JPH0666455B2 - 半導体デバイス - Google Patents
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- JPH0666455B2 JPH0666455B2 JP62319133A JP31913387A JPH0666455B2 JP H0666455 B2 JPH0666455 B2 JP H0666455B2 JP 62319133 A JP62319133 A JP 62319133A JP 31913387 A JP31913387 A JP 31913387A JP H0666455 B2 JPH0666455 B2 JP H0666455B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture 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
- H01L21/18—Manufacture 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
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- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
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- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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- H01L2924/1025—Semiconducting materials
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- H01L2924/10329—Gallium arsenide [GaAs]
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Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、低抵抗接点を持つガリウム砒素半導体デバイ
スの製造に関するもので、特に、電流に低抵抗経路を与
えるために少量のインジウムを含む、熱的に安定な接点
の作成に関するものである。この接点は、インジウムを
含む熱的に安定な金属間化合物または単一固体相もしく
はその両方を形成するために、追加の元素を含んでい
る。
スの製造に関するもので、特に、電流に低抵抗経路を与
えるために少量のインジウムを含む、熱的に安定な接点
の作成に関するものである。この接点は、インジウムを
含む熱的に安定な金属間化合物または単一固体相もしく
はその両方を形成するために、追加の元素を含んでい
る。
B.従来技術 半導体材料からつくられるデバイスには、その半導体材
料とそのデバイスの外部の電気回路との間に導電性経路
を設けるために、低抵抗接点を用いることがしばしばあ
る。電界効果トランジスタ(FET)は、低抵抗接点をも
つ半導体デバイスのありふれた例である。この低抵抗接
点は、オーミック接点として知られている形のもので、
トランジスタのソース端子およびドレイン端子を形成す
るのに用いられる。この低抵抗接点は半導体デバイスへ
の経路を形成し、半導体デバイスにまたはデバイスか
ら、著しい電圧降下なしで電流を流すことができる。
料とそのデバイスの外部の電気回路との間に導電性経路
を設けるために、低抵抗接点を用いることがしばしばあ
る。電界効果トランジスタ(FET)は、低抵抗接点をも
つ半導体デバイスのありふれた例である。この低抵抗接
点は、オーミック接点として知られている形のもので、
トランジスタのソース端子およびドレイン端子を形成す
るのに用いられる。この低抵抗接点は半導体デバイスへ
の経路を形成し、半導体デバイスにまたはデバイスか
ら、著しい電圧降下なしで電流を流すことができる。
本願で特に関心の対象とする半導体材料は、ガリウム砒
素(GaAs)である。GaAsへの低抵抗接点は、多くの高性
能の光学装置、マイクロ波装置、および論理装置の製造
にとって必須のものである。普通用いられるn型GaAs用
の低抵抗接点は、合金化された金−ニッケル−ゲルマニ
ウム(Au−Ni−Ge)系から成り、0.2ないし1.0オーム/
mmの範囲の接触抵抗を生ずる。GaAsの非オーミック(シ
ョットキー)接点の作成によく用いられる他の材料は、
ケイ化タングステン、および金層、チタン層、白金層で
ある。
素(GaAs)である。GaAsへの低抵抗接点は、多くの高性
能の光学装置、マイクロ波装置、および論理装置の製造
にとって必須のものである。普通用いられるn型GaAs用
の低抵抗接点は、合金化された金−ニッケル−ゲルマニ
ウム(Au−Ni−Ge)系から成り、0.2ないし1.0オーム/
mmの範囲の接触抵抗を生ずる。GaAsの非オーミック(シ
ョットキー)接点の作成によく用いられる他の材料は、
ケイ化タングステン、および金層、チタン層、白金層で
ある。
C.発明が解決しようとする問題点 前述のFETなどの半導体デバイスの製造と実装に際し、
低抵抗接点および非オーミク(ショットキー)ゲートの
形成後、デバイスの高温度、一般的に400℃に数分から
数時間の間、耐えることが必要である。このような長時
間加熱を行なうと、抵抗が増大する。たとえば、Au−Ni
−Geの抵抗は、400℃で5時間、接点をアニールする間
に、3倍に増大することが認められている。
低抵抗接点および非オーミク(ショットキー)ゲートの
形成後、デバイスの高温度、一般的に400℃に数分から
数時間の間、耐えることが必要である。このような長時
間加熱を行なうと、抵抗が増大する。たとえば、Au−Ni
−Geの抵抗は、400℃で5時間、接点をアニールする間
に、3倍に増大することが認められている。
低抵抗接点の作成に際し、材料の組成を適当に選び、か
つその低抵抗接点に使用する材料を付着させる前に基板
に清掃することによって、抵抗が最適になる。現在利用
できる技法を用いて、受け入れることのできる低い抵抗
値をもつ低抵抗接点を実現することができるが、長時間
の加熱によって抵抗が増大するという前述の問題がある
ために、現在使用されている低抵抗接点はその用途が限
られている。
つその低抵抗接点に使用する材料を付着させる前に基板
に清掃することによって、抵抗が最適になる。現在利用
できる技法を用いて、受け入れることのできる低い抵抗
値をもつ低抵抗接点を実現することができるが、長時間
の加熱によって抵抗が増大するという前述の問題がある
ために、現在使用されている低抵抗接点はその用途が限
られている。
D.問題点を解決するための手段 金属をトランジスタ・ソース端子、またはドレイン端子
の半導体材料と接触して配置したMESFET(金属半導体電
界効果トランジスタ)などの、ガリウム砒素半導体デバ
イス用低抵抗接点の作成によって、前述の問題点は克服
され、また他の利点が与えられる。本発明によると、こ
の低抵抗接点は、多量のインジウム、インジウムを含む
高融点金属化合物または単一固体相もしくはその両方を
形成する導電性金属、耐火材料、およびガリウム砒素か
ら成る。
の半導体材料と接触して配置したMESFET(金属半導体電
界効果トランジスタ)などの、ガリウム砒素半導体デバ
イス用低抵抗接点の作成によって、前述の問題点は克服
され、また他の利点が与えられる。本発明によると、こ
の低抵抗接点は、多量のインジウム、インジウムを含む
高融点金属化合物または単一固体相もしくはその両方を
形成する導電性金属、耐火材料、およびガリウム砒素か
ら成る。
本発明の接点構造は、その接点を室温と400℃の間で繰
返し熱サイクルにかけたり、あるいは約400℃という高
温に保持しても、その接点抵抗に何ら著しい変化が生じ
ないという意味で、低接点抵抗と良好な熱安定性をもた
らす。接点抵抗が低いのは、金属/GaAs界面にバリア高
(伝導帯とフェルミ・エネルギー準位の間のエネルギー
差)低いInGaAs相が形成されるためである。熱的に安定
なのは、インジウムを含む金属間化合物が形成されるこ
と、および接点頂部にタングステンなどの耐火材料が使
用されることによるものと考えられる。
返し熱サイクルにかけたり、あるいは約400℃という高
温に保持しても、その接点抵抗に何ら著しい変化が生じ
ないという意味で、低接点抵抗と良好な熱安定性をもた
らす。接点抵抗が低いのは、金属/GaAs界面にバリア高
(伝導帯とフェルミ・エネルギー準位の間のエネルギー
差)低いInGaAs相が形成されるためである。熱的に安定
なのは、インジウムを含む金属間化合物が形成されるこ
と、および接点頂部にタングステンなどの耐火材料が使
用されることによるものと考えられる。
この発明の今一つの特徴は、界面にインジウムの島を形
成せずインジウムガリウム砒素相が均一に分布するよう
に接点を作成することである。分布を均一にすると、ウ
ェハ上に形成されるより均一になった多数の接点の接点
抵抗が低くなり、かつ製造工程の一回ごとの再現性が向
上するので有利である。この均一性を実現するために
は、接点の作成中にインジウムとガリウム砒素の間にニ
ッケルなどの金属の層を配置する。インジウムは、GaAs
基板に直接付着させたとき、急速にガリウム砒素中に拡
散する傾向がある。ニッケル層は、加熱工程中にインジ
ウムと反応して、高い融点を持つ金属間化合物または単
一固体相もしくはその両方を形成する傾向があり、界面
に均一に分布して所期のインジウム−ニッケル化合物と
インジウムガリウム砒素相をもたらす。ニッケルは、イ
ンジウムのGaAs基板への流れを調節するものにもっとも
有効であることが判明した。ニッケル層により、インジ
ウムの拡散速度が調節される上に、接点金属とガリウム
砒素の間の付着力と湿潤性も向上する。
成せずインジウムガリウム砒素相が均一に分布するよう
に接点を作成することである。分布を均一にすると、ウ
ェハ上に形成されるより均一になった多数の接点の接点
抵抗が低くなり、かつ製造工程の一回ごとの再現性が向
上するので有利である。この均一性を実現するために
は、接点の作成中にインジウムとガリウム砒素の間にニ
ッケルなどの金属の層を配置する。インジウムは、GaAs
基板に直接付着させたとき、急速にガリウム砒素中に拡
散する傾向がある。ニッケル層は、加熱工程中にインジ
ウムと反応して、高い融点を持つ金属間化合物または単
一固体相もしくはその両方を形成する傾向があり、界面
に均一に分布して所期のインジウム−ニッケル化合物と
インジウムガリウム砒素相をもたらす。ニッケルは、イ
ンジウムのGaAs基板への流れを調節するものにもっとも
有効であることが判明した。ニッケル層により、インジ
ウムの拡散速度が調節される上に、接点金属とガリウム
砒素の間の付着力と湿潤性も向上する。
この発明のもう一つの特徴は、ニッケルがニッケル−イ
ンジウム化合物のGaAs基板との間に均一な低バリア高の
InGaAs層を形成することにより、その接点抵抗を減少さ
せることができることである。この発明の好ましい実施
例では、サンドウィッチ形の上側および下側のニッケル
層の間にインジウム層、またはインジウムとニッケルの
混合物の層を封入することによって、接点を作成する。
そのサンドウィッチ構成を、ガリウム砒素とタングステ
ンなどの導電性耐火材料層の間に配置する。接点の作成
に際し、材料の温度を、インジウムとニッケルの間で相
互作用を起こすのに充分な高さに上げる。
ンジウム化合物のGaAs基板との間に均一な低バリア高の
InGaAs層を形成することにより、その接点抵抗を減少さ
せることができることである。この発明の好ましい実施
例では、サンドウィッチ形の上側および下側のニッケル
層の間にインジウム層、またはインジウムとニッケルの
混合物の層を封入することによって、接点を作成する。
そのサンドウィッチ構成を、ガリウム砒素とタングステ
ンなどの導電性耐火材料層の間に配置する。接点の作成
に際し、材料の温度を、インジウムとニッケルの間で相
互作用を起こすのに充分な高さに上げる。
E.実施例 第1図に、半導体デバイス10の一部を示す。半導体デバ
イスはトランジスタ、ダイオード、または他のタイプの
部品であってもよい。デバイス10には、それに電気的接
続を行なうために、半導体材料から成る基板14上に接点
12が配置されている。一例を挙げると、接点12を用いて
電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域
との電気的接続を行なうことができる。この発明の好ま
しい実施例では、基板14の半導体材料はガリウム砒素で
ある。
イスはトランジスタ、ダイオード、または他のタイプの
部品であってもよい。デバイス10には、それに電気的接
続を行なうために、半導体材料から成る基板14上に接点
12が配置されている。一例を挙げると、接点12を用いて
電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域
との電気的接続を行なうことができる。この発明の好ま
しい実施例では、基板14の半導体材料はガリウム砒素で
ある。
接点の作成に際し、デバイス10から外部回路(図示せ
ず)への接続線の抵抗を最少にすること普通望ましい。
したがって、この好ましい実施例の接点12を作成するに
際し、この発明は接点抵抗を約0.5オーム/mm未満の低
い値に減少させる作成方法を対象としている。
ず)への接続線の抵抗を最少にすること普通望ましい。
したがって、この好ましい実施例の接点12を作成するに
際し、この発明は接点抵抗を約0.5オーム/mm未満の低
い値に減少させる作成方法を対象としている。
この発明の主要な特徴によれば、接点には、通常の環境
温度でも約400℃という高温でもその抵抗値を維持する
ほど熱的に安定であるという性質を備えている。このこ
とは、導電性の耐火材料の層16から接点12を作成し、か
つ熱的に安定なインジウム−ニッケルの化合物または単
一固体相を領域18中に分散させ、InGaAs層を層18と半導
体基板14の界面20に分散させることにより達成される。
温度でも約400℃という高温でもその抵抗値を維持する
ほど熱的に安定であるという性質を備えている。このこ
とは、導電性の耐火材料の層16から接点12を作成し、か
つ熱的に安定なインジウム−ニッケルの化合物または単
一固体相を領域18中に分散させ、InGaAs層を層18と半導
体基板14の界面20に分散させることにより達成される。
高温、少なくとも約800℃までは、融解せず昇華もしな
い材料が耐火性とみなされる。この発明の好ましい実施
例では、とくに好ましい耐火材料はタングステン(W)
であり、その他の適当な耐火材料には、ケイ化タングス
テン、チタン、および窒化チタンがある。
い材料が耐火性とみなされる。この発明の好ましい実施
例では、とくに好ましい耐火材料はタングステン(W)
であり、その他の適当な耐火材料には、ケイ化タングス
テン、チタン、および窒化チタンがある。
第2図に、第1図のデバイス10の接点12の作成工程を示
す。接点12の作成は、ニッケル(Ni)層およびインジウ
ム(In)層をガリウム砒素(GaAs)上に蒸着することか
ら始まる。この蒸着は、真空の蒸着室(図示せず)内で
行なう。ニッケルとインジウムを、別々のるつぼ22と24
とに入れ、その中で電子ビーム法や電気抵抗加熱法など
従来の方法で加熱する。ニッケル原子とインジウム原子
が、それぞれるつぼ22と24から蒸発して、基板14上に蒸
着する。
す。接点12の作成は、ニッケル(Ni)層およびインジウ
ム(In)層をガリウム砒素(GaAs)上に蒸着することか
ら始まる。この蒸着は、真空の蒸着室(図示せず)内で
行なう。ニッケルとインジウムを、別々のるつぼ22と24
とに入れ、その中で電子ビーム法や電気抵抗加熱法など
従来の方法で加熱する。ニッケル原子とインジウム原子
が、それぞれるつぼ22と24から蒸発して、基板14上に蒸
着する。
この発明の一つの特徴によれば、ニッケル層26がまず基
板14のバルク半導体材料上に蒸着する。次に、インジウ
ムまたはインジウム−ニッケル混合物が、層26上に層28
として蒸着する。続いて、ニツケル層30が層28の上に蒸
着する。ニッケルおよびインジウムの蒸着を第2図のス
テップAに示す。
板14のバルク半導体材料上に蒸着する。次に、インジウ
ムまたはインジウム−ニッケル混合物が、層26上に層28
として蒸着する。続いて、ニツケル層30が層28の上に蒸
着する。ニッケルおよびインジウムの蒸着を第2図のス
テップAに示す。
接点12の作成を第2図のステップBでも続ける。ステッ
プBでは、タングステンなどの耐火材料の層32を、層30
上に従来の方法で蒸着する。4つの層26、28、30および
32からなる構造物とその下の基板14のバルク・ガリウム
砒素とを後の加熱ステップ中に汚染から保護し、かつ基
板14のガリウム砒素から砒素が外方拡散するのを防ぐた
めに、窒化ケイ素(Si3N4)の層34でこの構造物を被覆
して密封する。
プBでは、タングステンなどの耐火材料の層32を、層30
上に従来の方法で蒸着する。4つの層26、28、30および
32からなる構造物とその下の基板14のバルク・ガリウム
砒素とを後の加熱ステップ中に汚染から保護し、かつ基
板14のガリウム砒素から砒素が外方拡散するのを防ぐた
めに、窒化ケイ素(Si3N4)の層34でこの構造物を被覆
して密封する。
オーミック接点12の作成をさらに続けて、接点12を十分
な温度、すなわち700ないし1200℃の範囲の形成温度に
まで加熱する。この形成温度で、ニッケルとインジウム
が相互作用を起こして、インジウム原子がニッケル層26
を通って材料14のガリウム砒素中に移動し、界面20に均
一なInGaAs層が生成する。アルゴン−水素混合物の環境
は、不純物が窒化ケイ素層中の欠陥を通過するのを防止
して、加熱の間、接点12の純度を確保するのに役立つ。
オーミック接点の形成後、被覆層34を従来のエッチング
工程などによって除去すると、第2図のステップCに示
すように接点12の作成が完了する。接点12は今や、デバ
イス10を外部回路に接続するための、金または銅などの
金属導体をいつでも設けることができる状態にある。
な温度、すなわち700ないし1200℃の範囲の形成温度に
まで加熱する。この形成温度で、ニッケルとインジウム
が相互作用を起こして、インジウム原子がニッケル層26
を通って材料14のガリウム砒素中に移動し、界面20に均
一なInGaAs層が生成する。アルゴン−水素混合物の環境
は、不純物が窒化ケイ素層中の欠陥を通過するのを防止
して、加熱の間、接点12の純度を確保するのに役立つ。
オーミック接点の形成後、被覆層34を従来のエッチング
工程などによって除去すると、第2図のステップCに示
すように接点12の作成が完了する。接点12は今や、デバ
イス10を外部回路に接続するための、金または銅などの
金属導体をいつでも設けることができる状態にある。
接点12の作成に際し、前述の工程により、少量のインジ
ウムがガリウム砒素と相互作用を起こしてインジウムが
ガリウム砒素中に大量に拡散することはないというこの
発明の特徴が実現される。その結果、界面20に前述のIn
GaAsの比較的薄い層が形成される。衆知のように、約80
0℃という高温度では、インジウムは、ガリウム砒素中
に急速に拡散する傾向がある。しかし、この発明による
と、そのような大量の内部拡散は、ニッケル層26により
比較的おそい拡散速度に制限され、その結果、界面20
に、インジウム原子が極めて均一に分布することにな
る。このインジウム原子の分布は、製造工程において、
1回ごとに再現性があり、したがって第2図の工程によ
って作成さる接点12の特性の均一性が確保される。
ウムがガリウム砒素と相互作用を起こしてインジウムが
ガリウム砒素中に大量に拡散することはないというこの
発明の特徴が実現される。その結果、界面20に前述のIn
GaAsの比較的薄い層が形成される。衆知のように、約80
0℃という高温度では、インジウムは、ガリウム砒素中
に急速に拡散する傾向がある。しかし、この発明による
と、そのような大量の内部拡散は、ニッケル層26により
比較的おそい拡散速度に制限され、その結果、界面20
に、インジウム原子が極めて均一に分布することにな
る。このインジウム原子の分布は、製造工程において、
1回ごとに再現性があり、したがって第2図の工程によ
って作成さる接点12の特性の均一性が確保される。
この発明のもう一つの特徴は、比較的高い接点12の形成
温度、すなわち、700℃ないし1200℃という前述の温度
範囲でニッケルとインジウムを相互作用させることによ
って達成され、ニッケルとインジウムの金属間化合物ま
たはニッケルとインジウムの単一固体相もしくはその両
方が形成される。この金属間化合物および単一固体相
は、高い融点をもち、その結果接点12の熱安定性が向上
する。インジウムとニッケルを接合させることは、イン
ジウムが、層26を通過してガリウム砒素に拡散するのを
さらに制限する機構であり、したがって、この金属/Ga
As界面20で前述のInGaAs層の均一な分布を実現するとい
う、この発明の重要な特徴の一つである。ニッケル層26
がインジウムの拡散のバリアとして働くこと、および、
層28中の過剰なインジウムを結合させることがあいまっ
て、界面20でインジウムの高濃度の島または小球体が形
成されないようにインジウムを拡散が調節される。この
ようなインジウムの高濃度の島または小球体の形成は、
接点抵抗を増大させるが、製造工程で1回ごとに変動す
ることがある。先に指摘したように、インジウムの拡散
を調節すると島の形成が防止され、界面20におけるInGa
As層の必要とされる均一な微細分布が確保されて、低接
点抵抗が確実に得られ、製造工程一回ごとの接点12の特
性が均一になる。
温度、すなわち、700℃ないし1200℃という前述の温度
範囲でニッケルとインジウムを相互作用させることによ
って達成され、ニッケルとインジウムの金属間化合物ま
たはニッケルとインジウムの単一固体相もしくはその両
方が形成される。この金属間化合物および単一固体相
は、高い融点をもち、その結果接点12の熱安定性が向上
する。インジウムとニッケルを接合させることは、イン
ジウムが、層26を通過してガリウム砒素に拡散するのを
さらに制限する機構であり、したがって、この金属/Ga
As界面20で前述のInGaAs層の均一な分布を実現するとい
う、この発明の重要な特徴の一つである。ニッケル層26
がインジウムの拡散のバリアとして働くこと、および、
層28中の過剰なインジウムを結合させることがあいまっ
て、界面20でインジウムの高濃度の島または小球体が形
成されないようにインジウムを拡散が調節される。この
ようなインジウムの高濃度の島または小球体の形成は、
接点抵抗を増大させるが、製造工程で1回ごとに変動す
ることがある。先に指摘したように、インジウムの拡散
を調節すると島の形成が防止され、界面20におけるInGa
As層の必要とされる均一な微細分布が確保されて、低接
点抵抗が確実に得られ、製造工程一回ごとの接点12の特
性が均一になる。
4つの層26、28、30、および32からなる層状構造物の作
成に際し、その構造物の全高は約600Åであり、この発
明の好ましい実施例では各層の厚さは大体下記の値を使
用する。層26は厚さ50Åである。層28は厚さ100Åで純
粋のニッケルまたはインジウムとニッケルの混合物から
成る。層30は厚さ100Å、層32は厚さ300Åである。3つ
の層26、28および30からなる構造物に含まれるニッケル
とインジウムの総量については、ニッケルが約90原子
%、インジウムが約10原子%である。インジウムの使用
量は70%まで増やしてもよい。領域18内に形成されるニ
ッケルとインジウムの金属間化合物は、Ni3In、NiIn、N
i2In3およびNi3In7である。上記の化合物からわかるよ
うに、これらの化合物は、ニッケルとインジウムの比が
異なっており、したがってインジウム原子とニッケル原
子の局部濃度が異なっていてもインジウムの束縛が起こ
り得る。この濃度の差は、各層26、28、および30の原子
間の相互拡散中に自然に発生することがある。接点12な
らびにデバイス10の他の部分の望ましい形状は、フォト
リソグラフィー法、または反応性イオン・エッチング法
で形成される。これらの技法は、半導体デバイスの製造
において衆知のものある。
成に際し、その構造物の全高は約600Åであり、この発
明の好ましい実施例では各層の厚さは大体下記の値を使
用する。層26は厚さ50Åである。層28は厚さ100Åで純
粋のニッケルまたはインジウムとニッケルの混合物から
成る。層30は厚さ100Å、層32は厚さ300Åである。3つ
の層26、28および30からなる構造物に含まれるニッケル
とインジウムの総量については、ニッケルが約90原子
%、インジウムが約10原子%である。インジウムの使用
量は70%まで増やしてもよい。領域18内に形成されるニ
ッケルとインジウムの金属間化合物は、Ni3In、NiIn、N
i2In3およびNi3In7である。上記の化合物からわかるよ
うに、これらの化合物は、ニッケルとインジウムの比が
異なっており、したがってインジウム原子とニッケル原
子の局部濃度が異なっていてもインジウムの束縛が起こ
り得る。この濃度の差は、各層26、28、および30の原子
間の相互拡散中に自然に発生することがある。接点12な
らびにデバイス10の他の部分の望ましい形状は、フォト
リソグラフィー法、または反応性イオン・エッチング法
で形成される。これらの技法は、半導体デバイスの製造
において衆知のものある。
この発明のもう一つの実施例として、層28を、インジウ
ム単独で、またはインジウムとニッケルの混合物で形成
できることにも留意されたい。
ム単独で、またはインジウムとニッケルの混合物で形成
できることにも留意されたい。
この好ましい実施例では、インジウムがガリウム砒素中
に拡散する速度を制限するバリアとしてニッケルを層26
に使用したが、ニッケルの代りにパリジウム、チタン、
マンガン、白金など他の金属も層26に同様に蒸着させる
ことができ、インジウムと熱的に安定な金属間化合物を
形成することにより、基板14の半導体材料中にインジウ
ムが拡散する速度が調節されると考えられる。接点12の
構造を接点形成温度にまで加熱することについて、約1
ないし2秒間隔で赤外線の強いビームを用いたフラッシ
ュ加熱法が使用できることに留意されたい。そのような
フラッシュ加熱法は衆知のものであり、そうしたフラッ
シュ加熱法のできる機器が市販されている。このフラッ
シュ加熱は、加熱時間が比較的短いためにガリウム砒素
中に拡散するインジウムの量を制限する助けとなるの
で、有利である。さらに、この発明の方法は、複雑な機
器が不要であり、分子線エピタキシーや有機物分子科学
蒸着法に伴うような工程を必要としないという点で有利
であることにも留意されたい。また、層26にニッケルを
使用することにより、接点12の金属とガリウム砒素基板
14との間の付着力と湿潤性が向上することにも留意され
たい。
に拡散する速度を制限するバリアとしてニッケルを層26
に使用したが、ニッケルの代りにパリジウム、チタン、
マンガン、白金など他の金属も層26に同様に蒸着させる
ことができ、インジウムと熱的に安定な金属間化合物を
形成することにより、基板14の半導体材料中にインジウ
ムが拡散する速度が調節されると考えられる。接点12の
構造を接点形成温度にまで加熱することについて、約1
ないし2秒間隔で赤外線の強いビームを用いたフラッシ
ュ加熱法が使用できることに留意されたい。そのような
フラッシュ加熱法は衆知のものであり、そうしたフラッ
シュ加熱法のできる機器が市販されている。このフラッ
シュ加熱は、加熱時間が比較的短いためにガリウム砒素
中に拡散するインジウムの量を制限する助けとなるの
で、有利である。さらに、この発明の方法は、複雑な機
器が不要であり、分子線エピタキシーや有機物分子科学
蒸着法に伴うような工程を必要としないという点で有利
であることにも留意されたい。また、層26にニッケルを
使用することにより、接点12の金属とガリウム砒素基板
14との間の付着力と湿潤性が向上することにも留意され
たい。
前記のニッケルとインジウムの金属間化合物は、800℃
以上の融点をもち、したがって環境温度が室温から400
℃に変わっても接点抵抗の安定性にほとんど影響がない
という熱安定性が確保される。前記の製作工程では、0.
3オーム/mmの抵抗をもつオーミック接点がもたらされ
た。第3図に、実験的に得られた抵抗値を接点形成の際
の温度の函数として示す。第4図に、400℃の高温度で
の抵抗の安定性を時間の函数として示す。この発明の工
程は、またソース領域およびドレイン領域を注入シリコ
ンで作成し、温度を約800ど以上に上げてそのシリコン
を活性化させるという、MESFET(金属半導体電界効果ト
ランジスタ)作成の際にも好都合である。このようなシ
リコンの注入および活性化は、第2図の工程の加熱ステ
ップと同時に行なえる。
以上の融点をもち、したがって環境温度が室温から400
℃に変わっても接点抵抗の安定性にほとんど影響がない
という熱安定性が確保される。前記の製作工程では、0.
3オーム/mmの抵抗をもつオーミック接点がもたらされ
た。第3図に、実験的に得られた抵抗値を接点形成の際
の温度の函数として示す。第4図に、400℃の高温度で
の抵抗の安定性を時間の函数として示す。この発明の工
程は、またソース領域およびドレイン領域を注入シリコ
ンで作成し、温度を約800ど以上に上げてそのシリコン
を活性化させるという、MESFET(金属半導体電界効果ト
ランジスタ)作成の際にも好都合である。このようなシ
リコンの注入および活性化は、第2図の工程の加熱ステ
ップと同時に行なえる。
インジウムは800℃未満の温度で融解するため、第2図
の手順が使いやすくなっている。この温度は、接点12の
構造物を加熱する際に用いられる形成温度の範囲内にあ
る。それとは対照的に、その結果生じる金属間化合物
は、こうして温度では固体である。したがって、非耐火
性金属であるニッケルとインジウムを用いて、合金領域
18用の材料が生成される。この材料は、この発明では、
耐火性と見なすことができる。
の手順が使いやすくなっている。この温度は、接点12の
構造物を加熱する際に用いられる形成温度の範囲内にあ
る。それとは対照的に、その結果生じる金属間化合物
は、こうして温度では固体である。したがって、非耐火
性金属であるニッケルとインジウムを用いて、合金領域
18用の材料が生成される。この材料は、この発明では、
耐火性と見なすことができる。
GaAsデバイスが最良の性能をもたらすには、一般に熱的
に安定な低抵抗オーミック接点が必要である。金属間化
合物とのGaAsの界面でのドナー密度を増大させ、または
GaAsに接触する金属の伝導帯とフエルミ・エネルギー準
位の間のバリア高を下げると、n型GaAsに対する接触抵
抗を減少させることができる。ドナー密度を増大させる
には、一般に、高温で加熱して、金属からガリウム砒素
へのドナーの内部拡散を強化するとよい。このようなド
ナー・ドーピング技術は、AuNiGeなどのオーミック接点
を作成するのに広く用いられている。前述のバリア高を
下げるには、GaAsにインジウムを加えて、前記の界面で
InGaAsまたはInAsを生成させるとよい。
に安定な低抵抗オーミック接点が必要である。金属間化
合物とのGaAsの界面でのドナー密度を増大させ、または
GaAsに接触する金属の伝導帯とフエルミ・エネルギー準
位の間のバリア高を下げると、n型GaAsに対する接触抵
抗を減少させることができる。ドナー密度を増大させる
には、一般に、高温で加熱して、金属からガリウム砒素
へのドナーの内部拡散を強化するとよい。このようなド
ナー・ドーピング技術は、AuNiGeなどのオーミック接点
を作成するのに広く用いられている。前述のバリア高を
下げるには、GaAsにインジウムを加えて、前記の界面で
InGaAsまたはInAsを生成させるとよい。
界面にインジウムを使用し、かつ製造工程で高温度を用
いたオーミック接点は、インジウムの分布が不均一なた
め必ずしも抵抗が低くならない。先に第2図に関連して
説明したように、ガリウム砒素中へのインジウムの拡散
を調節するためにこの発明を実施しない場合、得られる
オーミック接点は、高抵抗となるはずである。このよう
な接点はInGaAs相の分布が不均一である。
いたオーミック接点は、インジウムの分布が不均一なた
め必ずしも抵抗が低くならない。先に第2図に関連して
説明したように、ガリウム砒素中へのインジウムの拡散
を調節するためにこの発明を実施しない場合、得られる
オーミック接点は、高抵抗となるはずである。このよう
な接点はInGaAs相の分布が不均一である。
熱安定性は、接点の作成に際して耐火性材料を用いると
改善できるが、低い接点抵抗を得るのは難しい。その理
由は、アニール手順中にドナー密度が増加しないこと、
および、耐火性材料を用いた接点の場合、バリア高を下
げるのが難しいことである。この制限は、発明の実施に
より克服された。
改善できるが、低い接点抵抗を得るのは難しい。その理
由は、アニール手順中にドナー密度が増加しないこと、
および、耐火性材料を用いた接点の場合、バリア高を下
げるのが難しいことである。この制限は、発明の実施に
より克服された。
MoGeWまたはGeWなどの耐火性材料中に比較的少量のイン
ジウムを加えてオーミック接点を製造するなら、金属間
化合物とガリウム砒素との界面にInGaAs相が形成される
ために、熱安定性を示す比較的低い接点抵抗が得られる
ことに注目されたい。インジウムをGaAs上に直接付着さ
せた場合、インジウムは、界面にInGaAs層を形成せず
に、GaAsバルク材料中に深く拡散するはずである。イン
ジウム層とGaAs層の間にゲルマニウムを付着させた場
合、ゲルマニウム層は、GaAs中へのインジウムの拡散に
対するバリアとして働くはずである。しかし、ゲルマニ
ウムとインジウムは混和しないので、インジウムは、ゲ
ルマニウム層の薄い領域、またはグレイン境界を通って
GaAs中に拡散し、その結果、InGaAs相の島が局部的に形
成されて、高接触抵抗をもたらし、製造工程の一回ごと
に得られる点にばらつきが生じることがあり得る。
ジウムを加えてオーミック接点を製造するなら、金属間
化合物とガリウム砒素との界面にInGaAs相が形成される
ために、熱安定性を示す比較的低い接点抵抗が得られる
ことに注目されたい。インジウムをGaAs上に直接付着さ
せた場合、インジウムは、界面にInGaAs層を形成せず
に、GaAsバルク材料中に深く拡散するはずである。イン
ジウム層とGaAs層の間にゲルマニウムを付着させた場
合、ゲルマニウム層は、GaAs中へのインジウムの拡散に
対するバリアとして働くはずである。しかし、ゲルマニ
ウムとインジウムは混和しないので、インジウムは、ゲ
ルマニウム層の薄い領域、またはグレイン境界を通って
GaAs中に拡散し、その結果、InGaAs相の島が局部的に形
成されて、高接触抵抗をもたらし、製造工程の一回ごと
に得られる点にばらつきが生じることがあり得る。
E.発明の効果 この発明は、金属/GaAsの界面に均一なInGaAs層を形成
し、また、この層の頂部に熱的に安定なインジウム化合
物を形成することによって、オーミック接点の品質の前
記の制限を克服し、それによって、製造工程一回ごとの
再現性を高めることができる。
し、また、この層の頂部に熱的に安定なインジウム化合
物を形成することによって、オーミック接点の品質の前
記の制限を克服し、それによって、製造工程一回ごとの
再現性を高めることができる。
第1図は、この発明にしたがって作成した熱的に安定な
低抵抗接点の概略的部分拡大側面図である。 第2図は、第1図の低抵抗接点の製造方法の諸ステップ
を示す。 第3図は、第1図の接点の接点抵抗と作成温度の関係を
示すグラフである。 第4図は、第1図の接点の400℃での接点抵抗の安定性
と加熱時間の関係を示すグラフである。
低抵抗接点の概略的部分拡大側面図である。 第2図は、第1図の低抵抗接点の製造方法の諸ステップ
を示す。 第3図は、第1図の接点の接点抵抗と作成温度の関係を
示すグラフである。 第4図は、第1図の接点の400℃での接点抵抗の安定性
と加熱時間の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】ガリウム砒素の基板と該基板への接点とを
有する半導体デバイスにおいて、 上記接点が、 導電性の耐火材料層と、 上記耐火材料層と上記基板との間に配置された、インジ
ウムを含む金属間化合物の金属層と、 上記金属層と上記基板との間に配置された 均一な分布を有するInGaAs層と を含んでいることを特徴とする半導体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US26337 | 1979-04-02 | ||
US07/026,337 US4796082A (en) | 1987-03-16 | 1987-03-16 | Thermally stable ohmic contact for gallium-arsenide |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63237470A JPS63237470A (ja) | 1988-10-03 |
JPH0666455B2 true JPH0666455B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=21831247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62319133A Expired - Fee Related JPH0666455B2 (ja) | 1987-03-16 | 1987-12-18 | 半導体デバイス |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4796082A (ja) |
EP (1) | EP0282781B1 (ja) |
JP (1) | JPH0666455B2 (ja) |
DE (1) | DE3882398T2 (ja) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5075755A (en) * | 1987-10-20 | 1991-12-24 | Bell Communications Research, Inc. | Epitaxial intermetallic contact for compound semiconductors |
US4930001A (en) * | 1989-03-23 | 1990-05-29 | Hughes Aircraft Company | Alloy bonded indium bumps and methods of processing same |
JPH03230552A (ja) * | 1990-02-05 | 1991-10-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体素子実装用接合材 |
US5045502A (en) * | 1990-05-10 | 1991-09-03 | Bell Communications Research, Inc. | PdIn ohmic contact to GaAs |
US5063174A (en) * | 1990-09-18 | 1991-11-05 | Polaroid Corporation | Si/Au/Ni alloyed ohmic contact to n-GaAs and fabricating process therefor |
JPH07109830B2 (ja) * | 1990-10-22 | 1995-11-22 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | 薄膜積層体における障壁の改良 |
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