JPH0745552A - 酸化物半導体への電極形成方法 - Google Patents

酸化物半導体への電極形成方法

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JPH0745552A
JPH0745552A JP18787393A JP18787393A JPH0745552A JP H0745552 A JPH0745552 A JP H0745552A JP 18787393 A JP18787393 A JP 18787393A JP 18787393 A JP18787393 A JP 18787393A JP H0745552 A JPH0745552 A JP H0745552A
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JP
Japan
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oxide semiconductor
metal layer
electrode
resistance
noble metal
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JP18787393A
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Uei Uei
ウェイ ウェイ
Hisanori Nagakari
尚謙 永仮
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】n型酸化物半導体の表面に低抵抗で接触し、し
かも高温で安定な電極を形成する方法を提供する。 【構成】n型酸化物半導体の表面に電極を形成する方法
であって、半導体の表面にAl、Ti、Nb、Mo,M
n,BiおよびAgから選ばれる少なくとも1種からな
る第1金属層と、Au、PtおよびPdから選ばれる少
なくとも1種からなる貴金属層を順次積層するか、ある
いはその後、加熱して前記金属層と貴金属層を合金化す
ることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、n型酸化物半導体表面
に界面抵抗の低い電極を形成する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来技術】従来より、酸化物半導体の表面に金属電極
を被着形成し、バリスタやガスセンサ等の素子を作るこ
とが行われている。このような素子においては、電気的
特性の再現性と素子自体の安定性が非常に重要であり、
特に室温より高い温度で作動する必要がある素子では、
その電極材料として酸化しにくいAu、Ptなどの貴金
属が多用されている。
【0003】このような酸化物半導体素子を作製する場
合には、酸化物半導体と金属電極の間のショットキーバ
リヤを利用する素子を除き、酸化物半導体に対して形成
される電極は、実質的には界面に抵抗が存在しないオー
ミック電極であることが必要である。また、素子の電気
的特性を評価する場合にも表面に形成する電極の界面抵
抗を極力低減することが必要である。
【0004】また、酸化物半導体素子ではその使用温度
が必ずしも室温でなく、例えばガスセンサなどでは高温
で作動させるために電極としての耐酸化性に優れたもの
であることも要求される。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】そこで、Au、Pt
などを電極としてp型半導体表面に被着形成した場合に
は、界面抵抗が低くオーミックな接触となり、高温での
酸化に対しても耐久性を有するが、n型半導体の場合に
はAu、Ptなどを電極として場合には、n型酸化物半
導体との界面が界面抵抗が高い、いわゆるショットキー
接触になり、低抵抗な接触が得られないという問題があ
った。
【0006】これに対して、電極内の半導体表面付近の
キャリア濃度が大きくなるように他の金属をドープした
り、半導体表面付近のキャリア濃度が増加するような電
極材料を用いる方法などがある。しかしながら、従来よ
り提案されるような電極を薄膜法などにより形成する場
合にその組成の制御などが非常に難しく、界面抵抗の小
さい電極を再現性よく安定して形成することができなか
った。
【0007】よって、本発明は、n型酸化物半導体の表
面に低抵抗で接触し、しかも高温で安定な電極を形成す
る方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明者らによれば、
一般に使用されている貴金属からなる電極とn型酸化物
半導体との間に特定の仕事関数の低い金属層を介在させ
るか、あるいは貴金属と仕事関数の低い金属との合金に
より電極を形成することによりn型酸化物半導体に低抵
抗な接触の電極を設けることができることを見出した。
【0009】即ち、本発明の酸化物半導体への電極形成
方法によれば、n型酸化物半導体の表面に電極を形成す
る方法であって、該半導体の表面にAl、Ti、Nb、
Mo、Bi、Mn、CuおよびAgから選ばれる少なく
とも1種からなる金属層と、Au、PtおよびPdから
選ばれる少なくとも1種からなる貴金属層を順次積層す
るか、あるいはその後、加熱して前記金属層と貴金属層
を合金化することを特徴とするものである。
【0010】以下、本発明を詳述する。本発明によれ
ば、n型酸化物半導体としては、薄膜状あるいはバルク
体のいずれでもよいが、具体的には、TiO2 、SnO
2 、ZnO、WO3 、CdOなどが挙げられる。
【0011】本発明における1つの態様としは、半導体
表面に形成する電極をAl、Ti、Nb、Mo、Bi、
Mn、CuおよびAgから選ばれる少なくとも1種から
なる第1金属層と、Au、PtおよびPdから選ばれる
少なくとも1種からなる貴金属層を順次積層した構造か
ら構成する点にある。これらの電極は、金属粉末を含む
ペーストを塗布し焼き付ける方法や、スパッタ法、抵抗
蒸着法、ビーム蒸着法及びレーザアブレーション等、あ
るいはそれらの組み合わせで形成することができる。第
1金属層と貴金属層の形成する場合には、成膜時の雰囲
気と真空度を制御し元素の酸化を極力避けるように制御
する必要がある。
【0012】なお、第1金属層の厚みは、成膜の手段に
より膜厚が制御しやすい範囲に抑えてもよいが、均一性
を確保した上で膜厚は50nm以下であることが望まし
く、貴金属層の膜厚は格別限定されるものでない。
【0013】また、本発明の他の態様としては、前記態
様と同様にしてAl、Ti、Nb、Mo、Mn、Bi、
CuおよびAgから選ばれる少なくとも1種からなる第
1金属層と、Au、PtおよびPdから選ばれる少なく
とも1種からなる貴金属層を順次積層した後に、これを
熱処理して第1金属層と貴金属層とを合金化する点にあ
る。合金化にあたっては用いる金属の共融温度以上に加
熱することにより合金化することができる。合金化処理
は、金属の酸化を防止するために、不活性雰囲気中で行
うことが望ましい。
【0014】
【作用】本発明の構成によれば、n型酸化物半導体に対
してショットキー接触などの高抵抗接触にならずに、酸
化物半導体に低抵抗で場合によってはオーミック接触の
電極を形成することができる。
【0015】電気伝導性に優れ、しかも高温での耐酸化
性に優れた金属として、AuやPtPdなどは好適であ
るが、n型半導体との接触においては高抵抗である。本
発明によれば、この貴金属層とn型半導体との間に前記
第1金属層を介在させることにより第1金属層がバファ
ー層として作用し界面抵抗を低減することができる。
【0016】これは、第1金属層を構成する金属元素の
仕事関数値が4.0〜5.0eVと低いためにn型半導
体の一般的電子親和力4eVに近似していることによ
る。また、上記のような仕事関数が小さい金属は、上記
のように1つの層として存在する以外に貴金属層中に拡
散し合金化していてもよい。
【0017】本発明によれば、前述したような構成によ
り、n型酸化物半導体に対して界面抵抗の小さい電極を
形成することができるために、n型酸化物半導体を用い
たセンサなどの素子や電子部品において、界面抵抗の存
在による特性の不安定性を解消することができ、あるい
は各種素子の表面に電極を形成して電気的特性を測定す
る際にその測定精度を高めることができる。
【0018】
【実施例】
実施例1 TiO2 −SnO2 のゾルゲル薄膜を例にとって本発明
を説明する。サファイア基板上にゾルゲル法を用いて,
TiO2 :SnO2 比が1:1のTiO2 −SnO2
膜を形成し、それを乾燥した後1500℃で1分間熱処
理し急冷することにより200nmの厚みのTiO2
SnO2 の固溶体膜を得た。この固溶体薄膜の上に、ス
パッタ法を用いて10nmの厚さを有する面積14mm
2 の櫛型Mo金属層を形成し、更に、スパッタ法により
Ptを100nmの厚さの貴金属層を形成した。
【0019】次に、四端子法を用いて素子のI−V特性
を評価したところ、リニアな関係にあり、オーミックで
あることを確認した。また、室温で酸化物半導体膜と電
極間の界面抵抗値は90.1kΩであり、比較としてM
o層を形成せずに直接Pt層を形成した場合に比較して
界面抵抗は1/10にまで減少した。
【0020】実施例2 実施例1と同様にして第1金属層および貴金属層を表1
に示す金属を用いて実施例1と同様な膜厚と電極形状を
形成し、酸化物半導体膜と電極間の界面抵抗値を測定し
た。そして、第1金属層を形成せずに貴金属層を形成し
た場合に比較した抵抗値の低下率(%)(1−(第1金
属、貴金属を積層した時の抵抗/貴金属層のみの抵抗)
×100を求めた。結果は表1に示した。
【0021】
【表1】
【0022】また、表1に示した電極構造の素子を40
0℃、大気中に500時間保持したところ、表面の酸化
による変色や抵抗変化はほとんどなかったが、第1金属
層のみで貴金属層を形成しなかった場合には、Agを除
きすべて表面酸化を来し抵抗が増大した。
【0023】実施例3 実施例1のTiO2 −SnO2 固溶体薄膜を900℃で
10時間保って、ラメラ構造を有するTiO2 −SnO
2 スピノーダル薄膜を作製した。X線回折測定によりT
iリッチとSnリッチのピークを確認した。このスピノ
ーダル薄膜上に、スパッタ法を用いて10nm以上の厚
さを有するTi層を形成され、更に、Ptスパッタを行
いTi層上に100nmの厚さを有するPt電極層を形
成した。
【0024】このように作製した素子を400℃で10
分間熱処理してTiとPtの合金化を行った。四端子法
を用いて素子のI−V特性を評価したところ、リニアな
関係にあり、オーミックな接触状態であることを確認し
た。また、酸化物半導体膜と電極間の界面抵抗値は12
5.7kΩであり、比較としてTi層を形成せずに直接
Pt層を形成した場合に比較して界面抵抗は1/5にま
で減少した。
【0025】なお、表1に示した第1金属層と貴金属層
との組み合わせにおいて、300〜700℃で熱処理し
合金化した場合においても、界面抵抗についてほとんど
変わりがなく、低い界面抵抗を示した。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
n型酸化物半導体に対して界面抵抗を小さくすることが
でき、しかもn型酸化物半導体を用いたセンサなどの素
子や電子部品において、界面抵抗の存在による特性の不
安定性を解消することができ、あるいは各種素子の表面
に電極を形成して電気的特性を測定する際にその測定精
度を高めることができる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年8月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】これに対して、電極内の半導体表面付近の
キャリア濃度が大きくなるように他の金属をドープした
り、半導体表面付近のキャリア濃度が増加するような電
極材料を用いる方法などがある。しかしながら、伝導度
が低い酸化物半導体に従来より提案されるような電極を
薄膜法などにより形成する場合にその組成の制御などが
非常に難しく、界面抵抗の小さい電極を再現性よく安定
して形成することができなかった。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】本発明における1つの態様としては、半導
体表面に形成する電極をAl、Ti、Nb、Mo、B
i、Mn、CuおよびAgから選ばれる少なくとも1種
からなる第1金属層と、Au、PtおよびPdから選ば
れる少なくとも1種からなる貴金属層を順次積層した構
造から構成する点にある。これらの電極は、金属粉末を
含むペーストを塗布し焼き付ける方法や、スパッタ法、
抵抗蒸着法、ビーム蒸着法及びレーザアブレーション
等、あるいはそれらの組み合わせで形成することができ
る。第1金属層と貴金属層を形成する場合には、成膜時
の雰囲気と真空度を制御し元素の酸化を極力避けるよう
に制御する必要がある。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】
【実施例】 実施例1 TiO2 −SnO2 のゾルゲル薄膜を例にとって本発明
を説明する。サファイア基板上にゾルゲル法を用いて、
TiO2 :SnO2 比が1:1のTiO2 −SnO2
膜を形成し、それを乾燥した後1500℃で1分間熱処
理し急冷することにより200nmの厚みのTiO2
SnO2 の固溶体膜を得た。この固溶体薄膜の上に、ス
パッタ法を用いて10nmの厚さを有する面積4×0.
5mm2のMoの金属電極層を形成し、更に、スパッタ
法によりPtを100nmの厚さの貴金属層を形成し
た。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【表1】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】このように作製した素子を400℃で10
分間熱処理してTiとPtの合金化を行った。四端子法
を用いて素子のI−V特性を評価したところ、リニアな
関係にあり、オーミックな接触状態であることを確認し
た。また、酸化物半導体膜と電極間の界面抵抗値は6
5.2kΩであり、比較としてTi層を形成せずに直接
Pt層を形成した場合に比較して界面抵抗は1/5にま
で減少した。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】なお、表1に示した第1金属層と貴金属層
との組み合わせにおいて、300〜500℃で熱処理し
合金化した場合においても、界面抵抗についてほとんど
変わりがなく、低い界面抵抗を示した。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n型酸化物半導体の表面に電極を形成する
    方法であって、該半導体の表面にAl、Ti、Nb、M
    o、Mn、Bi、CuおよびAgから選ばれる少なくと
    も1種からなる金属層と、Au、PtおよびPdから選
    ばれる少なくとも1種からなる貴金属層を順次積層する
    ことを特徴とする酸化物半導体への電極形成方法。
  2. 【請求項2】n型酸化物半導体の表面に電極を形成する
    方法であって、該半導体の表面にAl、Ti、Nb、M
    o、Mn、Bi、CuおよびAgから選ばれる少なくと
    も1種からなる金属層と、Au、PtおよびPdから選
    ばれる少なくとも1種からなる貴金属層を順次積層した
    後に加熱して、前記金属層と貴金属層を合金化すること
    を特徴とする酸化物半導体への電極形成方法。
JP18787393A 1993-07-29 1993-07-29 酸化物半導体への電極形成方法 Pending JPH0745552A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001068730A (ja) * 1999-08-25 2001-03-16 Showa Denko Kk AlGaInP発光ダイオード
JP2007158146A (ja) * 2005-12-07 2007-06-21 Toppan Printing Co Ltd 半導体デバイスおよびその製造方法
JP2012151382A (ja) * 2011-01-21 2012-08-09 Mitsubishi Electric Corp 薄膜トランジスタ、アクティブマトリクス基板、およびそれらの製造方法

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