JPH03256362A - Semiconductor device of schottky barrier type - Google Patents
Semiconductor device of schottky barrier typeInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はショットキー障壁型半導体装置に用いられるシ
ョットキー電極材料の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to improvements in Schottky electrode materials used in Schottky barrier type semiconductor devices.
金属・半導体接合障壁であるショットキー接合障壁を用
いたショットキー障壁型半導体装置は、高速性に優れ、
高周波回路等に広く利用されている。特にＧ ａ Ａ
ｓ半導体を用い、ショットキー接合をゲート電極として
用いた電界効果型トランジスタ（以下、ＭＥＳＦＥＴと
いう）は、マイクロ波帯での能動素子として優れた特性
を示すものである。Schottky barrier semiconductor devices that use a Schottky junction barrier, which is a metal-semiconductor junction barrier, have excellent high-speed performance.
Widely used in high frequency circuits, etc. Especially G a A
A field effect transistor (hereinafter referred to as MESFET) using an S semiconductor and a Schottky junction as a gate electrode exhibits excellent characteristics as an active element in the microwave band.
このようなＭＥＳＦＥＴのゲート電極は、ＧａＡｓ半導
体と接する最下層に比較的電気抵抗の高いチタン（Ｔｉ
）が用いられることが多い。この場合、ゲート電極の抵
抗を下げるために、チタン（Ｔｉ）の上に白金／金また
はアルジニウムを順次重ねたＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／
Ａ ｕまたはＴｉ／ＡＱの多層構造が用いられる。チタ
ン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｎ）多層構造のゲート電極
は、高温で動作または放置した場合、比較的劣化が少な
く安定した特性を示すことが知られている。The gate electrode of such a MESFET is made of titanium (Ti), which has a relatively high electrical resistance, on the bottom layer in contact with the GaAs semiconductor.
) is often used. In this case, in order to lower the resistance of the gate electrode, platinum/gold or aldinium is sequentially layered on titanium (Ti) to reduce the resistance of the gate electrode.
A multilayer structure of Au or Ti/AQ is used. It is known that a gate electrode having a titanium/aluminum (Ti/An) multilayer structure exhibits stable characteristics with relatively little deterioration when operated or left at high temperatures.
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、比較的優れた特性を示すチタン／アルミ
ニウム（Ｔｉ／ＡＱ）多層構造のゲート電極であっても
、高温で長時間放置した場合にはショットキー障壁の高
さの劣化を生じる。３００℃で３０時間放置した場合の
ゲート電極とＧａＡｓ半導体界面のオージェ電子分光法
による深さ方向の組成分析結果を第４図に示す。同図か
ら、ゲート電極を形成するチタン（Ｔｉ）およびアルミ
ニウム（ＡＱ）原子が半導体中へ拡散していること、ま
た、半導体を形成しているガリウム（Ｇａ）および砒素
（Ａｓ）がゲート電極中へ拡散していることがわかる。[Problems to be Solved by the Invention] However, even with a gate electrode having a titanium/aluminum (Ti/AQ) multilayer structure that exhibits relatively excellent characteristics, the Schottky barrier increases when left at high temperatures for a long time. This causes deterioration of the quality. FIG. 4 shows the compositional analysis results in the depth direction by Auger electron spectroscopy of the interface between the gate electrode and the GaAs semiconductor after being left at 300° C. for 30 hours. The figure shows that titanium (Ti) and aluminum (AQ) atoms that form the gate electrode are diffused into the semiconductor, and that gallium (Ga) and arsenic (As) that form the semiconductor are diffused into the gate electrode. It can be seen that it has spread to
これらの相互拡散によりゲート電極の特性が劣化すると
考えられる。It is thought that these interdiffusions deteriorate the characteristics of the gate electrode.
本発明の目的は、長時間の高温での動作、放置において
も劣化を生じないショットキー電極を有するショットキ
ー障壁型半導体装置の構造を提供することにある。An object of the present invention is to provide a structure of a Schottky barrier type semiconductor device having a Schottky electrode that does not deteriorate even when operated at a high temperature for a long time or left unused.
本発明によるショットキー障壁型半導体装置は、■−Ｖ
族化合物半導体からなる半導体と、該半導体の一主面上
に形成されたＴ ｉ Ａ ｆｉｌ 、金属間化合物から
なるショットキー電極を含むもの、または、■−Ｖ族化
合物半導体からなる半導体と、該半導体の一主面上に形
成されたドレイン電極およびソース電極と、該ドレイン
電極およびソース電極の間に形成されたＴｉＡＱ、金属
間化合物からなるショットキー型ゲート電極を含む電界
効果型トランジスタである。The Schottky barrier type semiconductor device according to the present invention has ■-V
A semiconductor made of a group compound semiconductor, a T i A fil formed on one main surface of the semiconductor, a Schottky electrode made of an intermetallic compound, or a semiconductor made of a -V group compound semiconductor, This field effect transistor includes a drain electrode and a source electrode formed on one principal surface of a semiconductor, and a Schottky gate electrode formed between the drain electrode and the source electrode and made of TiAQ or an intermetallic compound.
なお、上記ＴｉＡＱ、金属間化合物は、Ｔｉ（チタン）
とＡＱ（アルミニウム）の組成比が実質的に１＝３の化
合物である。Note that the above TiAQ and intermetallic compound are Ti (titanium)
The composition ratio of aluminum and AQ (aluminum) is substantially 1=3.
〔作用］
本発明の構成によれば、ショットキー電極の半導体との
界面が全てバリヤー性の高いＴｉＡＱ。[Function] According to the configuration of the present invention, the entire interface between the Schottky electrode and the semiconductor is TiAQ with high barrier properties.
金属間化合物により構成されているため、ショットキー
電極と半導体との相互拡散が防止されると考えられる。Since it is composed of an intermetallic compound, it is thought that interdiffusion between the Schottky electrode and the semiconductor is prevented.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
本発明による実施例であるＭＥ Ｓ Ｆ ＥＴの断面構
造を第１図に示す。半絶縁性Ｇ ａ Ａ ｓ基板１の一
表面上にＮ型のＧａＡｓからなるバッファ層２（ノンド
ープ、キャリア濃度１０″’／ｃｒＲ以下、厚さ２μｍ
）およびＮ型のＧａＡｓからなるチャンネル層３（Ｓｉ
ドープ、キャリア濃度３ Ｘ １０”／ｃ／、厚さ０．
１５μｍ）が順次、気相成長法により形成されている。FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a MESFET that is an embodiment of the present invention. A buffer layer 2 made of N-type GaAs (non-doped, carrier concentration 10''/crR or less, thickness 2 μm) is formed on one surface of a semi-insulating GaAs substrate 1.
) and a channel layer 3 made of N-type GaAs (Si
Doped, carrier concentration 3 x 10"/c/, thickness 0.
15 μm) were successively formed by vapor phase growth.
（イオン注入法によりチャンネル層３を形成することも
できる。）このチャンネル層３上にオーミックコンタク
トを形成する金属からなるソース電極４およびドレイン
電極５が設けらている。このソース電極４およびドレイ
ン電極５の間のチャンネル層３上にゲート電極６が設け
られている。ゲート電極６は、チャンネル層３と接する
面がＴｉＡｌ、層６Ａ（厚さ２００人）と、その上に順
次形成されたＴｉ層６Ｂ（厚さ２００人）およびＡ悲層
６Ｃ（厚さ４６００Ａ）から構成され、ゲート長０．５
４ｍ１ゲ一ト幅２８０μｍである。ソース電極４、ドレ
イン電極５およびゲート電極６の表面、および、これら
の電極で覆われていないチャンネル層３の表面はプラズ
マＣＶＤで形成された窒化シリコン膜７で覆われている
。(The channel layer 3 can also be formed by ion implantation.) A source electrode 4 and a drain electrode 5 made of metal are provided on the channel layer 3 to form an ohmic contact. A gate electrode 6 is provided on the channel layer 3 between the source electrode 4 and the drain electrode 5. The gate electrode 6 has a TiAl layer 6A (200 mm thick) on the surface in contact with the channel layer 3, and a Ti layer 6B (200 mm thick) and an A-layer 6C (4600 mm thick) sequentially formed thereon. The gate length is 0.5.
The width of the 4m1 gate is 280 μm. The surfaces of the source electrode 4, drain electrode 5, and gate electrode 6, as well as the surface of the channel layer 3 not covered with these electrodes, are covered with a silicon nitride film 7 formed by plasma CVD.
このＭＥＳＦＥＴのドレイン電流（Ｉｄｓ）とドレイン
電圧（Ｖｄｓ）の関係を第２図に示す。FIG. 2 shows the relationship between the drain current (Ids) and drain voltage (Vds) of this MESFET.
１８ＧＨｚでの高周波動作特性として、１ｄＢ圧縮点で
の出力電力は１９ｄＢｍであり、その時の高周波利得は
８ｄＢである（Ｖｄｓ−８Ｖ、Ｉｄｓ＝４０ｍＡ）。こ
れらの特性は、ゲート電極としてＴ ｉ ／ Ｐ ｔ
／ Ａ ｕの多層構造（Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの厚さはそれ
ぞれ２００Ａ、１０００Ａ、４００ＯＡ）やＴｉ／Ａｎ
の多層構造（Ｔｉ、ＡＱの厚さはそれぞれ２０ＯＡ、４
６００Ａ）を用いた従来のＭＥ Ｓ Ｆ ＥＴと同等で
ある。As for the high frequency operation characteristics at 18 GHz, the output power at the 1 dB compression point is 19 dBm, and the high frequency gain at that time is 8 dB (Vds-8V, Ids=40 mA). These properties are consistent with T i /P t as the gate electrode
/ Au multilayer structure (Ti, Pt, and Au thicknesses are 200A, 1000A, and 400OA, respectively) and Ti/An
multilayer structure (Ti and AQ thicknesses are 20OA and 4
600A) is equivalent to the conventional MESFET using 600A).
また、本実施例のＭＥＳＦＥＴを高温（空気中、２９５
℃）で放置した場合のショットキー障壁の高さの経時変
化率を第３図に示す、同図には比較例としてゲート電極
にＴ ｉ ／ Ａ ｎの多層構造（Ｔｉ％ＡＱの厚さは
それぞれ２００Ａ、４６０ＯＡ）を用いた場合の変化率
も示す。実施例においては、初期値（０，７２ｅＶ）に
比べて１００時間経過後でも変化率は５％以下であり殆
ど変化していない。比較例であるＴ ｉ ／ Ａ ｎ構
造では、初期値（０，７２ｅＶ）に比べて１００時間経
過後で約３０％と著しく変化している。In addition, the MESFET of this example was heated at high temperature (in air, 295
Figure 3 shows the rate of change over time in the Schottky barrier height when left at The rate of change when using 200A and 460OA, respectively, is also shown. In the example, the rate of change is 5% or less compared to the initial value (0.72 eV) even after 100 hours, which is almost no change. In the T i /A n structure as a comparative example, there is a remarkable change of about 30% after 100 hours compared to the initial value (0.72 eV).
ＴｉＡＱ、層６Ａの形成方法は、原料ソースとしてＴ
ｉ Ａ Ｑ 、化合物またはＴｉ％ＡＱ金属の混合物（
合金を含む）をもちいた真空蒸着法やスパッタリング法
である。また、ＭＢＥ （分子線ビームエピタキシー法
）などにより数十穴のＴｉ、Ａｎの各金属層を交互に多
層積層し、半導体が分解しない温度（ＧａＡｓの場合は
３００℃以下）で熱処理することでも形成できる。The method for forming the TiAQ layer 6A uses T as the raw material source.
iAQ, compound or mixture of Ti%AQ metals (
These are vacuum evaporation methods and sputtering methods using materials (including alloys). It can also be formed by alternately stacking several dozen Ti and An metal layers using MBE (molecular beam epitaxy), etc., and then heat-treating them at a temperature that does not decompose the semiconductor (300°C or less in the case of GaAs). can.
以上の実施例ではｍ−Ｖ族化合物半導体としてＧ ａ
Ａ ｓを用いたが、ＩｎＰｌＡｆｉＧａＡｓなどでも本
発明は適用しつる。In the above embodiments, Ga is used as the m-V group compound semiconductor.
Although As was used, the present invention is also applicable to InPlAfiGaAs and the like.
以上、説明したように本発明によるショットキー障壁型
半導体装置は、ｍ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体と
、該半導体の一主面上に形成されたＴｉＡＱ、金属間化
合物からなるショットキー電極を含むものであるので、
ショットキー電極の経時変化がなく安定な動作が可能で
ある。As described above, the Schottky barrier type semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor made of an m-V group compound semiconductor, and a Schottky electrode made of TiAQ and an intermetallic compound formed on one main surface of the semiconductor. Since it includes
Stable operation is possible with no deterioration of the Schottky electrode over time.
または、ＧａＡｓを主成分とする半導体と、該半導体の
一主面上に形成されたドレイン電極およびソース電極と
、該ドレイン電極およびソース電極の間に形成されたＴ
ｉＡＡ、金属間化合物からなるショットキー型ゲ・−ト
電極を含む電界効果型トランジスタであるので、高温で
の、特に高出力トランジスタとしての動作においてもゲ
ート電極の劣化がなく安定した動作が可能である。Alternatively, a semiconductor mainly composed of GaAs, a drain electrode and a source electrode formed on one main surface of the semiconductor, and a T formed between the drain electrode and the source electrode.
Since it is a field effect transistor that includes a Schottky gate electrode made of iAA and an intermetallic compound, it can operate stably without deterioration of the gate electrode even at high temperatures, especially when operating as a high output transistor. be.
第１図は、本発明による実施例であるＭＥＳＦＥＴの断
面構造、
第２図は、本発明による実施例であるＭ、ＥＳＦＥＴの
ドレイン電流とドレイン電圧の関係を示す図、
第３図は、本実施例と比較例であるＭＥＳＦＥＴを高温
で放置した場合のショットキー障壁の高さの経時変化率
を示す図、
第４図は、従来技術による劣化を生じたゲート電極とＧ
ａＡＳ半導体界面の深さ方向の組成分析結果を示す図で
ある。
図中において、
１・・・半絶縁性Ｇ ａ Ａ ｓ基板、２・・・バッフ
ァ層、 ３・・・チャンネル層、４・・・ソース電極
、 ５・・・ドレイン電極、６・・・ゲート電極、
６Ａ・・・Ｔ ｉ Ａ Ｑ 、層、６Ｂ・・・Ｔｉ層、
６Ｃ・・・ＡＡ層７・・・窒化シリコン膜
第１図FIG. 1 is a cross-sectional structure of a MESFET that is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the drain current and drain voltage of a MESFET that is an embodiment of the present invention. Figure 4 shows the rate of change in Schottky barrier height over time when the MESFETs of Example and Comparative Example are left at high temperatures.
FIG. 4 is a diagram showing the results of compositional analysis in the depth direction of an aAS semiconductor interface. In the figure, 1... Semi-insulating GaAs substrate, 2... Buffer layer, 3... Channel layer, 4... Source electrode, 5... Drain electrode, 6... Gate electrode,
6A...T i A Q layer, 6B... Ti layer,
6C...AA layer 7...Silicon nitride film Fig. 1
Claims (2)
導体の一主面上に形成されたＴｉＡｌ、金属間化合物か
らなるショットキー電極を含むことを特徴とするショッ
トキー障壁型半導体装置。(1) A Schottky barrier type semiconductor device comprising a semiconductor made of a III-V group compound semiconductor, and a Schottky electrode made of TiAl and an intermetallic compound formed on one main surface of the semiconductor.
導体の一主面上に形成されたドレイン電極およびソース
電極と、該ドレイン電極およびソース電極の間に形成さ
れたＴｉＡｌ、金属間化合物からなるショットキー型ゲ
ート電極を含む電界効果型トランジスタであることを特
徴とするショットキー障壁型半導体装置。(2) A semiconductor made of a III-V group compound semiconductor, a drain electrode and a source electrode formed on one main surface of the semiconductor, and TiAl and an intermetallic compound formed between the drain electrode and the source electrode. 1. A Schottky barrier semiconductor device characterized by being a field effect transistor including a Schottky gate electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5354290A JPH03256362A (en) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | Semiconductor device of schottky barrier type |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP5354290A JPH03256362A (en) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | Semiconductor device of schottky barrier type |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03256362A true JPH03256362A (en) | 1991-11-15 |
Family
ID=12945690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5354290A Pending JPH03256362A (en) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | Semiconductor device of schottky barrier type |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03256362A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6218733B1 (en) * | 1993-03-01 | 2001-04-17 | Motorola Inc. | Semiconductor device having a titanium-aluminum compound |
-
1990
- 1990-03-07 JP JP5354290A patent/JPH03256362A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6218733B1 (en) * | 1993-03-01 | 2001-04-17 | Motorola Inc. | Semiconductor device having a titanium-aluminum compound |
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