JPH04357827A - 電子素子およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料に低抵抗の
接触を作る方法に関し、特に、ＩＩＩ−Ｖ族材料にオー
ム接触を作る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体技術における顕著な展開の
１つは、化合物半導体の需要と重要性が増したことであ
る。特に、ガリウム砒素やインジウム燐のような周期律
表の第ＩＩＩ族および第Ｖ族の元素で構成されるＩＩＩ
−Ｖ族化合物がそうである。これらは、ＩＩＩ−Ｖ族半
導体のバンド・ギャップ特性により、レーザ、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）、および光検出器などのホトニック素
子として役立つ。また、これらの材料は、電子移動度が
高いため、高速集積回路などの高速の電子素子の製造に
も有望である。ホトニック素子は、基板の表面上に一連
のエピタキシャル層（エピタキシャル層は、実質的に基
板の結晶構造の拡張部を構成する結晶構造を有するよう
に基板上に堆積させた材料の層である）を形成すること
によって作られることがしばしばある。例えば、インジ
ウム燐の基板上にエピタキシャル成長させたインジウム
・ガリウム・砒素・燐化合物に基づくレーザ構造は、シ
リカ・ベースの光ファイバの吸収損失が最小となる周波
数範囲の光を発する。また、高速の集積回路素子を作る
ために、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＩｎＰのよう
なインジウム燐基板上に成長させ変調ドープした他の構
造が使われてきた。

【０００３】ＩＩＩ−Ｖ族半導体素子として役に立つに
は、その素子に電流を流したり取り除いたりするために
、低抵抗の金属接触、即ちオーム金属接触がＩＩＩ−Ｖ
族材料に対して必要となる。このようなオーム接触は、
通常、半導体基板上に薄い金の膜を蒸着することによっ
て作られる。このような金薄膜は、かなり良好な電気的
特性を有する一方、基板に良く付かないことが頻繁にあ
り、均一性、再生可能性、および信頼性に乏しい特徴が
現れることもしばしばある。これらの問題の多くは、金
がＩＩＩ−Ｖ族材料と合金になってから基板中に拡散す
るという事実が主な原因である。１９８１年８月付けの
「応用物理ジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）」第５２巻、第８号のエィ
・パイオトロウスカ（Ａ．Ｐｉｏｔｒｏｗｓｋａ）他に
よる論文「Ａｕ／ＩｎＰ系における２成分化合物の形成
について（Ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　
Ｂｉｎａｒｙ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｉｎ　Ａｕ／Ｉｎ
Ｐ　Ｓｙｓｔｅｍ）」（ｐ．５１１２−ｐ．５１１７）
、および１９８３年４月付けの「電子素子のＩＥＥＥ報
告（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅｓ）」第ＥＤ−３０巻
、第４号のエィ・ケィ・チン（Ａ．Ｋ．Ｃｈｉｎ）他に
よる論文「ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ発光ダイオードにお
ける暗点欠陥源としてのｐ接触からの金の移動（Ｔｈｅ
　Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｏｌｄ　ｆｒｏｍ　ｔ
ｈｅ　ｐ−ｃｏｎｔａｃｔ　ａｓ　ａ　Ｓｏｕｒｃｅｏ
ｆ　Ｄａｒｋ　Ｓｐｏｔ　Ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎ　Ｉｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ　ＬＥＤ’ｓ）」（ｐ．３０４−ｐ
．３０９）において、基板への金の大きな拡散深度と結
果的に起こり得る問題点が示されている。１９８８年９
月付けの「光波技術ジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　Ｌｉｇｈｔ　Ｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」第
６巻、第９号のエィ・アール・グッドウィン（Ａ．Ｒ．
Ｇｏｏｄｗｉｎ）他による論文「単一モデルのファイバ
光通信リンクのための高信頼性半導体レーザの設計およ
び実現（Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚ
ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｈｉｇｈ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉ
ｔｙ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａｓｅｒ　ｆｏ
ｒ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅｌ　Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉ
ｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｌｉｎｋｓ）」
（ｐ．１４２４−ｐ．１４３４）には、動作中における
金の素子への電子移動による性能低下が示されている。 さらに、１９８４年６月付けの「固体電子工学（Ｓｏｌ
ｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」第２７
巻、第６号のエス・ナカハラ（Ｓ．Ｎａｋａｈａｒａ）
他による論文「亜鉛被覆とインジウム燐との間の相互作
用（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　Ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｚｉｎ
ｃ　ＭｅｔａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＩｎｄｉｕｍ　Ｐ
ｈｏｓｐｈｉｄｅ）」（ｐ．５５７−ｐ．５６４）で説
明されているように、接触に添加されたドーパント原子
はインジウム燐によって急速に拡散し、結果的に、オー
ム作用を低下させることがある。接触抵抗が高いと、効
率が悪くなって素子の速度が低下するだけでなく、動作
領域の温度を上昇させ、しきい値電流を高めることにつ
ながる。オーム接触の設計時にさらに配慮すべき点は、
リアクティブ・イオン・エッチング（リアクティブ・イ
オン・エッチングまたはドライ・エッチングは、金属被
膜のエッチングにプラズマ・イオンを選択的に使用する
周知の技術である）によってパターン化可能な金属を使
用することが望ましい点である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】均一性、再生可能性、
および信頼性を備え、良く接着し、半導体基板の電気的
特性に悪影響せず、さらにリアクティブ・イオン・エッ
チングをし易いオーム接触をＩＩＩ−Ｖ族半導体基板に
作る方法が必要とされてきた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＩＩＩ
−Ｖ族半導体材料基板上に形成されるオーム接触は、少
なくともタングステンとアンチモンによって構成された
薄膜から成る。好ましくは、８０〜９５重量％のタング
ステン、５〜１０重量％のアンチモン、および０〜１５
重量％のインジウムでオーム接触を構成する。薄膜は、
後で詳細に述べるような方法で、タングステン、アンチ
モン、およびインジウムを基板上に同時にスパッタリン
グすることによって付着させることが好ましい。

【０００６】

【作用】本発明によるオーム接触は、インジウム燐など
のＩＩＩ−Ｖ族半導体基板とは合金にならないが、それ
でも良く接着する。具体的に、発明者は、接触にインジ
ウムが存在すると、接触の付着性が助長され、シート抵
抗が減少することを発見した。基板内部への金属の拡散
はほとんどなく、動作中の電子移動も少ない。このオー
ム接触は、均一で、再生可能で、信頼性があり、かつ周
知のリアクティブ・イオン・エッチング技術によるパタ
ーン化に向いていることが分かった。

【０００７】本発明の前記およびその他の目的、特徴、
および利点は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明
を考察することにより、さらに良く理解することができ
る。

【０００８】

【実施例】レーザ、集積回路、光検出器、および発光ダ
イオードなどの多様な半導体素子にオーム接触を用いる
ことは、極めて周知であり、当分野では良く理解されて
いるので、説明を簡潔にするために、これらの異なる状
況においてオーム接触を使用することは説明しない。基
本的に、オーム接触とは、接合バリアーやショットキー
・バリアーを構成する境界面に対比して見た場合、金属
接触と半導体との間の境界面に電子的障壁（バリアー）
が無いか、あっても小さい接触のことである。電子的障
壁が非常に小さければ、その界面における電気の流れに
対する抵抗は小さい。このような接触を作るために半導
体上に金属を堆積させる種々の方法は、周知であるから
、以下の説明では、そのような方法の知識を前提として
いる。なお、それらの方法の幾つかは前記の従来の技術
において例示されている。

【０００９】図１は、ｐ型およびｎ型の不純物でそれぞ
れドープした半導体領域１２および１３の間の境界面で
形成された接合１１を有する半導体ダイオード１０を、
単に説明のために概略的に示している。金属接触１４お
よび１５は、ダイオードを外部の回路に接続するために
使用されるが、説明上、両接合とも、低抵抗の接触、即
ちオーム接触であることが求められる。半導体領域１２
および１３は、共にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料であり、こ
のダイオードは、光検出器として使用される種類のもの
であり、換言すれば、接合１１に光が入射すると電気を
発生する。当分野で周知のように、ＩＩＩ−Ｖ族半導体
ダイオードは、レーザ、ＬＥＤ、および整流器としても
使用することができる。

【００１０】本発明に従って、金属オーム接触１４は、
８０〜９５重量％のタングステン、５〜１０重量％のア
ンチモン、および０〜１５重量％のインジウムで構成さ
れる。この組成の金属接触は、極めて低抵抗の接触を半
導体に与えることが分かった。インジウムの存在は、シ
ート抵抗をかなり減少させ、接着を助けるが、オーム接
触の実現に不可欠なものではない。

【００１１】図２は、本発明に従ってＩＩＩ−Ｖ族半導
体にオーム接触を形成するために使用するスパッタリン
グ装置を概略的に例示する図である。本発明を実証する
ために使用されたスパッタリング装置１８は、ＣＶＣ６
０１スパッタリング・マシーンとして知られる装置であ
り、ニューヨーク、ロチェスターのＣＶＣ社から市販さ
れており、入手可能である。この装置は、複数の半導体
ウェハー２１を支持するために、中心軸２０によって駆
動される、回転可能な支持台１９を備えている。ウェハ
ーの下方には、付着用の材料源を構成する一組のターゲ
ット２３、２４、および２８が配置される。タングステ
ンのターゲット２３およびインジウムのターゲット２４
は、それぞれ直流電源２５および２６に接続されている
。アンチモンのターゲット２８は、整合回路２９を介し
て無線周波電源３０に接続されている。スパッタリング
装置１８は、真空ポンプ３２によって排気され、そして
クライオポンプ（ｃｒｙｏ　ｐｕｍｐまたはｃｒｙｏｐ
ｕｍｐ）３３によってさらに排気されるが、両ポンプと
も、バルブ３４によってスパッタリング装置に選択的に
接続される。バルブ３６によってスパッタリング装置に
選択的に接続されるアルゴン源３５から、制御された量
のアルゴンがスパッタリング装置へと導入される。

【００１２】当分野で周知のように、真空ポンプ３２と
クライオポンプ３３との組み合わせが、スパッタリング
装置１８の内部にほぼ真空を作り、アルゴン源３５によ
って、正確に制御されたガス分子源が装置内部に与えら
れる。直流電源２５および２６、ならびに無線周波電源
３０によって、ガスの分子がターゲット２３、２４、お
よび２８に向かって加速され、そのような分子の衝突が
、ターゲットの材料の分子を放出させるに十分なエネル
ギーを与える。そして、これらのターゲットの分子は、
ウェハー２１の下側３８に集まる。本発明に従って、３
つの金属は、放出される各金属の割合が電源２５、２６
、および３０の制御によって制御されて、すべて同時に
スパッタリングされる。

【００１３】スパッタリングの後、ウェハー２１は、別
個の炉の中で加熱することによりアニーリングする方が
好ましい。次に、フォトリソグラフィック・マスキング
およびエッチングなどの種々の行程を用いて、ウェハー
上に被覆した金属膜によって多数の電気的接触を形成す
ることができる。本発明の１つの特徴によれば、リアク
ティブ・イオン・エッチングとして知られる周知の処理
によって金属膜をカットまたはパターン化することがで
きる。一般に、ウェハーはその後、最終的に個々の電子
素子を構成する多数の単体のチップを形成するように切
断される。

【００１４】これまで行った本発明の実証において、イ
ンジウム燐の基板は、１０１８原子／ｃｍ３のｎ型ドー
ピングまたはｐ型ドーピングを与えるために、それぞれ
錫または亜鉛の何れかでドープした。基板は、硫酸と過
酸化水素の溶液中でエッチングすることによって表面の
酸化物を除去し、次に、イオン除去水の中でスプレー洗
浄を行い、吹き付け乾燥した。基板を図２に示すように
取り付けた後、スパッタリング装置を約２×１０−７ｔ
ｏｒｒのベース圧力まで低温真空引き（ｃｒｙｏ　ｐｕ
ｍｐ）した。アンチモンのターゲットは、動作中１００
〜１５０ワットの無線周波電力でバイアスし、タングス
テンとインジウムのターゲットは、８０〜２５０ｖの間
の直流電圧でバイアスした。スパッタリング中のアルゴ
ンの圧力は、５ｍｔｏｒｒ、標準条件の毎分約５０ｃｍ
３相当に維持したが、この場合のスパッタリング速度は
、一般に、毎分１〜２オングストロームであった。基板
は、ターゲットの上方で、そのコーティング用の（１０
０）結晶面を露出して毎分１０回転で回転した。形成さ
れた接触は、８０〜９５重量％のタングステン、５〜１
０重量％のアンチモン、および０〜１５重量％のインジ
ウムを有し、オーム性であった。スパッタリングの後、
温度３００〜４５０℃のアルゴン雰囲気中で１０〜３０
分の間、サンプル（基板）をアニーリングした。

【００１５】周知のとおり、直流でバイアスしたターゲ
ットに対するスパッタリング速度は、印加した直流電圧
の関数であり、無線周波でバイアスしたターゲットに対
する速度は、印加した無線周波電力の関数である。８０
〜１５０ｖの間の電圧でインジウム２４のターゲットを
バイアスしながら２００〜２５０ｖの間の電圧でタング
ステンのターゲット２３をバイアスした結果、スパッタ
リングされたタングステンの量はスパッタリングされた
インジウムの量を圧倒的に越えていた。周知のように、
スパッタリング速度は、アルゴンの圧力の関数でもある
。３つの金属をすべて含むか、または２つの金属を含む
単一のターゲットを使用してスパッタリングすることも
可能である。純粋なアンチモンは、抵抗が高いため、直
流電源によってバイアスすると、電化を蓄積しがちにな
り、あまり信頼性の高いスパッタリングができない。 従って、アンチモンのターゲット２８に対しては無線周
波のスパッタリングが望ましい。より電導性の高い金属
と組み合わせた場合には、直流スパッタリングが容易に
できる。さらに、蒸着などの他の被覆技術を原則的に除
外するような理由は無いものと思われる。

【００１６】作製した接触は、アニーリングした後、オ
ーム作用を示した。ｎ型のインジウム燐に作った接触は
、アニーリング前にオーム作用を示したが、ｐ型の接触
は、アニーリングを必要とするようである。５０から２
５０μｍの間のパターン寸法に対して、接触抵抗は、１
０−６Ω／ｃｍ２の範囲であった。約１０００オングス
トロームの厚さを有する膜のシート抵抗は、４００℃で
焼き入れした場合、面積当たり約１２Ωであった。顕微
鏡検査により、金属の半導体への合金化は全く無いか、
ほとんど無いことが分かった。結果として、同様の条件
下におけるインジウム燐のマトリックス内部の金の拡散
に比較すれば、半導体への金属の拡散はほとんどなかっ
た。これらの検査より、基板のアンチモンが半導体にイ
ンタフェースした低いバンド・ギャップを与える一方で
、金属接触中のインジウムが半導体基板からのインジウ
ムの拡散を最小限に留めているものと推測される。合金
接触とは異なり、固相反応のタングステン・インジウム
・アンチモン接触は、４５０℃のアニーリング後でも鋭
い横方向の電導率分布を維持する。

【００１７】以上の説明は、本発明を実施する方法を単
に説明するための実施例に関するものである。スパッタ
リングは、構成要素の金属を付着する好ましい方法であ
るが、これに代えて、他の方法を用いることも可能であ
る。アニーリングは、長期間の安定性を助け、接触抵抗
を減らすが、ｎ型の基板においてオーム接触を得る上で
必須ではない。この技術分野の当業者であれば、本発明
の種々の変形例が考えられるが、それらはいずれも本発
明の技術的範囲に包含される。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、均
一性、再生可能性、および信頼性を備え、良く接着し、
半導体基板の電気的特性に悪影響せず、さらにリアクテ
ィブ・イオン・エッチングをし易いようなオーム接触を
、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板に作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるオーム接触を有する半導体ダイオ
ードの略断面図である。

【図２】本発明によるオーム接触を作るために半導体上
に金属をスパッタリングする装置の略図である。

【符号の説明】

１０　　半導体ダイオード １１　　接合 １２、１３ 半導体領域 １４、１５ 金属接触 １８　　スパッタリング装置 １９　　支持台 ２０　　中心軸 ２１　　半導体ウェハー ２３、２４、２８ ターゲット ２５、２６ 直流電源 ２９　　整合回路 ３０　　無線周波電源 ３２　　真空ポンプ ３３　　クライオポンプ ３５　　アルゴン源

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の基板と、前
   記基板に接着した実質的にオーム作用を示すオーム金属
   接触とを備え、前記オーム接触が、少なくともタングス
   テンとアンチモンによって構成された薄膜を含むことを
   特徴とする電子素子。
2. 【請求項２】　　前記オーム接触が、約８０〜９５重量
   ％のタングステン、約５〜１０重量％のアンチモン、お
   よび約０〜１５重量％のインジウムを含むことを特徴と
   する請求項１記載の電子素子。
3. 【請求項３】　　前記のタングステン、アンチモン、お
   よびインジウムが、前記基板にスパッタリングによって
   付着させられることを特徴とする請求項２記載の電子素
   子。
4. 【請求項４】　　前記のタングステン、アンチモン、お
   よびインジウムの前記スパッタリングが、同時に行われ
   、前記のタングステンおよびインジウムの前記スパッタ
   リングが、直流スパッタリングによって行われ、かつ前
   記アンチモンの前記スパッタリングが、無線周波スパッ
   タリングによって行われることを特徴とする請求項３記
   載の電子素子。
5. 【請求項５】　　前記基板が、結晶状のインジウム燐か
   ら成ることを特徴とする請求項４記載の電子素子。
6. 【請求項６】　　ＩＩＩ−Ｖ族材料の基板に、実質的に
   オーム作用を示すオーム接触を作るように、前記基板に
   金属膜を付着させるステップを含み、前記金属膜を付着
   させるステップにおいて、前記金属膜を形成するために
   、タングステンおよびアンチモンを、スパッタリングに
   よって前記基板上に堆積させることを特徴とする電子素
   子の製造方法。
7. 【請求項７】　　前記のタングステンおよびアンチモン
   を、同時にスパッタリングすることを特徴とする請求項
   ６記載の電子素子の製造方法。
8. 【請求項８】　　前記金属膜を形成するために、タング
   ステン、アンチモン、およびインジウムを同時にスパッ
   タリングして前記基板上に堆積させることを特徴とする
   請求項７記載の電子素子の製造方法。
9. 【請求項９】　　前記のタングステンおよびインジウム
   の前記スパッタリングが、直流スパッタリングによって
   行われ、かつ前記アンチモンの前記スパッタリングが、
   無線周波スパッタリングによって行われることを特徴と
   する請求項８記載の電子素子の製造方法。
10. 【請求項１０】　　前記基板が、結晶状のインジウム燐
    から成ることを特徴とする請求項９記載の電子素子の製
    造方法。
11. 【請求項１１】　　前記金属膜を形成するために、約８
    ０〜９５重量％のタングステン、約５〜１０重量％のア
    ンチモン、約０〜１５重量％のインジウムを、スパッタ
    リングによって堆積させることを特徴とする請求項１０
    記載の電子素子の製造方法。
12. 【請求項１２】　　スパッタリングの後、前記基板を、
    約４００℃を越える高温でアニーリングすることを特徴
    とする請求項１１記載の電子素子の製造方法。