JPH0936393A - ショットキー接合を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

ショットキー接合を有する半導体装置の製造方法

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JPH0936393A
JPH0936393A JP21007795A JP21007795A JPH0936393A JP H0936393 A JPH0936393 A JP H0936393A JP 21007795 A JP21007795 A JP 21007795A JP 21007795 A JP21007795 A JP 21007795A JP H0936393 A JPH0936393 A JP H0936393A
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JP
Japan
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schottky
insulating film
semiconductor device
layer
semiconductor
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Application number
JP21007795A
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English (en)
Inventor
Koichi Hoshino
浩一 星野
Takuya Takatani
卓哉 孝谷
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Japan Science and Technology Agency
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Research Development Corp of Japan
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ショットキー障壁の低下やそれに伴うショット
キー接合の逆方向リーク電流の増加を抑制して、半導体
装置の性能低下を防止すること。 【構成】単層かまたは複数の半導体層からなる、導電性
かまたは半絶縁性の半導体基板1上に、半導体層である
ショットキー接触層2がエピタキシャル成長により形成
される。その上に、TiやAl等の金属またはそれらの
金属を層状に組み合わせた金属層であるショットキー電
極3が形成され、その上にショットキー電極3を被うよ
うに窒化珪素や酸化珪素等からなる絶縁膜4がプラズマ
CVD法等により形成される。この絶縁膜4の形成を所
定の温度以下において実施すると、ショットキー障壁の
高さの低下や逆方向リーク電流の増加が見られないだけ
でなく、逆に、ショットキー特性の向上が見られた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体と金属層と
の接合から成るショットキー接合を有する半導体装置に
おける金属層形成後の絶縁膜の形成方法に関する。特
に、本発明は、FET(電界効果トランジスタ)やSB
D(ショットキーバリアダイオード)等のショットキー
電極形成後の絶縁膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、FET、SBD等の半導体装置の
様に、半導体層と金属層との接合から成るショットキー
接合を有する半導体装置においては、その性能を向上さ
せるために、理想的なショットキー障壁の得られるショ
ットキー接合が必要である。しかし実際は、金属層であ
るショットキー電極の形成方法やショットキー電極の形
成後の半導体プロセスの影響により理想的なショットキ
ー接合を得ることは困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特に、半導体装置の信
頼性向上のため必要不可欠なショットキー電極形成後の
絶縁膜形成工程のために、ショットキー障壁の低下やそ
れに伴うショットキー接合の逆方向リーク電流の増加が
顕著になり、FETやSBD等の性能低下をもたらすと
いう問題がある。これに対して、ゲート・ドレイン間の
電界集中を緩和する目的で、リセス形状を2段にする方
法等が提案されているが(特開平4−18641号公
報)、その方法は、ゲート電極とそれがショットキー接
触する半導体層の反応によるショットキー特性の低下を
防止するものではない。
【0004】本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、ショットキー接合を有す
る半導体装置の製造工程におけるショットキー障壁の低
下やそれに伴うショットキー接合の逆方向リーク電流の
増加を抑制して、半導体装置の性能低下を防止すること
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、半導
体層と金属層との接合から成るショットキー接合を有す
る半導体装置の製造方法において、半導体層の上に金属
層を形成した後に、金属層を覆うように絶縁膜を形成す
るとき、絶縁膜を形成する温度をショットキー障壁の低
下やそれに伴うショットキー接合の逆方向リーク電流の
増加が発生しない温度以下に制御することを特徴とす
る。
【0006】又、請求項2の発明は、半導体層をn型G
aAsで構成し、絶縁膜の形成を、200℃〜270℃
の範囲の温度で行うことを特徴とする。さらに、請求項
3の発明は、絶縁膜を窒化膜とし、請求項4の発明はそ
の絶縁膜をプラズマCVD法により形成することを特徴
とする。又、請求項5の発明は半導体層のキャリア濃度
を4.5×1017/cm3 以下とし、請求項6の発明は
半導体層のキャリア濃度を4.5×1017/cm3
1.5×1017/cm3 とし、請求項7の発明は、半導
体装置をFET又はショットキーバリアダイオードとし
たことを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明によると、FETやSBDのように、半
導体層と金属層との接合から成るショットキー接合を有
する半導体装置において、信頼性確保のため必要不可欠
な絶縁膜を所定温度下に制御して形成しているので、絶
縁膜を金属層であるショットキー電極の形成後に形成し
ても、ショットキー障壁の低下やそれに伴うショットキ
ー接合の逆方向リーク電流の増加を防止できる。さら
に、ショットキー障壁の高さを増加させ、それに伴いシ
ョットキー接合の逆方向リーク電流を低減することもで
きる。これにより、FETやSBD等の性能低下を防止
するか、さらにそれらの性能を向上することが可能とな
る。
【0008】半導体層をn型GaAsで構成した場合に
は、絶縁膜の形成は200℃〜270℃の範囲の温度で
行うと、ショットキー障壁の低下が防止され、逆方向リ
ーク電流を低減させることができる。又、絶縁膜を窒化
膜とし上記温度範囲で成膜するとき、同様な効果が得ら
れる。絶縁膜は、プラズマCVD法で形成できる。さら
に、半導体層のキャリア濃度を4.5×1017/cm3
以下として、望ましくは1.5×1017/cm3 〜4.
5×1017/cm3 として、所定範囲の温度で絶縁膜を
成膜するとき、ショットキー障壁の低下が防止され、逆
方向リーク電流を低減させることができる。
【0009】
【実施例】
(第1実施例)以下、本発明を具体的な実施例に基づい
て説明する。図1(a)〜(c)は、本発明による半導
体装置の製造方法を示した断面模式図で示した工程図で
ある。図1(a)において単層かまたは複数の半導体層
からなる、導電性かまたは半絶縁性の半導体基板1上
に、半導体層であるショットキー接触層2がエピタキシ
ャル成長により形成される。
【0010】次に、ショットキー接触層2の上に、Ti
やAl等の金属またはそれらの金属を層状に組み合わせ
た金属層であるショットキー電極3が形成される。次
に、ショットキー接触層2上にショットキー電極3を被
うように窒化珪素や酸化珪素等からなる絶縁膜4がプラ
ズマCVD法等により形成される。このようにして、図
1(b)に示す構造が得られる。
【0011】このときの絶縁膜4の形成温度は、ショッ
トキー電極3のショットキー特性に大きく影響を及ぼ
す。つまり、絶縁膜4の形成温度が高くなると、ショッ
トキー障壁高さの低下や逆方向リーク電流の増加が顕著
になる。しかし、この絶縁膜4の形成を所定の温度以下
において実施すると、ショットキー障壁の高さの低下や
逆方向リーク電流の増加が見られないだけでなく、逆
に、ショットキー特性の向上が見られた。本発明者はこ
のことを初めて見いだした。
【0012】よって、絶縁膜4の形成温度をショットキ
ー電極3のショットキー特性低下が見られる温度よりも
低い温度(200℃〜270℃)に設定することによ
り、絶縁膜4の形成によるショットキー電極3の特性の
低下を防止するか、または向上させることができた。
【0013】絶縁膜4の形成後、図1(b)の構造にお
いて、絶縁膜4の下層のショットキー電極3やその他の
配線と上層の配線5とを連結するためのコンタクトホー
ル6を絶縁膜4に形成した後、絶縁膜4上に配線5を形
成して、図1(c)の構造を得る。
【0014】以上のように本発明によると、ショットキ
ー電極3の形成後の絶縁膜4の形成温度を所定の温度以
下にすることにより、ショットキー障壁高さの低下や逆
方向リーク電流の増加等のショットキー特性の低下を防
止できる。又、むしろショットキー障壁高さを増加さ
せ、逆方向リーク電流の低減等のショットキー特性の向
上が見られた。
【0015】(第2実施例)図2(a)〜(c)は、本
発明をMESFETに適用した場合の断面模式図で示し
た工程図である。図2(a)において、半絶縁性の半導
体基板24上にアンドープのバッファ層29とショット
キーゲート26がショットキー接触するゲートコンタク
ト層23及びオーミック電極21のコンタクト抵抗を下
げる等の目的のオーミックコンタクト層22が順次積層
された構造上に、ソースやドレイン電極となるオーミッ
ク電極21が形成されている。
【0016】ここでGaAsMESFETの場合はこれ
らの各層が、GaAsで構成される。また、ゲートコン
タクト層23のキャリア濃度は1.5×1017/cm3
4.5×1017/cm3程度で、オーミックコンタクト層2
2のキャリア濃度は1.5×1018/cm3〜2.5×10
18/cm3程度である。図2(a)の構造にレジストパター
ンを形成し、オーミックコンタクト層22をエッチング
除去する事によりリセスエッチング溝25を形成する。
さらに、そのエッチングパターンの上部からTiやAl
等のショットキーゲート電極材料を蒸着し、不要な電極
材料をリフトオフ除去することによりゲート電極26を
形成し、図2(b)の構造を得る。
【0017】さらに、図2(b)の構造に、プラズマC
VD等の成膜方法により窒化珪素等の絶縁膜27を形成
し図2(c)の構造を得る。さらに、オーミック電極2
1やゲート電極26等の絶縁膜27の下層電極と、絶縁
膜27の上層の配線電極28とを接続するためのコンタ
クトホールを形成した後、オーミック電極21やゲート
電極26等を外部に引き出すための配線電極28を形成
して図2(d)の構造を得る。
【0018】ここで図2(c)において、絶縁膜27と
して窒化珪素を平行平板型のプラズマCVDにより形成
した場合の形成条件の一例は、
【表1】 SiH4 (10%)/H2 :80SCCM NH3 :20SCCM N2 :40SCCM RFパワー :70W である。
【0019】この形成条件において成長温度を200°
C 、270°C 、350°C と変化させた時の、ショッ
トキー障壁の高さの変化を図3に示す。ゲート電極25
とゲートコンタクト層23との接合部分のショットキー
障壁の高さは、順方向の電圧−電流特性を測定し、下に
示す順方向の電流密度Jとショットキー障壁の高さφB
を表す数式1から求めた。
【0020】電流値から電流密度の計算は実際に形成し
たショットキー電極のショットキー接合面積を測定して
行った。順方向の電流密度Jとショットキー障壁高さφ
B は次の式で表される。
【数1】J=J0 qV/nkT φB =kTln(A* 2 /J0
【0021】こで、J0 は逆方向飽和電流密度、qは素
電荷量、Vは印加電圧、nはショットキー理想係数(理
想的には1となるが、通常は1より大きい)、kはボル
ツマン定数、Tは温度、A* はリチャードソン定数であ
る。
【0022】またその時の逆方向リーク電流の変化を図
4に示す。逆方向リーク電流はショットキー電極である
ゲート電極26とオーミック電極21間に3Vの逆方向
電圧を印加して測定した。図3において、ショットキー
障壁の高さは、350℃の成長温度では形成前より低下
している。しかし、200℃、270℃の絶縁膜形成温
度では、むしろ絶縁膜形成前より向上していることがわ
かる。図3,4は、ゲートコンタクト層のキャリア濃度
を1.5×1017/cm3 〜4.5×1017/cm3
した時の結果であるが、キャリア濃度が低い方が良好な
ショットキー界面が得られるため、4.5×1017/c
3 以下のキャリア濃度では同様の効果が期待される。
【0023】又、図4の逆方向リーク電流の変化もこの
傾向を反映しており、200℃、270℃の絶縁膜形成
温度では、形成前より逆方向リーク電流が減少する傾向
にある。以上より、本実施例において窒化膜をプラズマ
CVDで形成する際の、形成温度は270℃以下にする
ことにより、ショットキー障壁の高さの増加や、逆方向
リーク電流の低減等のショットキー特性を向上させるこ
とができる。本実施例は配線電極28の一方をソース電
極、もう一方をドレイン電極、そしてショットキー電極
をゲート電極26として用いたMESFETや、2つの
配線電極28をともにカソード電極とし、ショットキー
電極26をアノード電極として用いたSBDに適用する
ことができる。またSBDの場合、半導体基板24やバ
ッファ層29に導電性の基板を用いることも可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る半導体装置の製造工
程を示した断面図。
【図2】同実施例に係るMESFETの製造工程を示し
た断面図。
【図3】同実施例に係るショットキー障壁の高さとプラ
ズマ成長温度の関連を示した特性図。
【図4】同実施例に係る逆方向リーク電流とプラズマ成
長温度の関連を示した特性図。
【符号の説明】
1…半導体基板 2…ショットキー接触層 3…ショットキー電極 4…絶縁膜 5…配線 6…コンタクトホール 21…オーミック電極 22…オーミックコンタクト層 23…ゲートコンタクト層 24…半導体基板 25…リセスエッチング溝 26…ゲート電極 27…絶縁膜 28…配線電極 29…バッファ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7376−4M H01L 29/80 F

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体層と金属層との接合から成るショッ
    トキー接合を有する半導体装置の製造方法において、 前記半導体層の上に前記金属層を形成した後に、前記金
    属層を覆うように絶縁膜を形成するとき、前記絶縁膜を
    形成する温度をショットキー障壁の低下やそれに伴うシ
    ョットキー接合の逆方向リーク電流の増加が発生しない
    温度以下に制御することを特徴とするショットキー接合
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記半導体層はn型GaAsで構成され、 前記絶縁膜の形成は、200℃〜270℃の範囲の温度
    で行われることを特徴とする請求項1に記載のショット
    キー接合を有する半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記絶縁膜は窒化膜であることを特徴とす
    る請求項2に記載のショットキー接合を有する半導体装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記絶縁膜は、プラズマCVD法により形
    成されることを特徴とする請求項3に記載のショットキ
    ー接合を有する半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】前記半導体層のキャリア濃度は4.5×1
    17/cm3 以下であることを特徴とする請求項2に記
    載のショットキー接合を有する半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】前記半導体層のキャリア濃度は1.5×1
    17/cm3 〜4.5×1017/cm3 であることを特
    徴とする請求項2に記載のショットキー接合を有する半
    導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】前記半導体装置は電界効果トランジスタ又
    はショットキーバリアダイオードであることを特徴とす
    る請求項1に記載のショットキー接合を有する半導体装
    置の製造方法。
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