layer are formed on a GaAa substrate 1 [see FIG. 2(a)].
次に、n゛層層上上ソース・ドレイン電極として、Au
Ge系のオーミック電極4を形成する〔第2図(b)参
照〕。Next, Au was used as the upper source and drain electrodes on the n layer.
A Ge-based ohmic electrode 4 is formed [see FIG. 2(b)].
次に、GaAs1板l上にレジスト5を塗布し、ホトリ
ソ工程により前記1層3上に開口部6を形成する。この
時、開口部6はレジスト5により逆テ−バを有すること
になる〔第2図(c)参照〕。Next, a resist 5 is applied on the GaAs 1 plate 1, and an opening 6 is formed on the 1 layer 3 by a photolithography process. At this time, the opening 6 has a reverse taper due to the resist 5 [see FIG. 2(c)].
次に、真空蒸着法によりTi/A pの連続蒸着を行い
、TiJ!ii7、An!Ji8を形成する〔第2図(
d)参照〕。Next, Ti/Ap was continuously deposited using a vacuum evaporation method, and TiJ! ii7, An! Form Ji8 [Fig. 2 (
See d)].
その後、有81溶剤によってレジスト5を除去する。す
ると、レジスト5と共に該レジスト5上のTiF17、
A1層8も除去され、これらのTi層7゜AN層8は、
0層3上と、電極のひきまわし用パッド上のみに電極と
して残る。(なお、この有機溶剤による電極形成工程を
以下、リフトオフ法とする)〔第2図(e)参照〕。Thereafter, the resist 5 is removed using a solvent. Then, along with the resist 5, TiF17 on the resist 5,
The A1 layer 8 is also removed, and these Ti layers 7°AN layers 8 are
The electrode remains only on the 0 layer 3 and on the electrode winding pad. (This electrode forming process using an organic solvent will be referred to as a lift-off method hereinafter) [see FIG. 2(e)].
次に、GaAs基板1上の全面に、保護膜として絶縁膜
9を形成する(第2図(f)参照〕。Next, an insulating film 9 is formed as a protective film over the entire surface of the GaAs substrate 1 (see FIG. 2(f)).
その後、配線電極との導通用パッド部上の絶縁膜9に穴
あけのためのホトリソ工程を行い、反応性イオンエツチ
ング法により絶縁IIW9を除去し、コンタクトホール
を形成する。Thereafter, a photolithography process is performed to form a hole in the insulating film 9 on the pad portion for conduction with the wiring electrode, and the insulating IIW 9 is removed by reactive ion etching to form a contact hole.
次に、ゲート電極形成ホトリソ工程と同様のプロセスで
、配線電極用レジストパターンを形成する〔第2図(g
)参照〕。Next, a resist pattern for wiring electrodes is formed using a process similar to the photolithography process for forming gate electrodes [Figure 2 (g
)reference〕.
その後、真空蒸着法により、Ti、 PL、 Auの連
続蒸着を行い、更にリフトオフ法によってTi層10、
pt層11、^り層12からなる配線電極を形成する〔
第2図(h)参照〕。After that, Ti, PL, and Au were successively deposited using a vacuum evaporation method, and then a Ti layer 10 was formed using a lift-off method.
Form a wiring electrode consisting of a PT layer 11 and a dielectric layer 12 [
See Figure 2 (h)].
その際、ゲート電極と配線との充分な電気的コンタクト
を得るために、配線蒸着前に希酸によるA1ウェットエ
ツチングを行い、リフトオフ後に400℃前後の加熱を
行い、プロセス終了となる〔第2図(+)参照〕。At that time, in order to obtain sufficient electrical contact between the gate electrode and the wiring, A1 wet etching with dilute acid is performed before wiring deposition, and after lift-off, heating is performed at around 400°C to complete the process [Figure 2] (+) see].
(発明が解決しようとする課題)
しかし、上記した従来のTi/A 1!構造のゲート電
極では、以下のような問題点があった。(Problem to be solved by the invention) However, the above-mentioned conventional Ti/A 1! The gate electrode structure had the following problems.
(1)ゲート電極であるTi/A 1.のA7!層が非
常に酸化され易く、A J zoz層が発生してしまう
。(1) Ti/A gate electrode 1. A7! The layer is very susceptible to oxidation, resulting in the formation of an A J zoz layer.
(2)上記問題を解決するために、希酸でエツチングを
行っているが、充分にA1zo3Nを除去することは困
難である。(2) To solve the above problem, etching is performed using dilute acid, but it is difficult to remove A1zo3N sufficiently.
(3)配線電極形成後のシンターでは、400 ℃前後
に昇温しないと充分な電気的コンタクトが得られないが
、そのような温度まで加熱すると、GaAs基板とゲー
ト電極であるTi/A I Nの反応が起こり、ゲート
のショットキー特性ひいてはFET特性が劣化する。即
ち、最上層がAIでできているAj!。(3) In sintering after wiring electrode formation, sufficient electrical contact cannot be obtained unless the temperature is raised to around 400°C, but heating to such a temperature will cause the GaAs substrate and the gate electrode Ti/A I N This reaction occurs, and the Schottky characteristics of the gate and, ultimately, the FET characteristics deteriorate. In other words, Aj! whose top layer is made of AI! .
Ti/A 12 、 Mo/^2等のゲート金属を用い
て、かつ配線電極をリフトオフ法で形成する場合には、
ゲートと配線との良好な電気的コンタクトと良好なゲー
トのショットキー特性を両立させることが時として困難
になることがある。When using a gate metal such as Ti/A 12 or Mo/^2 and forming wiring electrodes by a lift-off method,
It is sometimes difficult to achieve both good electrical contact between the gate and wiring and good Schottky characteristics of the gate.
本発明は、以上述べたAj!!03層の発生を防いで、
しかもシンターによるFET特性の劣化等を防止し、量
産性に通した安定した砒化ガリウム電界効果トランジス
タの電極構造を提供することを目的とする。The present invention is directed to the above-mentioned Aj! ! Preventing the occurrence of layer 03,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a stable electrode structure for a gallium arsenide field effect transistor that prevents deterioration of FET characteristics due to sintering and is suitable for mass production.
(課題を解決するための手段)
本発明は、上記問題点を解決するために、AI系電極を
用いるGaAsFETにおいて、該Aff系電極上部に
薄い1層を形成するようにしたものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a GaAsFET using an AI-based electrode, in which a single thin layer is formed above the Aff-based electrode.
そして、前記Ni層の厚さは10Å以上100Å以下に
形成するのが望ましい。The thickness of the Ni layer is preferably 10 Å or more and 100 Å or less.
(作用)
本発明によれば、上記したように、へl系電極の上部に
薄いNi層を形成するようにしたので、A l zOs
層の発生を防止し、従来では困難であった^l系ゲート
電極と配線との電気的コンタクトを確実にし、併せてシ
ンター温度の低温化でF[!T特性の劣化を防止するこ
とができる。(Function) According to the present invention, as described above, since a thin Ni layer is formed on the upper part of the Al zOs
It prevents the formation of layers, ensures electrical contact between the ^l-based gate electrode and wiring, which was difficult in the past, and also reduces the sintering temperature to reduce F[! Deterioration of T characteristics can be prevented.
また、前記Ni層を非常に薄<(20〜50人)するこ
とにより、AN[特有のヒロックの発生なども抑えるこ
とができ、モホロジーの良い(平坦化された)電極を形
成することができる。Furthermore, by making the Ni layer very thin (20 to 50 layers), it is possible to suppress the occurrence of hillocks peculiar to AN, and it is possible to form an electrode with good morphology (flattened). .
(実施例)
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明の実施例を示すGaAsPETの製造工
程断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a GaAsPET manufacturing process showing an embodiment of the present invention.
この実施例においては、Ti/Aβ/Niのゲート構造
を例にとって説明する。This embodiment will be explained using a Ti/Aβ/Ni gate structure as an example.
まず、GaAs基板21にソース・ドレイン拡散層とし
ての00層22、チャネル層としての1層23を形成す
る〔第1図(a)参照〕。First, a 00 layer 22 as a source/drain diffusion layer and a 1 layer 23 as a channel layer are formed on a GaAs substrate 21 [see FIG. 1(a)].
次に、n4層22上にソース・ドレイン電極として、A
uGe系オーミック電極24を形成する〔第1図(b)
参照〕。Next, A
Forming the uGe-based ohmic electrode 24 [Fig. 1(b)]
reference〕.
次に、GaAs基板21上の全面にレジスト25を塗布
し、更にその上からチャネル層としての0層23上に、
通常のホトリソ工程によって逆テーパを存する開口部2
6を形成する〔第1図(c)参照〕。Next, a resist 25 is applied to the entire surface of the GaAs substrate 21, and then on the 0 layer 23 as a channel layer.
Opening 2 that has a reverse taper due to the normal photolithography process
6 [see FIG. 1(c)].
次いで、GaAs基板21上の全面に真空蒸着法により
連続蒸着を行い、Til!(200人)27. Al1
N(4000人)28 、 Ni1W (20人)29
からなる多層膜を形成する〔第1図(d)参照〕。Next, continuous evaporation is performed on the entire surface of the GaAs substrate 21 by a vacuum evaporation method, and Til! (200 people) 27. Al1
N (4000 people) 28, Ni1W (20 people) 29
[See FIG. 1(d)].
その後、リフトオフ法によりレジスト25を除去する。Thereafter, the resist 25 is removed by a lift-off method.
すると、レジスト25とともに、3亥レジスト25上の
TiJi27乃至NiN29からなる多層膜が除去され
、この多層膜は、nJi23上及びゲート電極導通用パ
ットのみに電極としてGaAs基板21上に残る〔第1
図(e)参照〕。Then, together with the resist 25, the multilayer film consisting of TiJi 27 to NiN 29 on the 3-layer resist 25 is removed, and this multilayer film remains on the GaAs substrate 21 as an electrode only on the nJi 23 and the gate electrode conduction pad.
See figure (e)].
ここで、ゲート電極として残った多層膜中、Ti層27
及びAI層2日はシッットキー電極層であり、Ni層2
9はA1層28上部のAj!、0.層の発生を防止させ
るためのものである。この時のNi層29は10〜10
0人が良好であり、それ以上厚(すると、Ni反応及び
酸化によりFB?劣化の原因となるので留意する必要が
ある。Here, in the multilayer film remaining as the gate electrode, the Ti layer 27
and AI layer 2 is the Schittky electrode layer, and Ni layer 2 is the Schittky electrode layer.
9 is Aj at the top of A1 layer 28! ,0. This is to prevent the formation of layers. At this time, the Ni layer 29 is 10 to 10
A value of 0 is good, and if the thickness is greater than that, it may cause FB deterioration due to Ni reaction and oxidation, so care must be taken.
また、Ni層29は薄いので、この時、AIJ!!28
上に連続して存在しておらず、島状に点在している可能
性もあるが、特に問題はない。Also, since the Ni layer 29 is thin, at this time, AIJ! ! 28
There is a possibility that they are not continuous on the top and are scattered like islands, but there is no particular problem.
次に、GaAs基板21の全面に保護膜として、絶縁膜
30を形成する〔第1図(f)参照〕。Next, an insulating film 30 is formed as a protective film over the entire surface of the GaAs substrate 21 [see FIG. 1(f)].
その後、配線電極との導通用バント部上の絶縁膜30に
穴あけ用のホトリソ工程を行い、反応性イオンエツチン
グ法により絶縁膜30を除去し、コンタクトホール31
を形成する〔第1図(g)参照〕。Thereafter, a photolithography process for making holes is performed on the insulating film 30 on the bunt part for conduction with the wiring electrode, and the insulating film 30 is removed by reactive ion etching, and the contact hole 31 is removed by reactive ion etching.
[See Figure 1 (g)].
次いで、ゲート電極形成ホトリソ工程と同様のプロセス
で、配線電極レジストパターンを形成する。その後、真
空蒸着法により、配線用Ti層32、pt層33、^U
層34からなる多層膜を形成する〔第1図(h)参照〕
。Next, a wiring electrode resist pattern is formed using a process similar to the gate electrode forming photolithography process. After that, the wiring Ti layer 32, PT layer 33, ^U
Form a multilayer film consisting of layer 34 [see FIG. 1(h)]
.
次に、リフトオフ法を用いて、ゲート電極形成と同様に
配線電極を形成し、従来のシンター温度よりはるかに低
温の約300℃でシンターし、プロセス終了とする〔第
1図(1)参照〕。Next, using the lift-off method, wiring electrodes are formed in the same way as for forming gate electrodes, and the process is completed by sintering at approximately 300°C, which is much lower than the conventional sintering temperature [see Figure 1 (1)] .
更に、この電極構造は、ゲート電極だけではなく多層配
線の下部の配線電極等にも使用することができる。Furthermore, this electrode structure can be used not only as a gate electrode but also as a lower wiring electrode of a multilayer wiring.
なお、上記の工程においては、Ti/A I /Niを
例に挙げたが、この工程はA j! /Ni、 Mo
/A I /Ni等のゲート電極構造にも同様に適用で
きる。In addition, in the above process, Ti/A I /Ni was taken as an example, but this process is A j! /Ni, Mo
The present invention can be similarly applied to gate electrode structures such as /A I /Ni.
更に、Afi系電極としては、大別して合金膜及び多層
膜が考えられる。その合金膜としては、例えばAj!−
Cu 、 Al−3i 、多層膜としては、例えばM
o/Al、訂^βなどがあり、本発明はこれらのAl系
電極にも適用できる。Furthermore, Afi-based electrodes can be roughly classified into alloy films and multilayer films. As the alloy film, for example, Aj! −
Cu, Al-3i, as a multilayer film, for example, M
There are o/Al, ^β, etc., and the present invention can also be applied to these Al-based electrodes.
本実施例においては、配線電極形成前の希酸エツチング
は特に必要ないが、行ってもよく、その場合にはより低
温のシンターで電気的コンタクトが得られる。In this embodiment, dilute acid etching before forming the wiring electrodes is not particularly necessary, but may be performed, in which case electrical contact can be obtained with lower temperature sintering.
更に、本発明の実施例においては、GaAsFESFE
↑の場合について説明したが、同様に他の化合物半導体
、元素半導体、或いは絶縁体上のへβ系配線を有する半
導体素子等に容易に適用可能である。Further, in an embodiment of the present invention, GaAsFESFE
Although the above case has been described, it can be easily applied to other compound semiconductors, element semiconductors, or semiconductor elements having β-based wiring on an insulator.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
Various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
(発明の効果)
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、Al系
電極の最上部に薄いNi層を形成するようにしたので、
へβ201層の発生を防止し、従来では困難であったA
f系電極と配線との電気的コンタクトを確実にし、併せ
てシンター温度の低温化でFET特性の劣化を防止する
ことができる。(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, a thin Ni layer is formed on the top of the Al-based electrode, so that
Prevents the formation of β201 layer, which is difficult to achieve in the past.
Electrical contact between the f-type electrode and the wiring can be ensured, and at the same time, deterioration of FET characteristics can be prevented by lowering the sintering temperature.
また、上部のNiNを10Å以上100Å以下の厚さに
することにより、A1層特有のヒロックの発生なども抑
えることができ、モホロジーの良い電極を形成すること
ができる。Further, by making the thickness of the upper NiN layer 10 Å or more and 100 Å or less, it is possible to suppress the occurrence of hillocks peculiar to the A1 layer, and it is possible to form an electrode with good morphology.
第1図は本発明の実施例を示すGaAsFETの製造工
程断面図、第2図は従来のGaAsFETの製造工程断
面図である。
21・・・GaAsJJ板、22・・・n”FJ(ソー
ス・ドレイン拡散層)、23・・・n層(チャネル層)
、24・・・AuGe系オーミック電極(ソース・ドレ
イン電極)、25・・・レジスト、26・・・開口部、
27・・・Ti層(200人)、28・・・A1層 (
4000人)、29・・・Ni層 (20人)、30・
・・暮色縁膜、31・・・コンタクトホール、32・・
・Ti層、33・・・ptl、34・・・Au層。
特許出願人 沖電気工業株式会社FIG. 1 is a cross-sectional view of the manufacturing process of a GaAsFET showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the manufacturing process of a conventional GaAsFET. 21...GaAsJJ board, 22...n''FJ (source/drain diffusion layer), 23...n layer (channel layer)
, 24... AuGe-based ohmic electrode (source/drain electrode), 25... resist, 26... opening,
27...Ti layer (200 people), 28...A1 layer (
4000 people), 29... Ni layer (20 people), 30...
・・Dark rim, 31 ・Contact hole, 32・・
-Ti layer, 33...ptl, 34...Au layer. Patent applicant Oki Electric Industry Co., Ltd.
Claims (2)
効果トランジスタにおいて、 前記アルミニューム系電極の最上部にニッケル層を形成
することを特徴とする砒化ガリウム電界効果トランジス
タの電極構造。(1) An electrode structure of a gallium arsenide field effect transistor using an aluminum-based electrode, characterized in that a nickel layer is formed on the top of the aluminum-based electrode.
である請求項1記載の砒化ガリウム電界効果トランジス
タの電極構造。(2) The electrode structure of a gallium arsenide field effect transistor according to claim 1, wherein the nickel layer has a thickness of 10 Å or more and 100 Å or less.
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---|---|---|---|
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