JPH09232600A - 電極の形成方法 - Google Patents

電極の形成方法

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JPH09232600A
JPH09232600A JP3596596A JP3596596A JPH09232600A JP H09232600 A JPH09232600 A JP H09232600A JP 3596596 A JP3596596 A JP 3596596A JP 3596596 A JP3596596 A JP 3596596A JP H09232600 A JPH09232600 A JP H09232600A
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JP
Japan
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layer
gaas
schottky electrode
tias
compound
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JP3596596A
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English (en)
Inventor
Kazunaru Takagi
一考 高木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 GaAsFETの製造において、ゲート電極
とGaAs基板界面に、熱的に安定なTiAs層を形成
する。 【解決手段】 ショットキー電極の形成に、GaAs表
面1にTi層21を形成し、ついでAs雰囲気中にて熱
処理を施しTiAs化合物22を形成し、前記TiAs
化合物の上にAl層23を堆積させることを特徴とす
る。また、GaAs表面上のショットキー電極形成予定
域にAsを注入31し、前記ショットキー電極形成予定
域にTi層21およびAl層23をこの順に積層させて
形成したのち、熱処理を施しTiAs化合物22を形成
することを特徴とする。さらにGaAs−ICにおける
ショットキー電極が上記いずれかの形成方法により形成
されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一例の高い信頼性
が要求される電力増幅用電界効果型トランジスタにおけ
るゲート電極の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波の増幅を行う装置として広く
用いられている電力増幅用GaAs電界効果型トランジ
スタ(GaAsFET)は、高利得化の要求に伴い、そ
のゲート長は短縮化の一途を辿っている。これに伴い、
低抵抗化、高信頼性の両立がゲート電極に求められてい
る。
【0003】電力増幅用GaAsFETのゲート電極と
しては、Alに代わって耐エレクトロマイグレーション
性に優れている遷移金属であるTi,Mo,W,WS
i,Ta等が用いられるようになってきた。これらの中
でMo,W,WSi,Taは熱的に安定である反面、G
aAsと冶金学的な反応は乏しく、金属間化合物を形成
しにくい。また、加工性も悪い。一方、GaAs表面に
は自然酸化膜が容易に形成されるため、この自然酸化膜
を介した状態でゲート電極が形成される。この酸化膜を
介した状態の電極では良好なショットキー特性を得る事
は難しい。
【0004】さらに界面に残った自然酸化膜は界面準位
や膜内不純物を多く含有しており、電流ドリフトの原因
になると考えられている(例えば信学技報ED94−6
71994−10)。なお遷移金属は一般に高比抵抗で
あるために、低比抵抗な金属であるAuやAlで被覆す
る多層構造をとることにより低抵抗化が図られている。
【0005】そして、中でも一般的なAl/Tiを用い
た電極構造を図8に例示する。同図に示すように、ゲー
ト電極Ti層21とこれに積層させたAl層23からな
るゲート電極はそのTi層21でGaAs半導体基板1
表面に被着されるが、GaAs半導体基板1の表面には
製造の工程中に必然的に生じる自然酸化膜20があるの
で、前記電極Ti層21は自然酸化膜20を介して設け
られている構成である。
【0006】一方、Tiは他の遷移金属に比べ融点が低
く工業的に使いやすく、電極形成後の適当な熱処理で自
然酸化膜を突き破りGaAs界面と直接反応し、GaA
sと安定な金属間化合物を形成できるため自然酸化膜の
影響を回避する事が出来る。その結果、Tiはドリフト
現象を起こさない良好なショットキー界面を形成できる
ことからゲート金属として広く用いられている。つま
り、TiとGaAs界面においては適当な熱処理によ
り、Tiは自然酸化膜中のGaとOの結合を切り、Ga
を取り込み、自然酸化膜を分解する。さらにGaおよび
Tiの相互拡散が進み、界面にはAsとTiの金属間化
合物が生じる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】叙上のメカニズムでゲ
ート電極としてのTiは自然酸化膜の影響を回避した良
好なショットキー特性が得られる一方、欠点も生じる。
【0008】すなわちFET動作時、特に大電力FET
においては高温となるためGaとTiの相互拡散が生じ
る。GaおよびTiの相互拡散はAs−Tiの化合物層
が十分な拡散障壁となるまで続く。TiのGaAs中へ
の拡散はGaAs結晶の解離を促すものでFETのチャ
ネル厚を減少させることになる。チャネル厚の減少はド
レイン電流の低下、およびデバイスのインピーダンスの
変化を引き起こし、如いては出力の低下に至る。チャネ
ル厚の減少はAs−Tiの化合物層が十分な拡散障壁と
なるまで続くために安定な動作・特性を長期間維持する
事が難しい。
【0009】TiとGaの相互拡散はTi厚を、例えば
10nmと薄くすることでも抑えることは出来るが、こ
の場合Al−Ti合金粒(Al3 Ti)がTi/GaA
s界面に達するためにショットキー障壁高さの変化し、
著しく低くなる。このためTi厚はある程度の厚さ、例
えば50nmが必要であり、TiとGaの相互拡散を抑
制することはできない。
【0010】特性変動のない信頼性の高いFETを得る
には、FET作製時、即ちゲート電極形成時においてT
iAs化合物が安定に出来ていることが必要である。G
aAs表面にTi,Alを順次蒸着形成する従来のゲー
ト電極形成方法では、Ti−As化合物の形成が不十分
であり、長期間特性変動のない安定な動作を期待するこ
とは出来ない。したがって動作が安定なデバイスを得る
ためには、Ti蒸着時にはTiの豊かな冶金学的反応性
を活かし良好なショットキー界面を形成し、動作時には
逆にTiの反応性を抑えることが必要である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点を解決
するためになされたもので、そのショットキー電極の形
成方法は、GaAs表面にTi層を形成する工程と、次
いでAs雰囲気中にて熱処理を施しTiAs化合物を形
成する工程と、前記TiAs化合物の上にAl層を堆積
させる工程を含むことを特徴とする。
【0012】また、本発明は、GaAs表面上のショッ
トキー電極形成予定域にAsを注入する工程と、前記シ
ョットキー電極形成予定域にTi層およびAl層をこの
順に積層させて形成する工程と、次いで熱処理を施し過
剰なGaAs結晶の解離を進行させることなくTiAs
化合物を形成する工程を含むことを特徴とする。
【0013】さらにGaAs−ICにおけるショットキ
ー電極が上記いずれかの形成方法により形成されること
を特徴とする。
【0014】叙上の如くしてTiとGaの相互拡散を抑
制し、低比抵抗で信頼性の高いショットキー電極、特に
定安なゲート電極を形成する方法を提供する。すなわ
ち、上記ショットキー電極の形成において、ひとたびA
s−Tiの化合物層が形成されると、この化合物は結合
が強いためあらゆる相互拡散を抑制する。本発明による
電極においては、Ti−As化合物による拡散障壁層を
積極的にあらかじめ十分に形成することによりGaとT
iの相互拡散を抑制するとともにGaAs界面へのTi
およびAlの拡散を抑え、Al−Ti合金粒(Al3
i)が界面に形成されることを防ぐことで熱的に安定な
ゲート電極を形成することができる。
【0015】また本発明は、Al,Tiという加工性の
良い金属を使用するもので、FETに限らずダイオード
に適応できるのは勿論である。さらに新たに必要とする
のが熱処理という簡単な工程であることから生産性の高
いプロセスを維持できる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る第1の実施例
について図面を参照して説明する。
【0017】図1に本発明の1実施例に係るGaAsF
ETのゲート電極構造を示す。半導体基板1上にTiA
s層22が形成され、さらにAl23が積層されてい
る。
【0018】図2(a〜c)および図3(a,b)に本
発明の1実施例に係るGaAsFETのゲート電極の形
成工程を示す。GaAs半導体基板1表面にレジスト4
1を塗布し所望のパターン幅より合わせ精度分(200
nm)だけ太くパターン化する。続いてTi(例えば5
0nm)層21を蒸着する(図2−a)。
【0019】リフトオフにより金属電極を形成し、しか
るのちにAs雰囲気中で500〜600℃程度の熱処理
を加えることでTiAs層22を形成する(図2−
b)。
【0020】続いて再度レジストを塗布し所望のパター
ン幅より合わせ精度分(200nm)だけ太くパターン
化したのちAl層23(例えば600nm)を蒸着し、
リフトオフにより多層構造の電極を形成する(図2−
c,図3−a)。
【0021】ついでレジストをゲート形状にパターン化
する。次に、レジストをマスクとしてAl単層部分およ
び、Ti単層部分をエッチング除去する(図3−b)。
【0022】本実施例の効果を図6に示す。図中a線は
上記実施例に従いAs雰囲気中で500℃の熱処理を加
えたFETに対しジャンクション温度を250℃に設定
したDC通電試験を実施し、その飽和電流の初期値に対
する変動量を時間に対してプロットしたものである。
【0023】次にb線は上記と同様にジャンクション温
度250℃におけるDC通電試験を実施し、飽和電流の
初期値に対する変動量を時間に対して、As雰囲気中で
300℃の熱処理を加えたFETについて、またC線は
熱処理を加えていないFETについて夫々プロットした
ものである。この飽和電流の減少はTiのGaAs中へ
の拡散に伴うチャネル厚の減少によるものである。As
雰囲気中500℃以上の熱処理では通電による飽和電流
の減少が抑えられていることから、十分なTi−As化
合物層が形成されていることが判る。
【0024】本発明によるGaAsFETのゲート電極
形成工程として第2の実施例を図4(a,b)、図5に
示す。実施例においてはTiAs形成を促進するために
あらかじめGaAs基板1表面の電極形成領域にAsを
低エネルギーで適当量、例えば1×1014cm-2をイオ
ンインプランテーションにより注入し、このAs注入領
域31をGaに対し“As−rich”にしておく(図
4−a)。
【0025】ついで前記GaAs基板1表面にレジスト
層41を塗布し、パターン化した後Ti層21を例えば
50nm蒸着し、続いてAl層23を例えば600nm
蒸着する(図4−b)。
【0026】リフトオフによりパターン化したのち、4
00〜500℃の熱処理を施す。これで前記As注入領
域31の“As−rich”なGaAs表面に蒸着され
たTiはAsとの結合が進み、過剰なGaAs結晶の解
離を進行させることなくTiAs層22が形成される
(図5)。
【0027】本実施例の効果を図7に示す。ジャンクシ
ョン温度を250℃に設定したDC通電試験を1000
時間実施し、飽和電流の初期値に対する変動量をAsの
注入量に対してプロットした。1×1014cm-2以上の
As注入では飽和電流の減少が著しく抑制されているこ
とから、十分なTi−As化合物層が形成されているこ
とが判る。
【0028】以上、本発明をFETを例示して説明した
が、本発明はGaAsダイオード、GaAs−ICなど
の他形態の製品のショットキー電極についても適用でき
る。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように本発明によるGaAs
FETのゲート電極形成方法によれば、ゲート電極とG
aAs基板界面に熱的に非常に安定なTiAs層を形成
することができ、これにより低抵抗で信頼性の高いFE
Tが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例のGaAsFETの電極構
造を示す断面図。
【図2】a〜cは本発明に係る第1実施例のGaAsF
ETの電極構成方法の一部を工程順に示すいずれも断面
図。
【図3】a,bは本発明に係る第1実施例のGaAsF
ETの電極構成方法の一部を図2に引き続き示すいずれ
も断面図。
【図4】a,bは本発明に係る第2実施例のGaAsF
ETの電極構成方法を工程順に示すいずれも断面図。
【図5】本発明に係る第2実施例のGaAsFETの電
極構成方法を図4に引き続き工程順に示す断面図。
【図6】本発明に係るGaAsFETの電極構成方法に
よる高温DC通電による飽和電流の減少の熱処理温度依
存性との相関を説明するための線図で、図中のa線はA
s雰囲気中で500℃の熱処理を施したものを、b線は
As雰囲気中で300℃の熱処理を施したものを、c線
はAs雰囲気中での熱処理を施さないものをそれぞれ示
す。
【図7】本発明について高温DC通電による飽和電流の
減少のAs注入量依存性との相関を説明するための線
図。
【図8】従来例のGaAsFETの電極構造を示す断面
図。
【符号の説明】
1…GaAs半導体基板 20…自然酸化膜 21…ゲート電極Ti層 22…ゲート電極TiAs層 23…ゲート電極Al層 31…As注入領域(“As−rich”) 41…レジスト層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaAs表面にTi層を形成する工程
    と、次いでAs雰囲気中にて熱処理を施しTiAs化合
    物を形成する工程と、前記TiAs化合物の上にAl層
    を堆積させる工程を含むことを特徴とするショットキー
    電極の形成方法。
  2. 【請求項2】 GaAs表面上のショットキー電極形成
    予定域にAsを注入する工程と、前記ショットキー電極
    形成予定域にTi層およびAl層をこの順に積層させて
    形成する工程と、次いで熱処理を施しTiAs化合物を
    形成する工程を含むことを特徴とするショットキー電極
    の形成方法。
  3. 【請求項3】 GaAs−ICにおけるショットキー電
    極が請求項1または請求項2のいずれかに記載の形成方
    法により形成されることを特徴とするショットキー電極
    の形成方法。
  4. 【請求項4】 GaAsダイオードにおけるショットキ
    ー電極が請求項1または請求項2のいずれかに記載の形
    成方法により形成されることを特徴とするショットキー
    電極の形成方法。
  5. 【請求項5】 GaAs FETにおけるショットキー
    電極が請求項1または請求項2のいずれかに記載の形成
    方法により形成されることを特徴とするショットキー電
    極の形成方法。
JP3596596A 1996-02-23 1996-02-23 電極の形成方法 Pending JPH09232600A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001284578A (ja) * 2000-03-30 2001-10-12 Fujitsu Ltd 半導体三端子装置
KR100563264B1 (ko) * 1998-12-21 2006-05-25 재단법인 포항산업과학연구원 내구성이 향상된 탄성표면파 필터의 전극제조방법

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