JPS61123133A

JPS61123133A - 半導体装置と電極形成方法

Info

Publication number: JPS61123133A
Application number: JP18438285A
Authority: JP
Inventors: シバン　ケイ．テイク
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1984-08-24
Filing date: 1985-08-23
Publication date: 1986-06-11
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH0797569B2

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】〔産業上の利用分野１本発明は■−ｖ族半導体物質の表面領域に非常に高濃度
のＰ型ドーピングを得る技術に関するものであり、また
上記領域にすぐれたオーミック電極を形成する技術に関
するものである。

［従来の技術とそのａ照点１ ■＝ｖ族物質物質イポーラトランジスタを作製する場合
、特にガリウム砒素バイポーラトランジスタの場合には
、Ｎ型とＰ型の物質領域の両方へ電極をとりつけること
が必要である。標準的な電極材料では■−ｖ族領域へす
ぐれたオーミック電極を作製することが困難であるとい
う問題がある。

このことは最もすぐれたＰ型置極材料であるＡＬＪ−２
ｎ合金についても言える。Ｐ型領域の表面付近のドーピ
ングレベルが立方１当り約１０１９の程度より高くない
場合には、電極は不良となる、すなわち高い抵抗を有す
ることになることを本発明者は見い出した。しかし、Ｐ
型領域におけるドーピングレベルが立方国あたり約１０
２０かそれ以上になると、その半導体領域への電極の特
性は大幅に改善される。従って問題は、Ｐ型領域の表面
近傍にいかにして高濃度のドーピング層を得るかという
ことになる。

亜鉛は■−ｖ族半導体において重要なアクセプタ型のド
ーパントであって、半導体のＰ型領域の表面にアクセプ
タ不Ｉ＠物の高１１１にドーピングを与えることができ
、非常に大きい拡散係数を有している。ガリウム砒素中
の亜鉛の拡散は格子間位置−置換位！！（インタステイ
シＶルーサブステイテユーショナル）モデルに従うもの
であり、すなわち亜鉛は置換位置よりも格子間位置をよ
りａ速に移動する。ガリウム砒素（及びインジウムリン
）中の拡散係数は濃度に依存し、Ｄ−Ｎ２１１１に従う
。

このＮ２に依存するのは解離反応（ガリウム位置の亜鉛
から格子間位置の亜鉛への変化）における荷電状態変化
が２に等しいということの結果である。亜鉛のドーピン
グ分布は急峻であり、接合深さは表面濃度に依存し、次
式で与えられる。

このように接合深さはほぼ（Ｄ　　　−ｔ）””表面に等しい。ここで０表面は表面での拡散定数であり、ｔ
は時間である。

ガリウム砒素中への亜鉛の拡散を行わせるためには通常
閉管及び開管式のプロセスが用いられる。

よく知られているように、これらの方法においては、亜
鉛源としては単体の亜鉛の他、亜鉛−砒素化合物、ジエ
チル亜鉛等が用いられる。従来の方法のほとんどのもの
が砒素圧の制御と亜鉛の表面濃度の制御を含んでいる。

上述の閉管プロセスにおいて砒素気体を用いるのは、通
常加熱した場合に発生するガリウム砒素からの砒素の脱
出を除くためである。この結果は非常に可変的であり、
そのため実際のガリウム砒素技術においては亜鉛の拡散
を用いることはほとんど行われない。開管法において固
体の拡散源（Ｓ　ｉ　０２−　Ｚ　ｎ　Ｏ）も用いられ
る。この拡散源はシランとジエチル亜鉛の混合ガスの酸
化によって堆積されて、リン珪酸ガラスによっておおわ
れる。開管式拡散では、３０００人単位０典型的な拡故
に対して６００℃で２０分間の加熱を行う、そのような
プロセスにおいて純粋な亜鉛や酸化亜鉛を使うことは、
基板の表面に損傷を与えるため、できない。亜鉛のイオ
ン注入は好ましくない、というのはその場合には活性化
のためのアニールが必要となり、その間に亜鉛の再分布
が発生し、もし表面が保護されていなければ亜鉛が試料
から脱出するからである。

更に亜鉛は半導体中で表面から移動しやすく、表面での
アクセプタｌ１ｌｔが減少する。これらに加えて、よく
知られているように、砒素の化合物を用いることは非常
に危険であって、従って望ましくない。

［発明が解決しようとする問題点］従って明らかなように、■−ｖ族技術特にガリウム砒素
デバイスにおいてＰ型領域への１ぐれたオーミック電極
を形成するためにｑ方ｃｒｎ当たり１０２０よりも高濃
度の高ドープＰ　層を得ることに大きなニーズがある。

更に明らかなように、そのような高ｙＡａを与えるため
の従来技術の方法は不満足なものであり、生産用のもの
として望ましくない。

以下の説明はガリウム砒素に関して行なわれるが、他の
■−ｖ族物質もまたここに述べるプロセスにおいて用い
ることができることは理解されるであろう。

ガリウム砒素バイポーラトランジスタの作製において、
Ｐ＋領域を得る′ためにしばしばベリリウムが注入され
、オーミック電極を形成するための合金を形成するため
にＡｕ　：　ＺＬＪ／ＡＵ金属が堆積される。高濃度に
ドープされたＰ＋層は接触抵抗を改善し、既に述べたよ
うに寄生抵抗を減少させるため、異なる金属例えばＡｕ
　：Ｇｅ／Ｎ　ｉの使用を可能とする。しかしＡＵ　：
　Ｇｅ／Ｎ　ｉは通常はＮ＋領領域の電極にのみ用いら
れている。この応用のためにはＰ＋層の厚さは正確に制
御される必要はない。また、Ｎ＋領領域通常に用いられ
るのと同じ電極材料をＰ＋領域にも用いることによって
、ブＯセス工程が省略できる。

ベリリウムは、通常はイオン注入によってＰ型領域中に
深く与えられるＰ型ドーパントである。

イオン注入は半導体の結晶格子を破壊するため、格子構
造を再生するためにアニーリング工程が必要である。し
かし、アニーリング工程の熱が注入されたベリリウムを
動きまわらせ、従って非常に高い表面のドーピングレベ
ルの存在を阻止する。

従ってＰ型領域の表面における高いドーピングレベルを
つくりだすためには拡散を用いなければならない。また
、従来技術のガリウム砒素基板中への亜鉛の拡散におい
て出会う問題の解決を図らなければならず、更にガリウ
ム砒素中への亜鉛の拡散の時間を短縮することが望まし
い。このことは、拡散時間が長くなるだけ、亜鉛が表面
から離脱してそこでの濃度を下げる機会が増大するため
である。

［問題点を解決するための手段と作用］本発明に従えば
、基板上へ窒化物マスクをとりつけ、Ｐ型領域の上にマ
スクに孔を開けて、ガリウム砒素中へ亜鉛の高濃度拡散
を行うことが行われる。マスクされていない領域上へ酸
化亜鉛と酸化シリコンを含む層がとりつけられる。酸化
亜鉛は堆積物の約２０％を占めることが望ましいが、酸
化シリコンを使用すること自体および／あるいはそれの
割合は本発明にとって本質的ではない。

酸化亜鉛を酸化シリコンでうすめる理由は基板中での酸
化亜鉛の横方向拡散を防止または最小化するためである
。うすめた酸化亜鉛が純粋の酸化亜鉛層よりも、横方向
拡散の問題を小さくすることが見出された。窒化シリコ
ンまたは二酸化シリコンの薄いキャップが酸化亜鉛の堆
積物をふくむ基板上に被着され、次にこの基板を７００
℃で約１０秒間パルスアニールする。この時間と温度と
は変えてもよい。拡散深さは時間と温度の両方の関数で
ある。従って同じあるいは異なる拡散の深さを（９るた
めに他の温度と時間の組合せを用いることができる。次
に基板表面に残存する二酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化亜鉛を例えばＨＦと希塩酸を用いる標準的な方法で
除去する。次に電極形成の熱プロセスのような標準的な
手続きを用いてＰ型領域上へ金、金−亜鉛合金、アルミ
ニウム等の堆積が行われる。電極形成のために金−ゲル
マニウム合金の堆積を行うことも可能である。

金−ゲルマニウム合金はＮ＋領領域の電極、にも用いる
ことができるため、この材料を用いることは非常に有利
である。次に合金工程を約４００℃で２ないし３分間行
い、電攬を形成するために合金化されるべき金属や合金
を溶融しガリウム砒素基板上に固化させる。こうして、
電極が完成し、基板との密着性もよく伝導度も高いもの
が得られる。

もし必要であれば、電極金属合金を堆積する前に、基板
を約２００人の深さまでエッチし−Ｃ１約５０ないし１
００人の深さまで侵入しているとみられる残留酸化亜鉛
や横方向拡散曲鉛を除去してもよい。このことによって
横方向拡散による半導体Ｎ型領域とＰ型領域との間の短
絡のａＪ能性を最小にすることができる。

［実施例１本発明に従うプロセスでは、仲鉛源として７７ＩＪｇ！
の固体Ｚｎ０ｘｌを用い、ガリウム砒素中への正確に制
御された亜鉛の拡散を行うために熱的パルスドライブイ
ンを用いている。ｚｎＯｘ議はスパッタリングで堆積さ
せるのが望ましい。７００℃、１０秒問という典型的な
熱的パルスによって２０００人の接合深さが達せられる
。窒化シリコンまたは二酸化シリコンはキャップとして
用いられ、後にＨＦとＨＣｌを用いて除去される。この
・工程によって５００人から５００ＯＡの拡散深さが達
成される。

さて第１＠図を参照すると、基板１が示されており、こ
の基板１にはＮ型コレクタ（またはエミッタ）領域３、
イオン注入されたベリリウム層でよいＰ型ベース領域７
、Ｐ型電極領域５、Ｎ型エミッタ（またはコレクタ）領
域９が含まれている。

基板１の上表面上に窒化シリコンのマスク１１が望まし
くはプラズマ気相堆積法（ＰＣＶＤ）によって堆積され
る。第１０図に示されたように、Ｐ型領域５上の領域に
おいて窒化シリコン層１１に孔があけられ、次に第１鋳
図に示されたように、酸化亜鉛と酸化シリコンの、望ま
しくは２０％の酸化亜鉛と８０％の酸化シリコンの割合
の混合物が、窒化シリコンマスク部分が除去されたｆｉ
域１３中へ標準的な方法で堆積される１５゜次に堆積さ
れた酸化亜鉛１５を含む基板全体上に二酸化シリコンま
たは窒化シリコンの薄い層１７が堆積され、次にこの基
板に７００℃、１０秒間のパルスアニールが施こされる
。

第１（ｂ）図かられかるように、堆積層１５からの亜鉛
がＰ型領域５の上表面１９に入り、その領域ですくなく
とも立方１当り１０２０のアクセプタ濃度を供給する。

横方向拡散がいく分発生するとみられるが、上に述べた
ようにもとの堆積層１５中の二酸化シリコン中の酸化亜
鉛の８ａ度が小さいためそのような横方向拡散は小さい
らのである。二酸化シリコンおよび／または窒化シリコ
ン層１１と１７は両方ともに、残存する酸化シリコンと
、基板中へ拡散しなかった酸化！ｔｌ！鉛のすべてと共
に、例えばＨＦと希塩酸の組合せを用いるようなｍ準的
な方法によって除去される。この時点におけるこれ以外
の付加的な工程としては、基板１の上表面を約２００人
の深さまでエッチして、表面上に残存する酸化亜鉛を除
去すると共に亜鉛の横方向拡散が発生する基板領域を除
去し、隣接するＮ型領１ｉ１９との短絡を最小化するこ
とがある。

この時点で、第１ゆ図に示されたように、＾いアクセプ
タ濃度を有するようになっている領域１９上にｆｆ１ｌ
ｆ１２１がとりつけられる。この電極２１は、表面上に
おいて島濃度のアクセプタを含むＰ型領域へ適当な接着
性を有する、金−亜鉛合金、アルミニウム、金−ゲルマ
ニウム、その他の材料でよい。金−ゲルマニウム電極材
料は、Ｎ型領域用のすぐれた電極材料でもあり、従って
Ｎ型領域電穫と同時に堆積させることができるため特に
有用である。次に、もし必要があれば、基板を４００℃
め雰囲気中に２ないし３分装置いて電極材料２１０合金
化を行う。これによって電極を形成している合金は溶融
しガリウム砒素基板上で固化する。この工程は純粋の金
ＷＡ電極の場合にも行われる。このようにして、簡単な
工程で、既に述べた従来技術の方法に存在する危険なし
に、ガリウム砒素基板のＰ型領域への密着電極が形成さ
れる。

本発明に従えば、非常に高い亜鉛の表面濃度が得られる
ことがわかる。第２図は、本発明の方法を用いた場合の
亜鉛の濃度分布を深さの関数で示している。濃度が非常
に高いので電＊としてドライブローブ（ｄｒｙ　ｐｒｏ
ｂｅ　）が使用できる。このような高い表面濃度のため
に、オーミック接触を形成するのにアルミニウム等の任
意の金属を堆積させることでよい。これらの層上にＡｕ
ニアｎ合金電極を用いることで固有接触低抗約３Ｘ１０
−７Ω・ｃＩＲ２が得られている。処理の便宜のために
、Ａｕ：Ｇｅ／Ｎｉ金属を用いた場合には、４３０℃２
，５分間の合金化、または４３０℃、２０秒間の熱的パ
ルス合金化の後に、固有接触抵抗約５Ｘ１０’Ω・ｃｒ
ｒ　２が得られている１、このように、この方法によれ
ば、Ｎ型オーミック電極とＰ型オーミック電極のために
異なる２種類の金属を用いる必要がなくなる。

本発明の方法の利点は次のようなものである。

接合深さの正確な制御、選択的なドーピング、分布が拡
散源の層厚に依存しないこと、基板からの砒素損失の防
止、横方向拡散の最小化、ジエチル亜鉛や砒素など危険
な気体を使用する必要性の排除。更に、アクセプタドー
パントの表面濃度が非常に高いために、ドライブロープ
が使用可能であり、プロセスの早い時点で試験が可能で
ある。

本発明についてそれの特定の実施例をとりあげて説明し
てきたが、当業者にとっては数多くの変更や罷工が可能
であることは明らかであろう。従って、本発明は特許請
求の範囲の記載は広く解釈すべきであり、従来技術の観
点からの実施例の変更、修正を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１＠図から第１ゆ図は、本発明に従う、半導体装四の
作製に用いられる方法の工程を示す概略図である。第２図は、ガリウム砒素中の亜鉛アクセプタのａｒｔＩ
の深さ分布を温度をパラメータとして示したグラフであ
る。第３図は、温度分布をパラメータとして、接合深さとシ
ート導電率をパルス時間の関数で示したグラフである。１・・・基板３・・・Ｎ型コレクタ５・・・Ｐ型電極領域７・・・Ｐ型ベース領域９・・・Ｎ型エミッタ１１・・・マスク１３・・・マスク孔領域１５・・・酸化亜鉛、酸化シリコン堆Ｗ４層１７・・・
二酸化シリコンまたは窒化シリコン１９・−Ｐ型領域の
表面２１・・・電極材料

Claims

【特許請求の範囲】

（１）III−Ｖ族半導体装置のＰ型領域へ電極を形成す
る方法であつて、（ａ）装置の表面へ延びるすくなくとも１つのＰ型領域
を有するIII−Ｖ族半導体デバイスを作製する工程、（ｂ）上記Ｐ型領域中へアクセプタ不純物を導入し、そ
の領域の上記表面においてすくなくとも１０＾２＾０／
ｃｍ＾３の不純物濃度をもたせる工程、（ｃ）上記Ｐ型
表面へ導電性金属電極材料をとりつける工程、を含む方法。
（２）特許請求の範囲第１項の方法であつて、上記半導
体装置がガリウム砒素から形成される、方法。
（３）特許請求の範囲第１項の方法であつて、上記金属
が、金、金−亜鉛合金、金−ゲルマニウム合金、アルミ
ニウムを含む群から選び出されたものである、方法。
（４）特許請求の範囲第２項の方法であつて、上記金属
が、金、金−亜鉛合金、金−ゲルマニウム合金、アルミ
ニウムを含む群から選び出されたものである、方法。
（５）特許請求の範囲第１項の方法であつて、上記工程
（ｂ）が、上記Ｐ型領域の表面上の亜鉛を十分な時間−
温度組合せ条件でパルス加熱し、亜鉛の濃度がすくなく
とも１０＾２＾０／ｃｍ＾３で、約２０００Åの亜鉛拡
散深さを得るようにする工程を含む、方法。
（６）特許請求の範囲第２項の方法であつて、上記工程
（ｂ）が、上記Ｐ型領域の表面上の亜鉛を十分な時間−
温度組合せ条件でパルス加熱し、亜鉛の濃度が少なくと
も１０＾２＾０／ｃｍ＾３で、約２０００Åの亜鉛の拡
散深さを得るようにする工程を含む、方法。
（７）特許請求の範囲第３項の方法であつて、上記工程
（ｂ）が、上記Ｐ型領域の表面上の亜鉛を十分な時間−
温度組合せ条件でパルス加熱し、亜鉛の濃度が少なくと
も１０＾２＾０／ｃｍ＾３で、約２０００Åの亜鉛拡散
深さを得るようにする工程を含む、方法。
（８）特許請求の範囲第４項の方法であつて、上記工程
（ｂ）が、上記Ｐ型領域の表面上の亜鉛を十分な時間−
温度組合せ条件でパルス加熱し、亜鉛の濃度が少なくと
も１０＾２＾０／ｃｍ＾３で、約２０００Åの亜鉛拡散
深さを得るようにする工程を含む、方法。
（９）特許請求の範囲第５項の方法であつて、上記亜鉛
が７００℃の温度で１０秒間パルス加熱される、方法。
（１０）特許請求の範囲第６項の方法であつて、上記亜
鉛が７００℃の温度で１０秒間パルス加熱される、方法
。
（１１）特許請求の範囲第７項の方法であつて、上記亜
鉛が７００℃の温度で１０秒間パルス加熱される、方法
。
（１２）特許請求の範囲第８項の方法であつて、上記亜
鉛が７００℃の温度で１０秒間パルス加熱される、方法
。
（１３）特許請求の範囲第５項の方法であつて、上記亜
鉛が上記Ｐ型領域上へスパッタされる、方法。
（１４）特許請求の範囲第６項の方法であつて、上記亜
鉛が上記Ｐ型領域上へスパッタされる、方法。
（１５）特許請求の範囲第７項の方法であつて、上記亜
鉛が上記Ｐ型領域上へスパツタされる、方法。
（１６）特許請求の範囲第８項の方法であつて、上記亜
鉛が上記Ｐ型領域上へスパッタされる、方法。
（１７）特許請求の範囲第９項の方法であつて、上記亜
鉛が上記Ｐ型領域上へスパッタされる、方法。
（１８）特許請求の範囲第１０項の方法であつて、上記
亜鉛が上記Ｐ型領域上へスパッタされる、方法。
（１９）特許請求の範囲第１１項の方法であつて、上記
亜鉛が上記Ｐ型領域上へスパッタされる、方法。
（２０）特許請求の範囲第１２項の方法であつて、上記
亜鉛が上記Ｐ型領域上へスパッタされる、方法。
（２１）III−Ｖ族半導体装置であつて、（ａ）III−Ｖ族半導体材料で構成された基板であつて
、Ｎ型領域とＰ型領域とを含み、上記Ｐ型領域のすくな
くとも１つが基板表面に延びた、基板、（ｂ）半導体表面においてすくなくとも１０＾２＾０／
ｃｍ＾３のアクセプタ濃度を有する上記Ｐ型領域の一部
分、（ｃ）上記Ｐ型領域の上記表面へ接着された導電性金属
電極材料、を含む、半導体装置。
（２２）特許請求の範囲第２１項の半導体装置であつて
、上記半導体材料がガリウム砒素である、半導体装置。
（２３）特許請求の範囲第２１項の半導体装置であつて
、上記アクセプタが亜鉛である、半導体装置。
（２４）特許請求の範囲第２２項の半導体装置であつて
、上記アクセプタが亜鉛である、半導体装置。
（２５）特許請求の範囲第２１項の半導体装置であつて
、上記金属が、金−亜鉛合金、金−ゲルマニウム合金、
金、アルミニウムを含む群から選び出されたものである
、半導体装置。
（２６）特許請求の範囲第２２項の半導体装置であつて
、上記金属が、金−亜鉛合金、金−ゲルマニウ合金、金
、アルミニウムを含む群から選び出されたものである、
半導体装置。
（２７）特許請求の範囲第２３項の半導体装置であつて
、上記金属が、金−亜鉛合金、金−ゲルマニウ合金、金
、アルミニウムを含む群から選び出されたものである、
半導体装置。
（２８）特許請求の範囲第２４項の半導体装置であつて
、上記金属が、金−亜鉛合金、金−ゲルマニウ合金、金
、アルミニウムを含む群から選び出されたものである、
半導体装置。
（２９）特許請求の範囲第２１項の半導体装置であつて
、アクセプタ濃度１０＾２＾０／ｃｍ＾３を有する上記
Ｐ型領域が上記表面から約２０００Å以内に存在する、
半導体装置。
（３０）特許請求の範囲第２８項の半導体装置であつて
、アクセプタ濃度１０＾２＾０／ｃｍ＾３を有する上記
Ｐ型領域が上記表面から約２０００Å以内に存在する、
半導体装置。