JPH0361346B2 - - Google Patents

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JPH0361346B2
JPH0361346B2 JP56184800A JP18480081A JPH0361346B2 JP H0361346 B2 JPH0361346 B2 JP H0361346B2 JP 56184800 A JP56184800 A JP 56184800A JP 18480081 A JP18480081 A JP 18480081A JP H0361346 B2 JPH0361346 B2 JP H0361346B2
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wti
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JP56184800A
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JPS5886724A (ja
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Masaoki Ishikawa
Hideaki Kozu
Kohei Higuchi
Hidekazu Okabayashi
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は数種類の金属膜からなる多層構造の電
極または配線に関し、特にマイクロ波用シヨツト
キ障壁ゲート型電界効果トランジスタの半導体上
に設けられるゲート電極、または集積回路部品な
どに用いられる絶縁体上の配線などに適した多層
膜からなる電極および配線の製造方法に関する。
各種半導体装置における電極および配線の形成は
極めて重要である。
以下、説明を簡単化するために半導体材料とし
てGaAsを用いたシヨツトキ障壁ゲート型電界効
果トランジスタ(以下単にFETと呼ぶ)の場合
について説明する。
通常GaAsを用いたFETは、高抵抗半導体基板
上に形成されたn型半導体層の表面にオーミツク
接触するソース電極およびドレイン電極とシヨツ
トキ接触するゲート電極とからなり、ゲート電極
により、ソース及びドレイン電極間のチヤンネル
層のコンダクタンスを変化させるものである。
このようなFETのゲート電極は高出力、低雑
音化のためには、ゲート配線抵抗が小さくてシヨ
ツトキ逆方向のリーク電流が小さく、且つ耐圧が
大きいことが望ましい。
従来、このようなシヨツトキ金属としてタング
ステンとチタンからなる合金(WTi)などが用
いられていた。
例えば、従来のFETの構造を第1図を用いて
説明すると、GaAs半導体基板1にホトレジスト
を用いてリフトオフ方法またはエツチング方法に
より例えば、WTi合金膜2を1000Åさらに金
(Au)3を3000Åから5000Å設けて、Au/WTi
の二層膜からなるゲート電極が設けられ、再び、
ホトレジストを用いて前記同様の方法により、オ
ーミツク接触されたソース電極4およびドレイン
電極5を設けてFETが得られた。
しかし、WTi合金は、(1)比抵抗が大きいため
に実用上は、さらに金膜を設けて、ゲート配線抵
抗を小さくしている。しかし、このために(2)高温
処理すると、金がWTi合金膜と反応し、さらに
GaAs基板に拡散してシヨツトキ耐圧が劣化し
て、ゲート電極の機能を失うことなどの問題があ
つた。
例えば、我々の一実験例を示すと、GaAs基板
(電子濃度1×1017cm-3)上に金を3000Å設けた
場合、WTi合金を1000Åその上にさらに金を
3000Å設けた二層膜構造の場合、WTi合金だけ
を1000Å設けた場合について、アルゴン雰囲気中
で熱処理(10分)すると、シヨツトキ逆方向電流
が5μAにおける耐圧の変化率を調べた結果、金だ
けの場合は300℃で70%、400℃では99%減少し、
WTi合金上に金が設けられた場合は、700℃〜
750℃で98%減少して、ほぼ完全に劣化してゲー
ト電極の機能は全く失なつてしまう。一方、
WTi合金だけの場合は800℃でも劣化しない。こ
のことは金がGaAs基板と反応しているためと推
定される。
以上述べたように、高温になるとAuの反応に
よるゲート電極および配線の劣化が発生する。こ
のため、Au下層に窒素ガスを添付した雰囲気中
での反応性スパツタにより窒化層を堆積するが、
あるいは窒素を含むRFプラズマ中に曝してAu下
層に設けられた金属層を窒化する方法が知られて
いる。即ち、結晶粒界を窒化物で埋めてAuの粒
界拡散を防止する方法である。
しかしながら、これらの従来方法で形成した
WTiの窒化層は膜質が悪く700〜950℃の高温に
おけるAuの拡散や下地との反応を防止すること
は難しい。
さらにプラズマ窒化法の場合では、試料がプラ
ズマに曝されることにより、いわゆる照射損傷と
呼ばれる特性の劣化が生じる。
次に基板が絶縁体の場合について述べる。
例えば集積回路部品などは、通常絶縁物として
SiO2とかSi3N4などが用いられ、この絶縁体上に
密着して多数の配線が設けられている。又は、こ
れらの絶縁物を用いずに配線の両極が接続された
以外は、空間の場合もある。しかし、これらのい
ずれの方法にしても、配線は低抵抗で耐熱性に優
れた配線が望まれる。現在、その多くはアルミニ
ウム(Al)が用いられているが、Alは良導体で
加工性に優れた長所がある反面、耐熱性に弱い欠
点があり、このことは配線を接続する工程のボン
デング、素子のマウントおよびパツケージに封入
などの加熱工程に不利であり、さらにこれからの
集積回路部品の製造法に多用されようとしている
イオン注入法などは、700℃から950℃の高温処理
を有する工程がある。このような高温処理を経る
と、Alは無論のこと前記金/WTiの場合でも絶
縁体上の配線金属は反応して密着性の劣化による
変形や剥離、断線などの異常や配線抵抗の変動な
どの問題が発生する。そして集積回路部品の場
合、同一基体上に多種の機能素子が組み込まれ、
それぞれが配線によつて連結されている。
したがつて、前記したゲート電極物質と他の素
子との連結に用いられる配線は同一物質であれば
集積回路部品の製造上、またコスト的にみて工業
上極めて有利である。
またGaAs基板上に通常行なわれるスパツタ法
によりWTi層を設ける方法では、一般にスパツ
タ法による膜は粒径の小さい柱状結晶となる性質
がある。従つて、上層に設けられたAuは、WTi
層の粒界を柱状方向に反応拡散し基板に到達して
特性劣化をもたらす。AuとWTiとの反応を抑え
るためWTi上にスパツタによるWTiN層を形成
しても、粒径即ち粒界構造は変わらないし、また
スパツタによるWTiN膜は堆積膜のため、WTi
同様の粒界構造のため粒界拡散を抑制しきれない
上、ピンホール等の欠陥を内包し、ここからAu
が反応拡散する問題もある。
一方WTi膜をプラズマ中に曝してWTiN化す
る方法では、窒化ガス種の濃度が低いため、厚い
窒化膜を形成し難い。厚い窒化膜を形成するため
には、基板に高いバイアス電圧を印加し、窒化ガ
ス種イオンを基板に電気的に引きつける必要があ
る。しかし、高バイアス電圧を印加すると、加速
されたイオン衝撃による特性の劣化(照射損傷)
が生じる上、不純物イオンの膜中への注入も生じ
る。さらに、真空やプラズマを使用する方法は、
生産性が低いという欠点もある。
これらの従来の方法による電極は700℃以上で
の熱処理でシヨツトキ特性が劣化するという問題
もあつた。
本発明の目的は前記したような欠点を改善した
低抵抗で耐熱性の優れた多層膜からなる電極およ
び配線の製造方法を提供することにある。
本発明によれば、本方法は半導体または絶縁体
などの基板上に多層膜からなるゲート電極および
配線の形成方法において基板上にタングステンと
チタンからなる合金WTi膜をスパツタ法で被着
し該合金膜表面をアンモニア(NH4)ガスと窒
化(N2)ガスの混合気流中で400℃から900℃の
所定の温度で熱処理して薄い窒化層を形成し、該
窒化層上に金(Au)を設けることを特徴とする
電極および配線の製造方法が得られる。
本発明のWTi層を設けたのち、高温のアンモ
ニアと窒素ガス雰囲気中でWTiを窒化し、
WTiNを形成する方法では、粒界に沿つて柱状
方向に深く窒化できる。また高温且つ窒化ガス種
の濃度が高いため、WTiNの粒径が成長し、ピ
ツトなどの欠陥や粒界の減少により緻密でバリヤ
性の高い良質の厚い膜が得られる。さらに本発明
の方法では大気圧中の加熱炉を用いるだけである
ので、照射損傷も発生しない上、高い生産性を確
保できる。しかも700℃以上の高温処理、例えば
イオン注入後の熱処理等、にも十分耐えられ、シ
ヨツトキ特性の劣化のない電極、配線構造が得ら
れる。
以下本発明について第2図および第3図を用い
て説明する。
第2図は本発明によるGaAsFETの多層膜から
なるゲート電極の製造方法を説明するため、素子
断面を模式的に示したものである。
本発明方法は第2図aに示すように電子濃度が
1×1017cm-3のGaAs半導体10上にスパツタ法
でタングステンとチタンからなる合金WTi(チタ
ン10重量パーセント)20をアルゴンガス雰囲気
4×10-3Torrで1500Å被着し、次にアンモニア
(NH4)ガスを窒素ガスで希釈した気流中で500
℃10分間熱処理してWTi合金表面を窒化して
WTi合金の窒化層30を形成する。この窒化層
の形成されている深さは、500℃、10分で約100Å
であるが、生成膜厚はアンモニアと窒素との混合
比にもよるが、温度が高い程、また、その時間が
長い程深く窒化される。次に、真空蒸着法により
金40を5000Å被着して、金/WTi合金の窒化
層/WTi合金からなる多層膜を形成する。次に
所定のホトレジストによるマスクを設けてドライ
エツチング法により不用な金、WTi合金の窒化
層、WTi合金を順次エツチング除去したのち、
マスクを除去してWTi合金21、WTi合金の窒
化層31、および金41によるゲート電極が設け
られる。そして、更にソース電極51とドレイン
電極61を設けてGaAsFETが得られる(第2図
b)。
このような金/WTi合金の窒化層/WTi合金
からなるゲート電極のシヨツトキ逆方向耐圧のア
ルゴンガス中で10分間熱処理したときの変化率を
第3図71に示した。同図81は比較試料とし
て、本発明の窒化処理を行なわなかつた、金/
WTi合金の耐熱性を示したものであるが、この
窒化処理なしのもののシヨツトキ耐圧はほぼ750
℃で完全に劣化するのに対して、本発明によるタ
ングステンとチタンからなる合金を窒化した方法
では、850℃でも全く低下せず、また金の拡散に
よる反応が防止されたため、配線の変形や剥離、
断線などは全く発生しない。
一方従来の方法により、反応性スパツタによる
WTiN膜やWTiのプラズマ窒化膜をバリヤ層に
用いた場合には、第3図にように700℃以上で劣
化が始まり、800℃の熱処理ではシヨツトキ耐圧
の大きな劣化が生じる。このように本願発明では
電極の耐熱性が著しく改善されており、電極形成
後に700℃以上の高温熱処理工程を必要とする半
導体装置に最適な電極、配線を提供できる。
このように本発明によれば、半導体または絶縁
体などの基板上に耐熱性の優れた低抵抗のゲート
電極および配線を得ることが出来る。
以上、本発明においてGaAs半導体および
SiO2Si3N4などの絶縁体上にゲート電極および配
線の製造方法について述べたが、他の基板上、例
えばSi、GaAsP、GaAsAlなどであつても、本発
明による効果は全く有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のGaAsFETの断面を模式的に示
した図、第2図a,bは、本発明によるFETの
多層膜からなるゲート電極の製造方法を説明する
ための図、第3図は本発明によるゲート電極と従
来のゲート電極のシヨツトキ耐圧の変化率を示し
たものであり、1および10はn型半導体基板2
および20,21はタングステンとチタンからな
る合金膜、4および51はソース電極、5および
61はドレイン電極、30および31はタングス
テンとチタンからなる合金の窒化層、3および4
0,41は金膜を示し、71および81はシヨツ
トキ耐圧の変化率の温度依存性を示したものであ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体または絶縁体などの基板上に多層膜か
    らなる電極または配線の形成方法において、前記
    基板上にタングステンとチタンからなる合金膜を
    スパツタ法で被着し、該合金膜表面をアンモニア
    (NH3)ガスと窒素(N2)ガスの混合気流中で
    400℃から900℃における所定の温度で熱処理して
    窒化層を形成し、該窒化層上に金(Au)を設け
    ることを特徴とする電極および配線の製造方法。
JP18480081A 1981-11-18 1981-11-18 電極および配線の製造方法 Granted JPS5886724A (ja)

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