JPS6015970A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は化合物半導体に対するオーミック電極に関する
ものである。

〔発明の背景〕

従来のＧａＡ’ｓ　Ｆ　Ｅ　ＴＸあるいはこれを基本デ
バイスとしたＧ　ａ　Ａ　ｓ集積回路において、ソース
、ドレイン電極けＡＬＩＧｅ／Ｎ　ｉ　／Ａ　Ｌｌの三
層構造を用いていた。ＡＵＧｅ合金は共晶点（３５６ｃ
）以上で液相を生じＧ　ａ　Ａ　Ｓと反応する。通常は
４００ｔ？。

３分間、あるいは４２０Ｃ，，３Ｑ秒間の熱処理を行な
いＧａＡｓとの合金化反応を進める。この液相を冷却中
に、ＧａＡＳと電極界面に生じる再結晶層は界面に高濃
度にＱｅがドープされた状態になり、１〜２Ｘ１０＝Ω
−ｃｒｌの低接触抵抗を実現している。しかしこの電極
材料の欠点としては次の点があげられる。

例えば４００Ｃで１０分間以上保持すると、Ｇ　ａ　Ａ
　Ｓ中へＡｌｌが拡散したり、Ｇ　ａ　Ａ　ｓとＮ皿と
の不均一な界面反応により金属間化合物ＡＵＧａ。

ＮＩＡＳ２．ＮＩＡＳが生じる。これらの金属間化合物
は尚抵抗層となり電極の接触抵抗を劣化させる。

また合金化反応により、いわゆるボールアップが生じ電
極面の平滑性を損なった。このため多層配線した集積回
路を作製する際、層間絶縁膜の被着状態が悪くなり電極
間の短絡不良を起こした。また第１ノーのＡ１０６層は
絶縁＋ｉＭに対するぞ着性が悪いため、とのオーミック
電極材料を用いて、絶縁膜上に配線することができず、
回路の集積度を増すことが困難であった。その他種々の
改良案もいまだ十分な特性をもつに至ってはいない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は化合物半導体に対するオーミック電極を
提供するもので、とのオーミック電極は低接触比抵抗を
有するものである。同時に電極表面は平滑性が良好であ
る。又５１０２等の半導体装置で多用される絶縁膜に対
しても密着性は良い。

〔発明の概要〕

半導体−金属界面にできるエネルギ障壁φＢは金属の種
類には余り強く依存しない。化合物半導体、たとえばＧ
　ａ　Ａ　Ｓ基板側の界面が高濃度にドーピングしであ
る時、エネルギ障壁φＢは低くなるとともにその空乏層
幅が十分湧くなりトンネル効果が起こってくる。従って
障壁は事実上なくなり電゛流を流しても、オーミック電
極での電圧降下はほとんどなくなる。

本発明はこの原理を用いるものである。ＧａＡｓ。

Ｉ”Ｐ１竹の■−■族化合物半導体に対しＳｉ或いは５
ｉ−Ｑｅ金合金浅いドナー準位を形成し、オーム性屯・
険相として好ましいものである。

そして、本発明の電極の構造は次の通り構成する。即ち
、半導体基体上に第１層に前述したようにＳｉ或いは５
ｉ−Ｑｅ金合金、第２層に高融点金属あるいは高融点金
属セラミックス（炭化物、窒化物、硼化物、ケイ化物）
を、第３層に高電気伝導度の全組を用いて積層構造を形
成する。そして、後述する様に加熱処理を施こしてオー
ム性電極が完成する。なお、本明細書において半導体基
体なる用語は、単結晶よシなる半導体基板およびこの基
板上にたとえばエピタキシャル成長法によって形成され
た半導体層を有するものなども当然含むものである。

第１層の８１或いは５ｉ−ｏｅ金合金周知のスパッタ蒸
着、−子ビーム蒸着、クラスタイオンビーム蒸着智で形
成出来る。

第２層目の高融点金属としてはチタン（Ｔｉ）、モリブ
テン（ＭＯ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ノ・フニウム（
Ｈｆ）　、バナジウム（ｖ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タ
ンタル（Ｔａ　）、クロミウム（Ｃｒ　）、タングステ
ン（Ｗ）等がその代表的な例である。

更に上記の高融点金属を組み合せた合金も当然用い得る
。それを例示すれば、たとえはｗ−Ｔｉ。

Ｗ−Ｔ　ａ、　Ｎｂ−Ｖ、　Ｗ−Ｈｆ　、　Ｍｏ−Ｔ　
ｉ　。

Ｍ　ｏ　Ｚ　’　＋　Ｍ　ｏ　Ｈｆ＋　Ｍ　ｏ　Ｖ　Ｈ
Ｍ　ｏ　Ｎ　ｂ　ＨＭｏ−Ｔａ、Ｍｏ−Ｃｒ、Ｍｏ−Ｗ
等があげられる。

第２層のこうした高融点金属層は周知のスパッタ蒸着、
電子ビーム蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等で形成出
来る。

又、高融点金属セラミックスとしては前記高融点金属の
炭化物、窒化物、珪化物、硼化物等があけられる。高融
点金属セラミックスとしてはその比抵抗が焼結体での測
定値として８０μΩ−（１）以下のものが好ましい。こ
れらの材料を例示すれは第１表の通りである。これらの
うちでは窒化物、珪化物が加工性の点から用い易い。こ
れら高融点金属セラミックス層はスパッタ蒸着法に依れ
ば良い。

第　１　表 第３層の高電気伝導金属としては金（ＡＵ）、アルミニ
ウム（Ａｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、骨
がその代表的な例であるが、通常の配線材料で十分であ
る。一般には１０μΩ−１程度の低い比抵抗の金属を用
いる。なお、今後示す比抵抗（ρ）の値はバルク値（た
たし高融点セラミックスは焼結体の測定値）を示してい
る。これらの層は通常の蒸着又はスパッタ蒸着法によれ
ば良い。

各層の厚さとしては次の如き範囲で選択している。第１
層は２００〜５００人、第２層は５００人〜２５００人
、第３層は配線として十分であれば任意で良い。通常２
０００　人〜１μｍまでを用いている。

上述の三層構造の積層を化合物半導体上に形成し、これ
を６００Ｃ〜８５０Ｃの高温で熱処理して、第１層のＳ
ｉを結晶中に拡散させることにより低接触抵抗のオーミ
ック電極にする。熱処理の雰囲気ばＮ２　、Ｎ２又はＡ
ｒｆ：用い、流犠は１ｔ／ＩＭｎ〜３ｔ／ｍｉｎ程度と
なす。特にＮ２雰囲気が接触比抵抗を下げるうえで好捷
しい。

例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極の如く４００ＣでＧ
　ａ　Ａ　ｓとの合金化によシ高ドーピング層をつくる
という方法を用いていないため、これは高耐熱電極とな
る。第２１１４はこの熱処理中に化合物半導体結晶ある
いは第１層の８１と第３層の高電気伝導度の金属との反
応を阻止する／こめに用いる。

なお、第２層が高電気伝導度を示す材料であれば、第３
．′＠はｌずしも必要ではない。こうした第２層目の材
料は大略比抵抗が２０μΩ−ｃｍ程度もあれば第３層を
用いなくても良い。Ｗ、Ｍｏ、Ｐ、ｄ。

ｐｉ等がその例である。

〔発明の実施例〕

以下、ＧａＡｓ集Ａ’ｉν回路装置を製造する場合を例
として、本発明の実施例を詳述する。

第１図は本発明のＧ　ａ　Ａ　ｓ電界効果トランジスタ
１４を含む集積回路の一１析面Ｍである。図の左側はト
ランジスタ部、右側は配線部を示している。

所定のＧａＡｓＪ板１に８１のイオン打ち込み法によっ
てソース２、ドレイン３、およびチャネル部４を形成す
る。このソース２とドレイン３をイオン打ち込み法で形
成する際あらかじめゲート電極５、例えばＷ（タングス
テン）をマスクとして用いると自己整合型となる。次い
でソース、ドレイン電極６，７として第１層８にＳｉを
３００人、第２層９にＷＳｉｚ（タングステンシリサイ
ド）を１０００人、第３層１０にＡ、　１１を１０００
人の厚さにスパッタ蒸着法によって被着する。これを８
００Ｃ１水素雰囲気中で３０分間熱処理することによっ
て比抵抗１０−６Ω−ｃｒｔｔ程度の良好なオーミック
特性が得られた。Ａｕは配線抵抗を減らすために用いら
れており、ＷＳｉｚはそのＡｕがＧａＡｓ基板１あるい
は第１層８のＳｉと直接合金化反応するのを妨げる働き
をするＡｕの拡散バリア層である。

また第２層９に高抵抗のＷＳｉ２　（４０μΩ−０ｎ）
のかわりにｐｄ（９，９μΩ−ｃｌｎ）　、　Ｐ　ｔ　
（９，８μΩ−ｍ）、Ｗ（５μΩ−ｍ）等の低抵抗の高
融点金鵡を用いる場合は、必ずしもさらに第３層１０に
高電気伝導度の金属層ＡＬＪを用いる心安はない。なお
第２層目のＷＳ　ｌ　２はＣＩｉ’４又はＳ　Ｆ　ｓ等
を用いた周知のドライエツチングで微細加工可能である
。

またこのソース、ドレイン電極６．７は絶縁膜５Ｉ０２
１１との密着性が良く、絶縁膜上に配線することが可能
である。またこの電極は合金化していないので平滑性が
良く、層間絶縁膜８１０＋１２をはさんで別の配線金属
たとえばＭ　ｏ　／　Ａ　ｕ　Ｚ層膜１３との短絡不良
も防ぐことができている。

本例にはＷＳｉ２を用いたが、この他の高融点金属の炭
化物、窒化物、硼化物、ケイ化物も同様に有効である。

第２表にオーム電極の代表的例を例示する。

第　２　表 ■ｎＰ基板を用いても上述の電極構成を用いて良好なオ
ーミック電極を製作し得た。

なお、第１層としてＳｉ或いは５ｉ−ｏｅ金合金用いる
とＧａＡｓ、ＩｎＰ等■−ｖ族化合物に対しｎ型オーミ
ック電極となる。

第１）ｆｌ！材料としてＳＬ或いは５ｉ−Ｇｅ合金を用
いる場合、半導体装置の分野で広く用いられ、ている８
ｊ０２膜などの絶縁膜と密着性が棲めて良い。

従って下記の如き技術が良好に実現出来る。

４１１　ＧａＡｓ集積回路のソース、ドレイン電極上に
、スパッタ５ｉ０２膜あるいはＣＶＤ５１０２膜等をは
さんで配置された別の配線金属との間の短絡を防ぐこと
ができる。

（２）絶縁膜ＳｉＯ２上への安定な上記＊−−ミック電
極金属膜の配線が可能なので、集積（回路の自己線距離
の短縮ができるとともに、素子の高集積化カニ可能にな
る。

〔発明の効果〕

本発明によって６００Ｃ〜７００Ｃの高温に対しても耐
え得る高耐熱性のオーミック電極を化合物半導体に対し
て設けることができる。従来の電極の耐熱性が４００Ｃ
程度であり、本発明は極めて大きな効果を持っている。

更に電極材については合金化を行なっていないので、電
極面は平滑に保たれる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＧａＡｓ集積回路装置の一断面図である。 １・・・Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２・・・ソース領域、３
・・・ドレイン領域、４・・・チャネル、５・・・ゲー
ト電極、６・・・ソース′電極、７・・・ドレイン電極
、８・・・第１の材料層、９・・・高融点金楓あるいは
高融点金鳩セラミックスの層、ｌＯ・・・第３の材料層
、１１，１２・・・絶縁膜、１３・・・配線金属、１４
・・・ＧａＡｓ電界効果トランジ第　１［２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、化合物半導体基体上に当該化合物半導体中に添加さ
   れてドナー準位を形成する第１の拐料層と高融点金属或
   いは高融点金属セラミックスの少なくとも一考からなる
   第２の材料層とを少なくとも積層されて成る電極を少な
   くとも有する半導体装置。 ２、前記第２の材料層上に高電気伝導金属よりなる第３
   の材料層が更に積層されてなる特許請求の範囲第１項記
   載の半導体装置。 ３、前記第１の材料がシリコン又はシリコン−ゲルマニ
   ウム合金なること全特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の半導体装置。 ４、前記高融点金属はチタン、モリブデン、ジルコニウ
   ム、ハフニウム、バナジウム、ニオビウム、タンタル、
   クロミウムおよびタングステンの群から選ばれた少なく
   とも一考或いはこれらの合金なることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の半導体装
   置。 ５、前記高融点金属セラミックスはその焼結体での値と
   して８０μΩ−儒以下の比抵抗を有することを特徴とす
   る特許請求の範か第１項〜第３項のいずれかに記載の半
   導体装置。 ６、前記高融点金属セラミックスは特許請求の範囲第４
   項に記載した高融点金属の炭化物、窒化物、珪化物およ
   び硼化物の群より選ばれた少なくとも一考なることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記
   載の半導体装置。 ７、前記第３の材料は金、アルミニウム、パラジウムお
   よび白金の群から選ばれた少なくとも一考なることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記
   載の半導体装置。