JPH03278464A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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） 本発明にシｗｒｌ’キー電極の形成方法に改良を加えた
半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、スーパコンピュータや高周波通信用の通信機器に
は、シリコンよりも常温での電子移動度が倍から数倍高
いＱａＡａや工ｎＰ等の化合物半導体を形成母材に採用
した高速型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が多用さ
れている。これらのＦＥＴの中でも広く使用されるＱ　
ａ　Ａ　ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔとしては、絶縁ゲート型ＦＥＴ
（ＭＩＳ　ＦＥＴ）と金属／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ界面に生
じるシｍｙトキ障壁を利用したシｗｓｖトキゲート型Ｆ
ＥＴ　（ＭＥＳＦＥＴ）がある。このうちＭＩ　５ＦＥ
Ｔについては、安定で良質な絶縁膜が形成しにくいこと
によりその開発は非常に遅れてＳＶ、現在はＭＥＳＦＥ
Ｔが主流を占めている。

第２図にこの様なＭＥＳＦＥＴの製造方法を示ｔ。

先ず、半？ｅ縁性のＧａＡｓ基板１表面にＳｉをイオン
注入した後活性化のための熱処理２行りてＮ型半導捧層
２を形成する（礪２図（＆））。

次いで、全面を例えばアンモニア雰囲気中で熱処４を行
って窒化膜３．を形成する（第２図（ｂ））。

その麦熱処理装置から基板１を取り出し、全面を洗浄す
る（第２図（Ｃ））。

さらに基板１をスパッターリング装置にセットし、電化
タングステン薄を形成した後、この薄を工ｖチングで電
極４に加工する（第２図（ｄ））。

この様な工程を経ることによって、シｗｒ）キー電極４
を形成する事ができる。この電極はデバイス例えばＭＥ
ＳＦＥＴのゲート電極に使用される。この様に電極４と
Ｎ型半導体層２の間に窒化膜３．が介在しているために
シＩＦＷトキー接合の立ち上がり電圧を大きくした優れ
たシ雪ットキー電極を形成できる。

しかしながら、この様な製造方法では以下の様な問題が
ありた。

即ち、第２図ｔｅｌに示した洗浄工程に２いて、窒化膜
３．が剥れてしたり或は溶解してし才うのである。Ｃれ
は、窒化膜３１がＧａＡｓ基板ｌ基板へて極めてもろく
しかも酸やアルカリ等の洗浄液に侵されやすい事に起因
する。

尚、洗浄工程はない方が好ましいが、窒化膜３゜を形成
した後、基板を空気中晒すだけでその表面に自然酸化嗅
ができてしまうため、この膜を除去するのにこの工程が
必要なのである。

（発明が解決しようとする課題） 従来の半導体装置の製造方法は、半導体層とシｖｓｖト
キー金属の間に介在させる窒化膜を７１ツトキー金属形
成前に剥れてしまうために、高い１＜リアハイドのシ１
ットキー電極を形成できなかりた。

本発明（１上記問題点に鑑みなされたもので、半導体層
とシｍｖ）キー金１１＾の間に良好な窒化膜を介在させ
る事によって立ち上がｖｉ圧の高いシ１ットキー電極を
持った半導体装置の製造方法を提供する事を目的とする
。

〔発明の構成〕

（ａ題を解決するための手段） 上記目的を達成するために２本発明は化合物半導体層表
面にこの層とン努ットキー接合をなす薄膜を形成する工
程と、この薄膜上から前記化合物半導体層と前記薄膜の
界面に窒素或は窒素を含む物′ｉｉＬをイオン注入する
工程と、前記薄膜表面に導電性層を積層してシーＪｖト
キー′電極を形成する工程とを具備する＄を特徴とする
半導体装置の製造方法を提供するものである。

（作用） 本発明によれば、半導体層の表面に一旦シーｇｖトキー
金属の膜を被着したうえで、この膜を通して窒素或は窒
素を含んだ物質をこの半導体、１にイオン注入して窒化
膜を形成している。従りて、できた窒化膜表面がシ曹ッ
トキー金属膜によＶ被覆されるため、洗浄によりて窒化
膜が剥離する恐れは全くない。これにより半導体層と７
１＋ｖ）キー金属間には良好な窒１ヒ模が介在し、高い
立ち上が９電圧が得られる。

特に３００＾以下、５０Ａ以上が好ましい。これは５０
０Ａより厚くなると高い加速電圧が必要になりて薄い高
濃度の窒化膜が形成できないからであり、また３０Ａ未
満ではシｗｖトキ金礪膜自体の酸化などによＶ、金属／
半導体界面が変質し、シｗｖ）キ特性の劣化、再現性・
均一性の低下を生じるからである。

（実施例） 本発明の詳細を実施例を用いて説明する。

＠１図は本発明の一実施例に係るシＩＩｖトキーゲート
型電界効果トランジスタを示すものである。

先ず、半絶縁性ＱａＡｓ基板１表面に例えばＳｉイオン
を加速電圧５０ＫｅＶ、ドーズ量３Ｘ１０”Ｃｌ１ｌ−
”の条件にて注入した後、Ａ＠雰囲気中で８２０℃、２
０分のアニールを行りてｎ型半導体層２を形成する。こ
の半導体層は固相拡散法によりても或は、基板１に直接
エピタキシャル形成しても良Ｇ）。

次いで、Ｗ　Ｎ　ｘ　＠　３　、を５０Ａ１例えば反ら
性スパッタリンク法により堆積する（第１図（ａ））。

この恢、Ｎ、イオンを２　ＫｅＶ　、　５Ｘ　ｌ　０１
６ｃｒｃ為にて注入し、窒素膜３．と窒素’Ｊ　ｖチＷ
Ｎｘ膜３１を形成する（８１図（ｂｌ）。

この後、ＷＮｘ膜３．上に膜厚４０００ＡのＷｆｉをス
パッタリンク法により堆積し、フォトレジストを弔いた
通常のｉ　Ｉ＋ソグラフィ及びＣＦ４ガスを甲いた反応
性イオンエツチングを行ってＷ１３１ｆ［４２よびＷ　
Ｎ　ｘ　＄　３　雪の積層構造のゲート電極を形成する
（第１図（Ｃ））。

この後、このゲート電極をマスクにしてＳｉイオンを加
速電圧１２０ＫｅＶ、ドーズ量３Ｘ１０＋ｍｃｆｆｌ！
の条件にて半導体層１表面に打ち込み、さらにＡｓｈｓ
／Ａｒ混合雰囲気中にて８００℃。

２０分間のアニールを施してソース−ドレイン領域５，
６を形成する。最後に、ＡｕＧｅ合金からなるソース・
ドレイン電極７，８を形成することにより１シｗｖトキ
ーゲート型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）　　
が完成する（第１図（ｄ））。

以上の工程を経て形成したＧａＡｓｍＥＳＦＥＴとＷＪ
２図に示した方法で形成した従来のＧａＡａＭＥＳＦＥ
Ｔの特性を比較した。これによると。

従来のＧａＡｇＭＥＳＦＥＴではシｗｖトキ障壁の高さ
が０．７　ｅ　Ｖ程度でありたが１本実施例のものでは
この障壁が１．　Ｏｃ　Ｖと高められていた。両者の闇
で％ＦＥＴの閾値電圧ｖｔｈ　の再現性、ｊ＃ｌ−性に
ついての差はみられず良好でありた。両者の闇でシｗｙ
）キー電極の断面形状を顕微鏡によりて観察したところ
１本発明のものは窒化膜が極めて均一厚にて良好に形成
されている事が判りた。

この様に本発明のＭＥＳＦＥＴが優れているのは以下の
理由と考えられる。

ＷまたはＷを少なくとも含む薄膜を通してＮ型半導体の
表面近傍にＮ原子を導入しうるので、熱処理により結果
的にＷまたはＷを少なくとも會む薄膜とＮ型半導体との
間にＮ原子がドーピングされた中間層が形成される。十
分にＮ原子が導入された中間層を介した接合では、通常
のシｗｖトキ接合に比べて大きな障壁高さが得られる。

Ｎ原子が導入されたＧａＡｓ１ｉではＮの割付が大きく
なると通常のＭＥＳＦＥＴなどの製造工程にて多く用い
られるＮＨ４Ｆ　、ＨＣ／などの酸あるいは醇化性雰囲
気などに対して不安定となるが、本発明でに常時Ｗまた
はＷを少なくとも含む簿膜によりて被覆された形で工程
が進められるため、接合特性の劣ｆヒを生じず、再現性
・均一性も十分に得られる。また、ＷまたはＷを含む薄
膜を通したイオン注入によりＮ原子の導入を行うため、
薄膜を通さずにイオン注入を行う場合に比べて、薄い中
間層を容易に形成しうろことになり、ＦＥＴ形成のｖＡ
ｌそｃＤ％性２よび再現性の点で著しく有利である。

他方、Ｎ原子の存在は、むしろＷまたはＷを少なくとも
含む薄膜の耐熱性を向上させることが知られており、薄
ＲＸを通してイオン注入を行うことの障害とはならない
。

以上述べた製造方法を用いたにａ　Ａ　ｓＭＥＳＦＥＴ
を弔いてＤＣＦＬ回路方式からなるＩＣ，たとえばマル
チプレクサをＧａＡｓの３インチウェハ上に多数個形成
してその歩留まりを調べたところ、従来に比べて大幅に
向上した。これは、ＩＣの基本素子であるＧａＡ　ｓＭ
ＥＳＦＥＴのシラｖトキ障壁が高くなり５回路自体の動
作余裕が大きくなったことによる。

本発明にさらに詳細に検討した結果、以下の様にしても
、良い事が判明したユ ■注入するイオンとじてにＮ８に限るものではなく、Ｎ
素或は窒素を含んだ物質例えばＮ“Ｎ八等でも良い。

■シ、ｌｖトキー金属としてはＷＮｘに限るものではな
く　ｂ　Ｗ　ｂ　Ｗ　Ｓ　ｔ　ｘ　ｂ　Ｗ　Ｓ　Ｉ　Ｘ
　Ｎ　ｙ　ｓ　Ｔ　ｉ　Ｗ　等でも良い。

■シＷｗトキー金属の上に形成する導体としては％Ｗに
限るものではなく、上述した様なシｍｙトキー金属の他
、低抵抗でしかもシｗｙ）キー金属と良好に密層するも
の例えば門。１丁【でも良い。

■熱処理方法はＡｓＨ１／Ａｒ混合雰囲気によるキャッ
プレスアニールに限るものではなく、通常のキャップア
ニールでｔｌい。

■半導体層はここで（７Ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　１１ｉを
用いたがこれに限るものではなく、Ｐ型でも良い。また
。

今に導電型そ呈するものでなくても構わない。さらには
、ＱａＡｓ以外の也の化合物半導体例えばＩｎＰを用い
ても良い。

■イオン注入は半導体層表面とこの上のシｗｙトキー金
、ａ［にまで行りたが、半導体層表面だけに不純でか残
る様に行っても良い。

■本発明はＭＥＳＦＥＴを挙げて説明したが、これ以外
のン、ットキーｔ＝を備えたデバイス例えばシ１１１１
）キーダイオードにも適用できる。

〔発明の効果〕

上記構成により１極めてバリアハイドの高いシｗｖ）キ
ー電極を持った半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す工程順の断面図、
第２図は従来例を示す工程順の断面図である。 １−　Ｇ　ａ　Ａ　Ｈ基板、２−Ｎ型ＧａＡｇ層、３゜
・・・シ璽シトキー金属膜、３＠　　ｔ３Ｂ・・・窒化
膜、４・・・導電層、５・・・Ｎ十型ソース領域、６・
・・Ｎ＋型ドレイン領域、７・・・ソース電極、８・・
・ドレイン電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　化合物半導体層表面にこの層とシヨツトキー接合をな
   す薄膜を形成する工程と、この薄膜上から前記化合物半
   導体層と前記薄膜の界面に窒素或は窒素を含む物質をイ
   オン注入する工程と、前記薄膜表面に導電性層を積層し
   てシヨツトキー電極を形成する工程とを具備する事を特
   徴とする半導体装置の製造方法。