JPH03236224A

JPH03236224A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH03236224A
Application number: JP3334190A
Authority: JP
Inventors: Kohei Moritsuka; 宏平森塚
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1991-10-22

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に砒化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）層等の■−■化合物半導体層へのオー
ミックコンタクトの形成方法に関する。

〔従来の技術〕砒化ガリウム（ＧａＡｓ）は、その優れた電子輸送特性
のために、マイクロ波増幅素子等の高速電子素子の構成
材料として、極めて有望であるといわれている。

これらの電子素子においては、寄生抵抗の小さなオーム
性電極を形成することが、高速特性を引き出すために必
要であるが、この高速特性の引き出しを阻む、いくつか
の障害が指摘されている。

その主たる原因は、ｎ型ＧａＡｓと金属とのなす障壁高
さが０．８ｅＶ±０．１ｅＶ程度と大きいことである。

ＧａＡｓは通常１、実現可能な最高電子濃度かＩ　Ｘ　
１０１９ｃｓ＋−’まてであるため、障壁高さが０．８
ｅＶ程度あると十、分なトンネル電流が流れず、良好な
オーム性接触を得ることができないという問題がある。

　このため、従来、オーム性電極形成のために大きく分
けて２つの方法が用いられていた。

その第１は、金ゲルマニウムニッケル合金等の金属をＧ
ａＡｓ上に被着し、加熱処理によって合金化する方法で
ある。

このとき、加熱処理により、ＧａＡｓと金属との界面に
は、ゲルマニウムニッケル等が形成され、この化合物が
金属とＧａＡｓの間の障壁高さを減じ、オーム性電極が
得られるといわれている。

この方法によれば、ＧａＡｓ上に選択的に電極形成を行
うことが可能となり、安価であるという特徴を有するが
、半導体プロセスとしては、以下に述べるような問題が
あり、これを克服することができない。

まず、電極材料がＡｕを主材料としているため、エツチ
ングが困難であり、特に微細加工性に優れた反応性イオ
ンビームエツチングを使用することができないという問
題がある。

さらにまた、前記Ａｕ層は、通常絶縁膜として用いられ
る酸化シリコン層上への密着性が悪いことから、配線層
として用いることはできず、通常は、ＧａＡｓ層にコン
タクトするコンタクト層と配線層とは別工程で別材料を
用いて形成されていた。

また合金反応を用いる際に、反応が均一に進まず、表面
に凹凸が形成されるという問題もある。

さらにまた、合金反応領域は深さ１０００人程度Ａｒ及
ぶため、薄膜層上に形成するための電極材料としては適
切でないという問題がある。

このような現状から、近年新たに利用されるようになっ
た方法として、ＧｅやＩｎＧａＡｓ等の狭バンドギヤツ
プ材料をＧａＡｓ表面にエピタキシャル成長する方法が
ある。

ＧｅやＩ　ｎＧａＡｓはショットキー障壁高さが０．３
ｅＶ程度と小さく、良好なオーム性接触を合金反応なし
に形成することができるという利点がある。

従って、ＧｅやＩｎＧａＡｓをＧａＡｓ上に界面準位を
十分少なく成長することができれば、その上にオーム性
電極を、合金反応を用いることなく形成することができ
る。しかしながら、この方法ではＧｅや１ｎＧａＡｓを
成長するため、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置等の
高価なエピタキシャル成長装置が必要となり、コスト的
に不利である。

また、現在までのところ、このＧｅや１ｎＧａＡＳは選
択的に成長するのが困難であり、ウェハ全面に成長する
必要がある。このため、不要領域に形成されたＧｅやＩ
　ｎＧａＡｓを除去する必要があり、工程が繁雑となり
、一般的に普及するまでには至っていない。

このような問題は、ＧａＡｓ層へのコンタクトの形成の
みならず、■−■化合物半導体層へのコンタクトの形成
について全般的に同様であった。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来用いられている２つの方法は、それぞ
れ、合金反応に伴う問題、異種材料のエピタキシャル成
長に伴う問題があり、いずれも良好なオーミック性電極
を得ることができないという問題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、合金反応
を必要とせず、形成が容易でかつ低抵抗のオーミックコ
ンタクトを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、電極パターンの高精度化を
はかることにある。

さらに本発明の目的は、■−■化合物半導体層にコンタ
クトするコンタクト層と配線層とを同一材料でかつ同一
工程で形成することのできる方法を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）そこで本発明では、■−■化合物半導体層へのオーミッ
クコンタクトの形成を、少なくともコンタクト形成領域
表面が高濃度にドープされたｍ−■化合物半導体層表面
に硫黄（Ｓ）を吸着せしめ、この硫黄吸着表面に金属電
極を被着せしめるようにしている。

また、半導体層として■−ｖ化合物半導体層を用いた半
導体装置の製造方法において、■−■化合物半導体層へ
の配線層が、少なくともコンタクト形成領域表面が高濃
度にドープされた■−■化合物半導体層表面に硫黄（Ｓ
）を吸着せしめ、この硫黄吸着表面に金属膜を被着せし
め、これをパタニングして、■−■化合物半導体層表面
に直接コンタクトする金属配線層を形成するようにして
いる。

さらにまた、ＧａＡＳ層へのオーミックコンタクトの形
成に際し、高濃度にドープされたＧａＡｓ表面に硫黄（
Ｓ）を吸着した後、金属電極を被着せしめるようにして
いる。

（作用）本来、ショットキー障壁高さは、ＧａＡｓと金属との仕
事関数の差によって決定されるはずであるが、通常、ｎ
型ＧａＡｓと金属との界面のショットキー障壁高さは、
金属の種類に依存することなく、０゜８ｅＶ程度である
。

この現象に関して定説はないが、金属の被着過程におい
てＧａＡｓ表面の原子の配列に乱れが生じ、禁止帯中に
伝導帯下端より、およそ０．８ｅＶ近傍に極めて多量の
界面準位が生じ、フェルミレベルがこの準位近傍でピン
止めされるためと考える説が有力である。

従って、本発明者は、ＧａＡｓ表面の原子の配列を強固
にし、このような界面準位の発生を抑制することができ
れば、障壁高さをＱ、ｇｅＶから変更することができる
と考え、ＧａＡｓ表面に硫黄を吸着させるとＧａ−８の
強固な結合が生じ、ＧａＡｓ表面の原子配列の乱れを抑
制することができる（Ｊ、Ｊ、Ａ、Ｐ。

２７（１９８８）Ｌ２１５５　）という事実に着目し、
実験を重ねた結果、次のような事実を発見した。

その事実とは、硫黄を吸着させたＧａＡｓ上にＡｌを被
着して形成したショットキーダイオードの障壁高さは、
およそ０，４ｅＶと従来例に比べて半減するという事実
である。

本発明は、これらの点に着目してなされたもので、Ｇａ
Ａｓ層表面に硫黄を吸着して表面を安定化し、フェルミ
レベルがピン止めされるのを防止し、ショットキー障壁
厚さを、電子がトンネル現象をおこすのに十分な薄さま
で減少させ、オーミックコンタクトの基本的な伝導メカ
ニズムであるトンネル電流を大幅に増大せしめ、オーム
性接触を得るようにしたものである。

これは、ｎ型ＧａＡｓ層に限定されることなく、ｐ型Ｇ
ａＡｓ層、さらには他の■−■化合物半導体層にも適用
可能である。

ただし、ｎ型ＧａＡｓ層の場合には、金属電極としてＡ
１やＴＩを用いたが、ｐ型ＧａＡｓ層の場合には、ｐｔ
あるいはＡｕを用いると界面のショットキー障壁高さを
低くすることができる。

また、加工性が良好で酸化シリコン層上にも形成可能な
ＡＩ等の金属を用いることができるため、コンタクトと
配線とを同一材料で同一工程で形成でき、作業性が極め
て向上する。

（実施例）以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図は本発明の方法を適用して形成された一実施例の
へテロ接合バイポーラトランジスタを示す図、第２図（
ａ）乃至第１図（ｅ）は、同へテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ（ＨＢＴ）の製造工程図である。

このＨＢＴは、エミッタ、ベース、コレクタ領域を構成
するＧａＡｓ層へのオーミックコンタクトの形成を、硫
黄吸着後、Ａ１層を被着することによって行うようにし
たことを特徴とするものである。

すなわち、第１図に示すように、このへテロ接合バイポ
ーラトランジスタは、ノンドープのガリウムヒ素（Ｇａ
Ａｓ）基板１の表面に、ｎ　＋　ＧａＡｓ層２からなる
コレクタコンタクト領域と、ｎ　−ＧａＡｓ層３からな
るコレクタ領域と、ｐ−ＧａＡｓ層４からなるベース領
域と、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層５からなるエミッタ領域とＭ
ＢＥ法により順次積層されてなるもので、各領域の表面
には夫々、コレクタ電極１３、ベース電極１２、エミッ
タ電極１１が形成されている。

次に、このＨＢＴの製造方法について説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、ノンドープのＧａＡ
ｓ基板１の表面にＭＢＥ法により、１Ｘ１０ｃｍ−３の
すすをドープしてなるコレクタコンタクトを構成するｎ
　＋　ＧａＡｓ層２と、５　Ｘ　１０　”ｃｍ−’のシ
リコンをドープしてなるコレクタ領域を構成するｎ−Ｇ
ａＡｓ層３と、Ｉ　Ｘ　］、　０２°ｃｍ−’のベリリ
ウムをドープしてなるベース領域を構成するｐ−ＧａＡ
Ｓ層４と、Ｉ　Ｘ　１０　”Ｃｍ−’のシリコンをドー
プしてなるエミッタ領域を構成するｎ−ＡｌＧａＡｓ層
５と、２Ｘ　１０１９ｃ＋ｇ−’のすずをドープしてな
るエミッタコンタクトを構成するｎ−ＧａＡｓ層６を、
順次ＭＢＥ法により堆積する。

ついで、第２図（ｂ）に示すように、メサエッチングに
よりベース層となるｐ−ＧａＡｓ層４、コレクタコンタ
クトとなるｎ　＋　ＧａＡｓ層２を露呈せしめる。

この後、第２図（Ｃ）に示すように、ウェハ全面にＣＶ
Ｄ法により、酸化シリコン膜８を堆積し、イオン注入法
により素子分離領域に選択的にプロトンを注入し高抵抗
領域７を形成する。

さらに、第２図（ｄ）に示すように、エミッタ、ベース
、コレクタコンタクト形成領域の酸化シリコン膜８をエ
ツチング除去し、コンタクトホール９を開口し、この状
態で、５％の硫黄を含有する硫化アンモニウム水溶液に
１時間浸せきしたのち、乾燥する。

この処理により、コンタクトホール内のＧａＡｓ表面に
は硫黄が吸着する。

続いて、第２図（ｅ）に示すように、ウェハ上全面に真
空蒸着法により、Ａ１層１０を蒸着する。この工程にお
いては、蒸着の初期過程において硫黄吸着のなされたＧ
ａＡｓ表面に損傷を与えないようにする必要があり、ス
パッタ蒸着法を用いるよりは抵抗加熱蒸着法を用いる方
がのぞましい。

そして最後に、エミッタ、ベース、コレクタの各電極領
域および配線領域（ここでは隣接トランジスタのベース
電極とコレクタ電極とを接続するための配線領域１４）
のＡ１をフォトレジストで被覆し、３塩化硼素ガスを用
いた反応性イオンビームエツチングを用いて不要部のＡ
１をエツチング除去し、第１図に示したようなヘテロ接
合バイポーラトランジスタを得る。

このようにして形成されたＨＢＴによれば、硫黄処理に
より、フェルミレベルがピン止めされるのが緩和され、
鏡像効果も相まってショットキー障壁高さが０．３ｅＶ
程度まで低下する。このため、良好なオーム性電流−電
圧特性が各々のコンタクトに対して得られ、その固有抵
抗率はコレクタ層に対し５Ｘ１０−’ΩＣＩ２、エミツ
タ層に対しｌＸｌ０”ΩＣ１２となっており、従来のＡ
ｕＧｅＮｉ合金を用いた場合と同等かそれ以上に低い抵
抗率を得ることができる。

また、さらに従来の＾ｕＧｅＮ　Ｉ合金を用いた場合と
異なり、アルミニウム電極はそのままウェハ上の配線金
属として酸化シリコン層８上に設置できるため、工程の
簡略化をはかることができる。

また、アルミニウムの加工は反応性イオンビームエツチ
ングによって行うことができ、幅１μ瓢程度までの微細
加工が可能となった。

また、ベース電極のドーピングレベルが、１×１０２０
　ｃ　ｍ　−３と高いため、ショットキー障壁高さの増
加による劣化はほとんど認められず、１×１０７Ωｃ１
１２という十分に低い抵抗率を得ることができた。

このように、本発明の方法によれば、合金化処理やヘテ
ロエピタキシャル成長を行うことな（ＧａＡｓ上に良好
な°オーム性電極を形成でき、工程の簡略化および電極
面積の微細化をはかることができ、ＧａＡｓを用いた半
導体素子のコストの低減および性能の向上をはかること
ができる。

また、従来の化合物半導体装置ではオーム性電極と配線
層とを同一材料で形成することができなかったのに対し
、この方法によればオーム性電極と配線層とを同一材料
、同一工程で形成することが可能となり、大幅な工程の
簡略化をはかることが可能となる。

なお、前記実施例では、硫黄処理方法として、５％の硫
黄を含有する硫化アンモニウム水溶液に１時間浸せきし
たのち、乾燥するという方法を用いたが、必ずしも硫黄
を添加しなければならなくはない。しかしながら、硫黄
を添加することによって表面のＧａＡｓ層がエツチング
され清浄な表面に処理がなされ、より良好な原子配列の
表面を得ることが可能となる。また、このような液相か
ら硫黄を供給し処理を行うこの方法に限定されることな
く、高真空中でＧａＡｓ表面の自然酸化膜を加熱分解し
た後、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを供給するなど気を目処
理を用いても良い。

また、前記実施例では、アルミニウムを電極材料に用い
たが、アルミニウムに限定されることなく、ｎ型のＧａ
Ａｓ層に対してショットキー障壁が小さくなるような材
料例えばチタニウムやタングステン等を用いても同様の
効果を得ることが可能である。

また、実施例では、半導体層としてＧａＡＳ層を用いた
が、ＧａＡｓ層に限定されることなく、＾ｌＧａＡｓや
ｌ　ｎＧａＡｓ等の混晶半導体等■−■化合物半導体全
般に、適用可能である。

また、前記実施例では、ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタについて説明したが、ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタに限定されることなく、他のデバイスへのコンタ
クトの形成にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、ＧａＡｓＪ
Ｉへのオーミックコンタクトの形成に際し、高濃度にド
ープされたＧａＡｓ表面に硫黄（Ｓ）を吸着した後、金
属電極を被着せしめるようにしているため、工程の簡略
化をはかると共にコンタクト抵抗の低い半導体装置を提
はすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のＨＢＴを示す図、第２図（ａ）
乃至第２図（ｅ）は同ＨＢＴの製造工程を示す図である
。１・・・ノンドープのガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板、
２・・・ｎ　＋　ＧａＡｓ層　（コレクタコンタクト領
域）、３・−ｎ　ＧａＡｓ層（コレクタ領域）　、４−
ｐ−ＧａＡｓ層（ベース領域）、５・・・ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ層（エミッタ領域）、６・・・ｎ　＋ＧａＡｓ層（
エミッタコンタクト領域）７・・・高抵抗領域、８・・
・酸化シリコン膜、９・・・コンタクトホール、１０・
・アルミニウム層、１１・・・エミッタ電極、１２・・
・ベース電極、１３・・・コレクタ電極、１４・・・配
線。（Ｑ）（ｂ）第２図（Ｃ）（ｄ）第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体層としてIII−Ｖ化合物半導体層を用いた
半導体装置の製造方法において、前記III−Ｖ化合物半導体層へのオーミックコンタクト
の形成工程が、少なくともコンタクト形成領域表面が高濃度にドープさ
れたIII−Ｖ化合物半導体層を用意する工程と、高濃度にドープされた前記III−Ｖ化合物半導体層表面
に硫黄（Ｓ）を吸着せしめる硫黄処理工程と、硫黄の吸着された前記III−Ｖ化合物半導体表面に金属
電極を被着せしめる金属電極形成工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
（２）半導体層としてIII−Ｖ化合物半導体層を用いた
半導体装置の製造方法において、前記III−Ｖ化合物半導体層への配線層の形成工程が、少なくともコンタクト形成領域表面が高濃度にドープさ
れたIII−Ｖ化合物半導体層を用意する工程と、高濃度にドープされた前記III−Ｖ化合物半導体層表面
に硫黄（Ｓ）を吸着せしめる硫黄処理工程と、硫黄の吸着された前記III−Ｖ化合物半導体表面に金属
膜を被着せしめ、これをパターニングして前記III−Ｖ
化合物半導体層表面に直接コンタクトする金属配線層を
形成する金属配線層形成工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
（３）半導体層としてＧａＡｓ層を含む半導体装置の製
造方法において、前記ＧａＡｓ層へのオーミックコンタクトの形成工程が
、少なくともコンタクト形成領域表面が高濃度にドープさ
れたＧａＡｓ層を用意する工程と、高濃度にドープされ
た前記ＧａＡｓ表面に硫黄（Ｓ）を吸着せしめる硫黄処
理工程と、硫黄の吸着された前記ＧａＡｓ表面に金属電極を被着せ
しめる金属電極形成工程とを含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
（４）前記ＧａＡｓ層はｎ型ＧａＡｓ層であり、前記金
属電極形成工程は、Ａｌ層またはＴｉ層からなるパター
ンを被着せしめる工程であることを特徴とする請求項（
１）記載の半導体装置の製造方法。
（５）前記硫黄処理工程は、硫化アンモニウム水溶波ま
たは硫黄を含有する硫化アンモニウム水溶液に浸潤した
のち、乾燥を行う工程であることを特徴とする請求項（
４）記載の半導体装置の製造方法。