JPH07122724A - n型半導体立方晶窒化ホウ素のオ−ミック電極およびその形成方法 - Google Patents
n型半導体立方晶窒化ホウ素のオ−ミック電極およびその形成方法Info
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Abstract
ップが広く耐熱性のある物質である。半導体デバイスと
する場合にオ−ミック電極は不可欠である。従来提案さ
れている電極は、高温環境下で劣化する。n型立方晶窒
化ホウ素のオ−ミック電極として、耐熱性のある電極構
造を提供することが目的である。 【構成】 Ti、Zr、Hfのホウ化物または窒化物の
層を立方晶窒化ホウ素の上に形成しこの上にAu層を設
ける。あるいはTi、Zr、Hfの層を立方晶窒化ホウ
素の上に設けて熱処理してこれらの窒化物、ホウ化物と
する。または、低接触抵抗金属層を立方晶窒化ホウ素の
上に形成し、W、Mo、Ta、Ptの拡散バリヤ層をそ
の上に形成してからAu層を形成する。
Description
ウ素のオ−ミック電極、およびn型半導体立方晶窒化ホ
ウ素のオ−ミック電極の形成方法に関する。さらに詳し
くは、耐熱半導体デバイスの製造に適する耐熱性の高い
n型半導体立方晶窒化ホウ素のオ−ミック電極、および
その製造方法に関する。
(1300℃)に富み、バンドギャップが広く(7e
V)、化学的にも安定である。耐熱性半導体、紫外〜可
視発光素子等への強い期待が寄せられている。しかし立
方晶窒化ホウ素(c−BN)は天然には存在しない。高
圧合成法によりバルク結晶が得られる。
ウ素ができるようになっている。通常の立方晶窒化ホウ
素は絶縁体である。Beをド−プするとp型の立方晶窒
化ホウ素が得られる。Si、Sをド−プしてn型にな
る。p型c−BNを種結晶として、この上にn型c−B
Nを高圧合成法で形成し、c−BNのpn接合を作る。
ウ素の半導体応用については、特開平4−11688
号がある。ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素を組み合わ
せた応用としては、本出願人による、特開平3−11
2177号
る材料を用いて半導体デバイスを作ろうという場合、オ
−ミック電極は極めて重要である。n型半導体立方晶窒
化ホウ素のオ−ミック電極としては本発明者により、次
のような提案がなされている。
Hf単体金属またはこれらを含む合金でオ−ミック電極
を作製する。 特開平4−29376号 Si、Sを含む金属、また
はSi、Sを含む合金によりオ−ミック電極を作製す
る。
a、In等の金属、またはこれらの合金によりオ−ミッ
ク電極を作製する。 特開平4−29378号 V、Nb、Taの単体金属
またはこれらの合金によりオ−ミック電極を製作する。
導体の薄膜または基板の上にオ−ミック接触するように
設けられた電極である。オ−ミック電極は順方向、逆方
向の抵抗が共に少ないことが要求される。半導体デバイ
スを製造する場合、オ−ミック電極から引き出す配線の
抵抗も低い事が必要である。そのために立方晶窒化ホウ
素のオ−ミック電極は、オ−ミック接続する電極の上
に、さらに抵抗率の低いAuやAlを積層しこれを引き
出し配線電極とした多層構造電極が採用される。
iやSを含む金属、B、Al、Ga、In、或はV、N
b、Ta等のオ−ミック電極が提案されている。いずれ
も立方晶窒化ホウ素に対して接触抵抗の低い電極を形成
できる。しかしそうはいっても、これらのオ−ミック電
極金属は抵抗率がAuより10倍以上高い。そのままで
は電極の抵抗が大きくなり過ぎる。引き出し配線抵抗を
低減するためにAuの積層が必要であった。金の積層は
ワイヤボンデイングのためにも有用である。また電極の
酸化など劣化を防ぐためにも必要である。
耐熱性半導体素子、紫外〜可視発光素子等への応用する
ためには、耐熱性に優れたオ−ミック電極の形成が不可
欠である。しかし、〜によって提案されている電極
は耐熱性がないということが分かってきた。前記の〜
で提案されているオ−ミック電極の内でも、Ti、Z
r、Hf等は高融点の金属である。高融点金属であるの
で、これらで形成したオ−ミック電極が熱に強いであろ
うと考えられる。
i、Zr、Hfのオ−ミック電極)/(Au)の積層構
造では、300℃程度の加熱により、Ti、Zr、Hf
等がAu中に容易に拡散する。拡散してTi、Zr、H
fがAu層の最外表面に析出する。すると引き出し抵抗
が増加する。つまり300℃程度の中程度の高温で使用
してもオ−ミック電極成分の析出のために特性が低下す
る。300℃程度でもこれらのデバイスは使えないとい
うことである。
しても、素子に大きい電流を流すと多大のジュ−ル熱が
発生するので、電極部分も加熱される。ために最外表面
にTi、Zr、Hfなどが析出する。この場合も次第に
引き出し抵抗が増大し、デバイスの特性を低下させると
いう問題があった。
た、電極を形成するTi、Zr、Hfなどの金属が、A
u層の上にまで拡散して最外層に析出することのないよ
うにした電極構造を提供することが目的である。
散、析出を防ぐために、本発明のn型立方晶窒化ホウ素
のオ−ミック電極は、次のA、Bの積層構造とする。
少なくとも一つの金属のホウ化物、又は窒化物、あるい
はTi、Zr、Hfの内の少なくとも一つの金属を含む
合金のホウ化物又は窒化物。 第2層:Au層
i、Zr、Hfのホウ化物、窒化物またはこれを含む合
金のホウ化物、窒化物を薄膜として形成しオ−ミック接
触させるものである。Ti、Zr、Hfを含むようにし
ているのは、これらの材料がn型立方晶窒化ホウ素に対
してオ−ミック電極を形成できるからである。金属その
ものでなく、ホウ化物、窒化物とするのは、拡散が起こ
らないようにするためである。オ−ミック接触を実現し
接触抵抗を小さくするために、300℃以上の基板温度
で第1層を形成するか或いは第1層を形成した後、30
0℃以上の温度で熱処理するのが望ましい。
層を設けたものは、300℃以上で熱処理すると金属が
Au層の上まで拡散し抵抗率が増えてしまうので使いも
のにはならない。
方晶窒化ホウ素の上に基板温度300℃以上で形成する
か、Ti、Zr、Hf等金属層をそれ以下の基板温度で
立方晶窒化ホウ素の上に形成した後300℃以上の温度
で熱処理し、Ti、Zr、Hfのいずれかと、基板のホ
ウ素、窒素とを反応させてTi、Zr、Hfのホウ化
物、窒化物を形成するようにしても良い。
ある。このため上記のいずれかの方法でホウ化物、窒化
物を形成した後、酸処理をして、Ti、Zr、Hf金属
を除く。これらの金属が残留していると、熱により残留
金属がAu層に拡散して電極の抵抗を上げるからであ
る。
記載のオ−ミック電極を形成する金属であれば良い。
つまり、Ti、Zr、Hf、或いはSi、Sを含む金
属、さらに、B、Al、Ga、In、またはV、Nb、
Ta等である。これらの内、特に、Ti、Zr、Hfの
単体金属あるいはこれを含む合金を低接触抵抗層とする
と好都合である。
構成する材料の拡散を防ぐ。拡散を防ぐのでここでは拡
散バリヤ層と名付けている。この層の材料自体が拡散す
るという意味ではない。この層の直下の低接触抵抗金属
層の材料が、この層を通じて拡散してゆくを防ぐのであ
る。低接触抵抗金属層材料の上方への移動を禁じている
のである。拡散バリヤ層としては、W、Mo、Ta、P
tの内の少なくとも一つの金属で形成するのが望まし
い。若しくはW、Mo、Ta、Ptの内少なくとも一つ
の金属を含む合金で形成する。
を防ぐものであるから、薄すぎるとバリヤとしての効果
がない。バリヤとしての効果があるためには、拡散バリ
ヤ層は100nm以上あることが必要である。拡散バリ
ヤ層は厚ければ厚いほどバリヤ効果が大きい。しかし厚
すぎるとコスト的に不利になる。またバリヤ層のために
抵抗が増えてしまう。それ故拡散バリヤ層の厚みは2μ
m以下であることが望ましい。つまり拡散バリヤ層の望
ましい膜厚は、100nm〜2μmである。
金属層を300℃以上の基板温度で形成するか、あるい
は第1層の低接触抵抗金属層を300℃以下で形成した
後に300℃以上の雰囲気で熱処理をする。これはn型
立方晶窒化ホウ素と第1層をオ−ミック接触させ、接触
抵抗を下げるためである。
低接触抵抗層を形成し、バリヤ層をその上に設け、さら
にAu層を設けると、バリヤ層が、低接触抵抗層の材料
とAuの相互拡散をほぼ完全に抑制できる事を初めて見
い出した。この思想に基づくものが構造Bである。第1
層は低接触抵抗材料として〜に表れる材料で形成す
る。但しTi、Zr、Hfのいずれかの金属または合金
であると特に接触抵抗の低いオ−ミック電極を形成でき
る。
a、Ptのひとつの金属または合金が適する。これらで
バリヤ層を作ると、下にあるTi、Zr、Hfの上向き
の拡散も、Auの下向きの拡散も同様に防ぐ事ができ
る。バリヤ層として、W、Mo、Ta、Ptを最適の材
料として挙げているが、これらの金属がどうして、低接
触抵抗層材料とAuの相互拡散を防ぐことができるのか
明らかではない。
を説明できよう。W、Mo、Ta、Ptはいずれも高融
点金属である。金属原子相互が強固な結合を作ってい
る。その結合を破って一つの原子を他の原子で置き換え
るのは容易ではない。ために、外部から他の原子が入っ
てきて元の金属原子を置換することが難しい。拡散とい
うのは、原子が濃度の高い領域から低い領域へと、濃度
の差を利用して広がる作用である。これは金属結合の中
では結合の手を他の原子で置き換え置き換えしながら少
しずつ内奥へ進行する作用である。
程高温でなければならないが、300℃程度の温度では
そのような置換は起こりにくいのである。ためにW、M
o、Ta、Ptは他の金属の侵入を許さず、従って、T
i、Zr、HfやAuの相互拡散を遮断することができ
る。拡散バリヤ層の作用により高温であっても拡散が起
こらず、低接触抵抗層のTi、Zr、HfがAu層の上
に析出するということがない。高温で使用しても、大電
流を流してジュ−ル熱が発生したとしてもオ−ミック電
極の特性が劣化しない。以上が構造Bの作用である。
を中間に設けるのではなく、低接触抵抗層が拡散しない
ように材料的な工夫をしている。金属のTi、Zr、H
fではなく、低接触抵抗層を窒化物またはホウ化物とし
ている。Ti、Zr、Hf金属をオ−ミック電極とした
時に、Auと相互拡散をするものは、低接触抵抗電極中
の未反応のTi、Zr、Hfであることを本発明者は見
い出した。
強固に反応した窒化物やホウ化物は容易に動かない。た
めにこれらがAu層にまで到達しない。従ってAu層に
入り、Au層の表面に析出するということはない。さら
にTi、Zr、Hfがホウ化物や窒化物を形成すると結
合エネルギ−が大きいので、これが解離することは容易
でない。ために拡散するとすれば化合物のまま移動しな
ければならないが、大きい分子が熱拡散する確率はきわ
めて小さい。
物にすることにより、電気抵抗が増加したり、オ−ミッ
ク接触でなくなったりする懸念がある。これが最も重大
な問題であろう。しかし本発明者が確かめたところで
は、これらの金属をホウ化物、窒化物にしても、依然オ
−ミック接触し、しかも接触抵抗は順逆対称で、十分に
低い。
化物の薄膜形成は2種類の方法によってなされる。ひと
つはこれらの金属のホウ化物や窒化物そのものを原料と
して、スパッタリングや蒸着、イオンプレ−テイングな
どにより形成することができる。
板の上にTi、Zr、Hf金属層を高温で形成し、ある
いは形成した後熱処理をすることにより、基板の窒素、
ホウ素と金属を化合させて窒化物、ホウ化物にする方法
である。この場合金属のTi、Zr、Hfが残留する
と、これが熱拡散してAu層の上に出てくるので、金属
を残留させてはならない。そこで、窒化物、ホウ化物に
した後、酸処理をして残留金属を除去する。この後Au
層を形成する。
厚、製法、基板温度、アニ−ル温度酸処理の有無などの
点で異なる様々な種類の電極を形成した。構造A、構造
Bに対応するものである。最上層は200nmの膜厚の
Au層である。これは真空蒸着により形成した。
0-5Torr以下の高真空雰囲気で、500℃に30分
保持する熱処理を行なって、熱処理の前後での電極の抵
抗率の変化を調べた。抵抗率は4探針法で測定した。得
られた結果を表1および表2に示す。表1は構造Aに対
応する。試料1〜15が本発明の実施例で試料16〜2
0は比較例である。
極の材料、第3欄はその膜厚を示す(nm)。第4欄は
オ−ミック電極の製造法である。第5欄は膜形成時の立
方晶窒化ホウ素基板の温度である。第6欄はアニ−ル温
度である。「なし」とあるのはアニ−ルしないという意
味である。第7欄は金(Au)蒸着前に酸処理をするか
どうか、するならどの酸を使うかを示す。「なし」とい
うのは酸処理をしないということである。第8欄は電極
の10-5Torr、500℃、30分の熱処理の前後で
の抵抗率の変化を示す。電極の抵抗率変化は、熱処理後
の抵抗率を、熱処理前の抵抗率で割った値によって示し
ている。個々の例についてグル−プ毎に説明する。
r、Hfの窒化物、ホウ化物を材料としこれらをタ−ゲ
ットとして、立方晶窒化ホウ素の基板を300℃以上に
加熱して、スパッタリングによって第1層を形成したも
のである。基板温度を高くして膜形成するのは、接触抵
抗を下げるためである。基板温度を300℃以上にして
薄膜形成しているので、この後熱処理をしていない。金
属を原料としないので残留金属が存在しない。それで酸
処理をしていない。第1層の上にAu層を設ける。これ
は蒸着によっている。試料1〜6は、500℃、30分
(10-5Torr)の加熱をしても、電極の抵抗率は殆
ど増えない。
熱前の1.1倍に過ぎない。試料4のZrB2 は加熱後
の抵抗が、加熱前の1.2倍である。加熱されても殆ど
電極の接触抵抗が変わらない。試料6のHfB2 も50
0℃、30分(10-5Torr)の加熱前後での抵抗変
化は僅かに1.1倍である。試料1〜6は何れも加熱に
よる抵抗の増加率が1.8以下である。
を室温にして、Ti、Zr、Hfの窒化物、ホウ化物を
材料として、立方晶窒化ホウ素の上に第1層を形成し、
300℃以上の温度で熱処理し、その上にAu層を形成
したものである。
で熱処理している。500℃、30分の加熱の前後での
接触抵抗の増加は僅か1.2倍である。試料8はZrB
2 の薄膜を形成し、300℃で熱処理している。加熱前
後での接触抵抗の変化は1.3倍である。試料9はHf
Nの薄膜を形成し350℃で熱処理した。加熱前後での
抵抗変化率は1.8倍である。
i、Zr、Hfの単体金属を立方晶窒化ホウ素の上に形
成しホウ化物、窒化物に変化させたものである。スパッ
タリングで膜形成する時に300℃以上の高温にする
か、あるいは膜形成してから300℃以上の温度で熱処
理している。これにより立方晶窒化ホウ素の構成原子と
膜原子を化合させて、Ti、Zr、Hfのホウ化物、窒
化物を生成する。未反応の金属が残るとこれがAu層へ
拡散する恐れがあるので、フッ酸により残留金属を除い
ている。
パッタリングしフッ酸処理をしている。この後Au層を
蒸着している。500℃30分の加熱の前後での接触抵
抗の増加は1.5倍であった。試料11は室温の立方晶
窒化ホウ素基板の上に、Zrをスパッタリングで形成し
た後、350℃で熱処理をしている。これにより、Zr
のホウ化物、窒化物を生成している。フッ酸で処理をし
て金属Zrを除く。このあとAu層を蒸着する。加熱前
後での接触抵抗の変化は1.4倍である。
化ホウ素基板の上に、Hfをスパッタリングし、Hfの
窒化物、ホウ化物を生成し、フッ酸処理して金属Hfを
除き、Au層を形成したものである。500℃30分の
加熱で電極の接触抵抗変化は僅かに1.2倍に過ぎな
い。
i、Zr、Hfを含む合金を、立方晶窒化ホウ素基板の
上に加熱状態でスパッタリングするか、室温でスパッタ
リングして熱処理している。これによりTi、Zr、H
fのホウ化物、窒化物を生成する。残留合金を除くため
にフッ酸、フッ硝酸で処理している。この後Au層を蒸
着する。
化ホウ素基板に、TiCをスパッタリングして、Tiの
ホウ化物、窒化物を作り、フッ酸処理で余分のTiCを
除去している。その後Au層を形成している。500
℃、30分の加熱前後での、電極の抵抗変化は、1.6
倍であった。
ZrB2 をスパッタリングして、300℃で熱処理して
いる。これもフッ酸による処理をしている。その後Au
層を設けている。500℃、30分の加熱前後での電極
の抵抗変化は1.8倍であった。
HfSiをスパッタリングして、400℃で熱処理して
いる。Hfのホウ化物、窒化物を作っている。これはフ
ッ硝酸による処理をしてから、Au層を形成した。50
0℃、30分の加熱前後での電極の抵抗変化は1.8倍
であった。
18は金属チタンを立方晶窒化ホウ素の上にスパッタリ
ングしている。酸処理をせず、その上にAu層を設けて
いる。スパッタリングするのは、窒化物やホウ化物では
なく単体金属チタンである。形成温度が300℃以下で
あるか、あるいは酸処理を欠くために、加熱によりチタ
ンのAu層での拡散が起こり抵抗率変化が大きくなって
いる。
iをスパッタリングしているので、Tiがホウ化物、窒
化物にならないのである。金属Tiが残るので、500
℃30分の加熱で抵抗が11倍に増加している。このよ
うに高温で著しく抵抗が増加するものはオ−ミック電極
Tとして使いものにならない。
板の上にTiをスパッタリングして、250℃で熱処理
している。温度が低いのでTiがすべて窒化物、ホウ化
物にならない。酸処理をしないのでTi金属が残留す
る。これが拡散するので、高温処理後の抵抗変化が10
倍になっている。
スパッタリングしている。Tiがホウ化物、窒化物にな
る。しかし一部の金属Tiが残る。酸処理により金属T
iを除いていない。このために、500℃30分の加熱
で抵抗が12倍に増加している。
50でZrB2 をスパッタリングしている。温度が低い
ので、Zrがホウ化物、窒化物にならないのである。金
属Zrが残る。酸処理していないから、金属Zrが残留
している。これがAu層のうえまで拡散するので、50
0℃30分の加熱で抵抗が16倍に増加している。
にHfSiをスパッタリングして400℃で熱処理して
いる。酸処理することなくAu層を形成するので、残留
したHfSiがAu層の上まで拡散する。500℃30
分の加熱で、抵抗が14倍になっている。比較例16〜
20のように高温で著しく抵抗が増加するものは耐熱性
デバイスのオ−ミック電極として使いものにならない。
次に構造Bに対応する実施例を説明する。
号、第2欄は電極構造である。始めの金属が第1層の低
接触抵抗層を形成する。次の金属が第2層の拡散バリヤ
層になる。これらの上にさらに金層(Au)を蒸着によ
り形成している。金層の厚みは200nmである。第3
欄が膜厚である。始めの数値が低接触抵抗層のものであ
る。次の数値が拡散バリヤ層のものである。
る。第5欄の基板温度は製造時の基板の温度である。ア
ニ−ルはする場合もありしない場合もある。しない場合
は「なし」と書いてある。電極の抵抗は4探針法で測定
している。抵抗率変化というのは、10-5Torr、5
00℃、30分の熱処理をした前後での抵抗率の比のこ
とである。試料NO.21〜34は本発明の実施例であ
る。試料NO.35〜38は比較例である。
ホウ素に接する第1層が、Ti、Zr、Hfのいずれか
で、第2層がW、Mo、Ta、Ptの拡散バリヤ層であ
り、第3層が金層である。基板温度を300℃以上にし
て低接触抵抗層(第1層)を形成するか、室温で形成し
た後、300℃以上でアニ−ルしている。
BN)基板を300℃に加熱して、Ti層(低接触抵抗
層)を20nmスパッタリングによって形成し、さらに
W層(バリヤ層)をスパッタリングで200nm形成
し、金を200nm積層したものである。500℃、3
0分の加熱で、抵抗率の変化は1.2倍であった。熱に
対して極めて強いことがわかる。
Ti層を20nmスパッタリングによって形成し、30
0℃でアニ−ルし、さらにWをスパッタリングで200
nm形成し、金を200nm積層したものである。50
0℃、30分の加熱で、抵抗率の変化は1.6倍であっ
た。
熱し、Ti層を35nmスパッタリングによって形成
し、さらにMoをスパッタリングで100nm形成し、
金を200nm積層したものである。500℃、30分
の加熱で、抵抗率の変化は1.5倍であった。バリヤ層
としてMoも有効であることを意味する。
熱し、Zr層を25nmスパッタリングによって形成
し、さらにTaをスパッタリングで250nm形成し、
金を200nm積層したものである。500℃、30分
の加熱で、抵抗率の変化は1.8倍であった。低接触抵
抗層としてZrを使うことができ、バリヤ層としてTa
も有効であることを意味する。
Hf層を20nmスパッタリングによって形成し、40
0℃でアニ−ルし、さらにPtをスパッタリングで20
0nm形成し、金を200nm積層したものである。5
00℃、30分の加熱で、抵抗率の変化は1.6倍であ
った。低接触抵抗層としてHfを、バリヤ層としてPt
を使うことが有効であるということを意味する。
層)の材料として、V、Nbを使う。これは特開平4
−29378に表れる材料である。試料26は、c−B
N基板を室温に保ち、V層を30nmスパッタリングに
よって形成し、300℃でアニ−ルし、さらにMoをス
パッタリングで350nm形成し、金を200nm積層
したものである。500℃、30分の加熱で、抵抗率の
変化は1.1倍であった。低接触抵抗層としてVを、バ
リヤ層としてMoを使うことが有効であるということを
意味する。
熱し、Nb層を30nmスパッタリングによって形成
し、さらにWをスパッタリングで150nm形成し、金
を200nm積層したものである。500℃、30分の
加熱で、抵抗率の変化は1.2倍であった。低接触抵抗
層としてNbを、バリヤ層としてWを使うことが有効で
あるということを意味する。
層)の材料として、Al、Bを使う。これは特開平4
−29377に表れる材料である。試料28は、c−B
N基板を300℃に加熱し、Al層を25nmスパッタ
リングによって形成し、300℃でアニ−ルし、さらに
Wをスパッタリングで200nm形成し、金を200n
m積層したものである。500℃、30分の加熱で、抵
抗率の変化は1.1倍であった。低接触抵抗層としてA
lを、バリヤ層としてWを使うことが有効であるという
ことを意味する。
B層を20nmスパッタリングによって形成し、350
℃でアニ−ルし、さらにMoをスパッタリングで100
nm形成し、金を200nm積層したものである。50
0℃、30分の加熱で、抵抗率の変化は1.5倍であっ
た。低接触抵抗層としてBを、バリヤ層としてMoを使
うことが有効であるということを意味する。
材料として、Taを含む合金を用いる。これは特開平
4−29378に表れる材料である。試料30は、c−
BN基板を350℃に加熱し、TaSi層を30nmス
パッタリングによって形成し、さらにPtをスパッタリ
ングで350nm形成し、金を200nm積層したもの
である。500℃、30分の加熱で、抵抗率の変化は
1.2倍であった。低接触抵抗層としてTaの合金を、
バリヤ層としてPtを使うのも有用である。
層)の材料として、Ti、Zr、Hf金属単体を用い
て、第2層がW、Mo、Ta、Ptの合金とする。T
i、Zr、Hfは特開平4−29375に表れる材料
である。試料31は、c−BN基板を300℃に加熱
し、Ti層を20nmスパッタリングによって形成し、
さらにWCをスパッタリングで150nm形成し、金を
200nm積層したものである。500℃、30分の加
熱で、抵抗率の変化は1.8倍であった。低接触抵抗層
としてTiを、バリヤ層としてWCを使うことが有用で
ある。
Zr層を25nmスパッタリングによって形成し、さら
にMoSiをスパッタリングで300nm形成し、金を
200nm積層したものである。500℃、30分の加
熱で、抵抗率の変化は1.6倍であった。低接触抵抗層
としてZrを、バリヤ層としてMoSiを使うことも有
用である。
熱し、Hf層を25nmスパッタリングによって形成
し、さらにTaBをスパッタリングで250nm形成
し、金を200nm積層したものである。500℃、3
0分の加熱で、抵抗率の変化は1.4倍であった。低接
触抵抗層としてHfを、バリヤ層としてTaBを使うこ
とが有用であることがわかる。
材料として、Zr金属単体を用いて、第2層がWする。
c−BN基板を室温に保持し、Zr層を20nmスパッ
タリングによって形成し、300℃でアニ−ルし、さら
にWをスパッタリングで100nm形成し、金を200
nm積層したものである。500℃、30分の加熱で、
抵抗率の変化は1.2倍であった。低接触抵抗層として
Zrを、バリヤ層としてWを使うことが有効である。
38は拡散バリヤ層を持つが薄いので、下の層の材料の
上向き拡散を十分に防ぐことができない。試料35は、
立方晶窒化ホウ素基板を300℃に加熱し、Tiをスパ
ッタリングして20nmのTi層を形成しさらにWをス
パッタリングして50nmのバリヤ層を作る。500
℃、30分の加熱で、抵抗率が5.1倍に増加した。こ
れはバリヤ層が薄くて、Tiの拡散を十分に抑制できな
いのであろう。
0℃に加熱し、Tiをスパッタリングして25nmのT
i層を形成しさらにMoをスパッタリングして70nm
のバリヤ層を作る。500℃、30分の加熱で、抵抗率
が4.6倍に増加した。これはバリヤ層が薄くて、Ti
の拡散を十分に抑制できないためであろう。
に維持し、Zrをスパッタリングして30nmのZr層
を形成し、400℃でアニ−ルをする。さらにMoをス
パッタリングして80nmのバリヤ層を作る。500
℃、30分の加熱で、抵抗率が4.2倍に増加した。こ
れはバリヤ層が薄くて、Zrの拡散を十分に抑制できな
いためであろう。
0℃に加熱し、Bをスパッタリングして30nmのB層
を形成したものである。バリヤ層を形成しない。500
℃、30分の加熱で、抵抗率が15倍に増加した。これ
はBが拡散して金層に入り金層の抵抗を大きく増加させ
たためであろう。
て、本発明の電極構造においては、電極の抵抗は十分に
低く、バルクのAuの抵抗値とほぼ同じ値であった。5
00℃、30分の熱処理をしても、電極表面はAuの色
のままであった。詳しく説明したように、熱処理の前後
で抵抗率が殆ど変化しなかった。
加が著しい。500℃、30分の熱処理により表面から
Auの色が消えてしまう。接触抵抗の値も5倍以上にな
る。不完全でもバリヤ層のある比較例試料35〜37は
10倍以下であるが、バリヤ層のないものは10倍以上
に増加している。
を行なった。最表面には下部の電極材料が析出してお
り、Auは殆ど残っていなかった。これは下部の電極材
料がAu層を通りAu層の上まで拡散したということを
意味する。
試料NO.20〜34の何れも本発明の実施例に係る積
層電極について、図1に示すようなサンドイッチ構造を
作り、上下電極間での電気抵抗を求め、その値から、n
型立方晶窒化ホウ素の抵抗成分を差し引くことにより、
電極接触抵抗を求めた。その結果、本発明の実施例の全
てについて、6×10-1Ωcm-1以下の低い接触抵抗値
が得られている。オ−ミック電極として好ましい範囲の
値である。
下で、500℃、30分間の熱処理を行なった。この熱
処理の前後で抵抗率の変化が認められなかった。本発明
のオ−ミック電極が熱に対して安定しているということ
である。本発明の電極は耐熱性に優れ、高温雰囲気で使
用される半導体の電極構造として好適である。
オ−ミック電極をn型立方晶窒化ホウ素に形成すること
ができる。高温雰囲気で使用されうる耐熱性半導体素子
などのデバイスの形成にきわめて有効である。
抗を測定するために、立方晶窒化ホウ素単結晶の両側に
同じ電極を形成したものを示す図。
Claims (8)
- 【請求項1】 n型半導体立方晶窒化ホウ素の上に形成
されたTi、Zr、Hfの内の少なくとも一つの元素の
ホウ化物あるいは窒化物、又はTi、Zr、Hfの内少
なくとも一つを含む合金のホウ化物あるいは窒化物であ
る低接触抵抗金属層と、前記低接触抵抗金属層の上に形
成した金層とよりなることを特徴とするn型半導体立方
晶窒化ホウ素のオ−ミック電極。 - 【請求項2】 n型半導体立方晶窒化ホウ素の上に形成
された低接触抵抗金属層と、W、Mo、Ta、Ptの内
の少なくとも一つの金属であるか、これらを含む合金で
あり前記の低接触抵抗金属層の上に形成される拡散バリ
ヤ層と、拡散バリヤ層の上に形成されるAu層とよりな
ることを特徴とするn型半導体立方晶窒化ホウ素のオ−
ミック電極。 - 【請求項3】 Ti、Zr、Hfの内の少なくとも一つ
の元素のホウ化物あるいは窒化物、又はこれら元素を含
む合金のホウ化物あるいは窒化物の低接触抵抗金属層を
300℃以上の基板温度においてn型半導体立方晶窒化
ホウ素基板上に形成し、前記低接触抵抗金属層の上にA
u層を形成することを特徴とするn型半導体立方晶窒化
ホウ素のオ−ミック電極の形成方法。 - 【請求項4】 Ti、Zr、Hfの内の少なくとも一つ
の元素のホウ化物あるいは窒化物、又はこれら元素を含
む合金のホウ化物あるいは窒化物の低接触抵抗金属層を
n型半導体立方晶窒化ホウ素基板上に形成し、300℃
以上の雰囲気においてこれを熱処理し、前記低接触抵抗
金属層の上にAu層を形成することを特徴とするn型半
導体立方晶窒化ホウ素のオ−ミック電極の形成方法。 - 【請求項5】 Ti、Zr、Hfの内の少なくとも一つ
の元素またはこれら元素を含む合金の層を、300℃以
上の雰囲気においてn型半導体立方晶窒化ホウ素基板上
に形成することにより、基板のホウ素または窒素と化合
したこれら金属または合金のホウ化物又は窒化物よりな
る低接触抵抗金属層を形成し、酸処理により未反応の金
属を除去し、前記低接触抵抗金属層の上にAu層を形成
することを特徴とするn型半導体立方晶窒化ホウ素のオ
−ミック電極の形成方法。 - 【請求項6】 Ti、Zr、Hfの内の少なくとも一つ
の元素またはこれら元素を含む合金の層を、n型半導体
立方晶窒化ホウ素基板上に形成し、300℃以上の雰囲
気において熱処理することにより、基板のホウ素又は窒
素と化合したこれら金属または合金のホウ化物または窒
化物よりなる低接触抵抗金属層を形成し、酸処理により
未反応の金属を除去し、前記低接触抵抗金属層の上にA
u層を形成することを特徴とするn型半導体立方晶窒化
ホウ素のオ−ミック電極の形成方法。 - 【請求項7】 300℃以上の基板温度においてn型半
導体立方晶窒化ホウ素基板上に低接触抵抗金属層を形成
し、W、Mo、Ta、Ptの内の少なくとも一つの元素
又は少なくとも一つを含む合金よりなる拡散バリヤ層を
前記低接触抵抗金属層の上に形成し、さらに前記拡散バ
リヤ層の上にAu層を形成することを特徴とするn型半
導体立方晶窒化ホウ素のオ−ミック電極の形成方法。 - 【請求項8】 n型半導体立方晶窒化ホウ素基板上に低
接触抵抗金属層を形成し、300℃以上の雰囲気におい
て熱処理し、W、Mo、Ta、Ptの内の少なくとも一
つの元素又は少なくとも一つを含む合金よりなる拡散バ
リヤ層を前記低接触抵抗金属層の上に形成し、さらに前
記拡散バリヤ層の上にAu層を形成することを特徴とす
るn型半導体立方晶窒化ホウ素のオ−ミック電極の形成
方法。
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1995
- 1995-04-25 US US08/428,445 patent/US5527735A/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001210868A (ja) * | 1999-12-22 | 2001-08-03 | Lumileds Lighting Us Llc | 半導体デバイス用多層・高反射性オーミック接点 |
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DE69422260T2 (de) | 2000-05-11 |
EP0650201A1 (en) | 1995-04-26 |
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EP0650201B1 (en) | 1999-12-22 |
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