JPS61154070A - 電極形成法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は■−ｖ化合物半導体に対するシ目。

トキー形電極の形成方法に関する。

（従来技術とその問題点） ■−■化合物半導体、とシわけＧａＡｓは超高速集積回
路を構成するデバイス用材料として注目されているｏ　
ＧａＡｓ集積回路を構成する基本デバイスはシｍｙトキ
ー形電極をゲートとした電界効果トランジスタ（ＦＩＴ
　）であるか、高密度化のためにはセル７アライン形ゲ
ート構造を実現する必要があるためシ璽ットキー形ゲー
ト電極を耐熱性のあるものにしなければならない（厄用
物理　５３巻１号　１９８４年３４ページ）０セル７ア
ライン形ゲート構造を持つたＦＩＴはゲート電極をマス
クとして動作層と同一の導電盤を有する不純物をイオン
注入し、８００℃以上の高温で熱処理することにより注
入不純物の電気的活性化を行なうむとで作られる０この
セルファライン形ゲート構造を持りたＦＥＴではイオン
注入による高導電層をゲート電極とソースおよびドレイ
ン電極間に設けることができ屏各電極間の寄生抵抗の低
減が計れるため超高速集積回路用の基本デバイスとして
有効な構造である。

さて、このセルファジイン形ゲート構造を持つたＦ）３
Ｔｔ−実現するためには不純物をイオン注入した後の熱
処理に耐えることのできる耐熱性ゲート構造が必要であ
シ、高融点金属の窒化物が■−■化合物半導体との反応
性が低い事からゲート金属材料として期待されている（
特願昭５７−１８６６９（特開＠５８−１３５６８号）
　Ｗ、　Ｍｏ　、　Ｔ　ｉ、Ｔａ　のいずれかの窒化物
から成るゲート電極）ｏしかし。

この耐熱性に関しても再現性という意味で必ずしも十分
ではない。さらにこれらの高融点金属の窒化物をゲート
金属としたショットキー接合の特性は、耐熱性を別にす
れば従来から理想に近いショットキー特性を示す事が知
られているアルミニウムシ、、トキー接合の特性に匹敵
する場合はあるものの特性の再現性の点で末だ十分とは
いえない。

周知のようにショットキー接合を流れる電流Ｉと印加電
圧Ｖの間には次の関係がある。

ｌ０Ｃｅｘｐ　（ｅＶ／ｎｋ’ｒ　） ただし、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度。

ｅは単位電荷であ〕、ｎはショットキー特性の理想値（
ジ４−（８６Ｍ＠　Ｓ　ｚｅ　）著、フイジイクスオプ
　セミコンダクター　デバイス（Ｐｈｙｇｊｃｓｏ（８
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　）、　　
２版、２６４ベージ、ジ１ン　ワイリー　アンド　テン
ズ（ＪｏｈｎＷ目ａｙ　ｈ　８ｏｎｓ　）出版）と呼ば
れる係数である。

理想的シ１１ツ）キー接合では前記した式で定義される
理想値ｎがｌ″ｆ：示す事が初等的な拡散理論より得ら
れることは良く知られている０表１に従来の方法で作成
された窒化タングステン膜を金属としたＧａＡｓシ目ッ
トキットキー接合および逆方向耐圧を示す。

表１ ｎ値および逆方向耐圧はショットキーダイオード１０個
について電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を測定して求め九０
また１表１には参考データとしてアルミエラムシ璽ット
キー接合の特性をも併せて示した。測定された１０個の
シｌットキーダイオードのｎ値および逆方向耐圧の平均
値は各々１．０９および１．８ボルト（Ｖ）でアルミニ
ウム　ショットキー接合の特性とほぼ匹敵するがデータ
にはばらつきが見られる。すなわち、ｎ値は１．０５〜
１．２１および逆方向耐圧は１．５〜１．９ｖの範囲で
ばらついている口 すなわち、従来技術では窒化タングステン膜形成にあた
ってはＧａＡｓ基板上に直接窒化タングステン膜を堆積
させる構造が採られて来九、こうした方法で作られた窒
化タングステン膜を金属としたＧ暑Ａｓシ冒ットキー接
合は耐熱性に優れてｉるかためにセルファライン形ゲー
ト構造を持ったＦＢＴの電極材料として期待されるもの
であるがこの耐熱性に対［７ても再現性に欠ける点があ
るはかりか。

理想に近い特性を示すアルミニウムショットキー接合特
性（ｎ値や逆方向耐圧）はどく安定した特性を得ること
はむすかしｂｏ （発明の目的） 本発明の目的は前記従来の欠点を解決し、アルミニウム
ショットキー接合特性に匹敵する特性を再現性よく得ら
れしかも耐熱性の再現性が向上するシｍｙ）キー接合電
極の形成方法を提供することにある◎ （発明の構成） 本発明は瓜−Ｖ化合物半導体表面にアルミニウム層を形
成、しかる後熱処理してアルミニウムと前記半導体表面
を反応させる第一の工程と反応せずに残ったアルミニウ
ムを取り除く第二の工程とさらに該アルミニウムを取り
除いた■−ｖ化合物半導体表面を窒化する第三の工程を
経過した後に高融点金属の窒化物全形成する第四の工程
を含むことを特徴とする電極形成法である。

（実施例） 以下、この発明を実施例に基づき詳細に説明するＯ 工程図を第１図に示す。まず、　３Ｘ１０　　ｅｓ　　
の電子濃度を有する８ｉドープＧａＡｓ基板を３＝ｌ：
１の体積比で混合した硫酸、過酸化水素、および水から
なる混合溶液中（液温７５℃）で６０秒間エツチングし
た後５分間の水洗を行ない、さらに塩酸に１分間浸漬し
再び１０秒間水洗した後、窒素ガスｔ−ＧａＡｓ基板ｌ
の表面に吹きつけることによシ乾燥を行なった。この後
、第１図（ａ）で示すようにＧａＡｓ基板ｌ基板面にア
ルミニウム２を厚さ３００Ｘ蒸着した。蒸着したアルミ
ニウム層２の厚さは数１００１から数１０００１である
が層の厚さはこの発明に関わるものではなく、かつ、ア
ルミニウム層２の形成方法としては蒸着に限るものでは
なら６００℃の間の温度が望ましい０この温度範囲では
アルミニウム２とＧａＡｓ基板ｌ基板面が反応しかつＧ
ａＡｓ基板１の表面が乱れることもないためである。ま
たアルミニウム膜２を１００Ｘ以下しか形成しないとき
は上記温度範囲ですべて反応するので反応しないで残り
たアルミニクム膜２ｔ−除去する工程は必要ないが１本
発明のようにやや多めにアルミニウム膜２ｔ−形成して
おいて反応させ。

反応しないで残りた膜を除去する方が製造工程としては
安定している０ 次に反応せずに残りたアルミニウム層２ｆ７Ｉ：フッ酸
によシ取り除いた状態が第１゛図（ｂ）に示しである。

アルミニウム層２ｆｔ取り除いた表面はほぼアルミニウ
ム層２を付着する前のＧａＡｓ基板１の表面を維持して
いる。しかし、こうした工程を経た〇ａＡｓ基板ｌ基板
面は前記した工Ｓを踏んでいないＧ１Ａｓ基板表面に較
べて僅かに色調を異にしていることが両者を並べ目視す
ることでわかる０これはこの発明の有効性をもとに考え
るとアルミニウム２がＧａＡｓ基板ｌ基板面近くに僅か
に溶融し、アルミニウム含有層３が形成されたことの証
査であると考えられるり こうしてアルミニウム２を取り除いた後、次に第１図（
Ｃ）で示す構造を作製する。　（ｈＡｓ基板ｌｔ−アル
ミニウム２ｔ−取り除いた後、すみやかに高周波１グネ
トロンスバツタ装置の試料室に導入し。

１　Ｇ−’ｔｏｒｒまで排気した０まず、基板温度ｔ−
２００℃に昇温した後試料室内に１０　　ｔｏｒｒの圧
力までアンモニアガスを導入しそのま１１０秒間放置す
ることによＦ）　ＧａＡｓ基板ｌ基板面を窒化し、Ｇａ
Ａｓの窒化層５が得られる。次に再び、試料室ｔ−１０
−’ｔｏｒｒまで排気しアルゴンおよび窒素の混合ガス
會５Ｘ１０−３ｔｏｒｒの圧力まで導入し、パワー６０
０　Ｗｔ基板温度２００℃で行なりた。窒素分圧２０％
で上記混合ガス中でタングステンターゲットを７分間ス
パッタリングすることによ＃）２０００又の厚みを持っ
た窒化タングステン層４を形成されるＯ窒素分圧として
は数−からｔ！Ｌ１０９６の間で耐熱性の高い窒化タン
グステン４が得られる０ 次に、フォトレジストをマスクとして８Ｆ、ガスによる
反応性イオンエツチング法によシ直径４００μｍφの円
形パターンに窒化タングステン膜４ｔ−成型した。レジ
ストマスクを除去後、試料全面に厚さ３００Ｘの窒化シ
リコン膜を堆積し８００℃で２０分間、窒素雰囲気中で
熱処理を施したＯ窒化シリコン膜は熱処理プロセスでの
試料表面の熱分解を防止するものである。

ＧｍＡｓ基板１へのオーム性電極の形成は次の手順で行
なりたｏ　ＧａＡｓ基板１の裏面に金、ゲルマニウムお
よびニッケルを蒸着し、水素炉中で４００℃で２分間の
熱処理をおこなった。

以上の工程を経た後、窒化シリコン膜を除去し。

窒化タングステン４をショットキー電極とするダイオー
ドを製作し、電流−電圧特性を測定する事によ〕シｍｙ
）キー接合特性を評価した。従来技術とその問題点で述
べたように従来技術で作成されたシｍｙ）キー接合特性
はｎ値は１．０５〜１．２１の範囲で、逆方向耐圧は１
．５〜１．９ｖの範囲で各々ばらついている（表Ｉｔ−
参照）０これに対しこの発明によ）作製されたショット
キー接合ではｎ値は１．０５±０．０３が得られておシ
、逆方向耐圧も１．８士ｏ、ｏｓｖｔ示し、かつ８５０
℃、３０分間の熱処理を行なってもショットキー接合特
性は上記した範囲に再現性よく収まり、熱安定性および
接合特性の製作再現性は格段に向上した０これは良好な
シヨツトキー接合特性はアルミニウム含有層３の存在に
よると考えられるものであるし、再現性のよい熱安定性
はＧａＡｓ窒化層５の存在にもとずくとこれらの結果か
ら推察できる。

以上、実施例ではＧａＡｓ基板をもちい高融点金属の窒
化物としては窒化タングステンの例を示した。

しかし、基板材料としてはＩｎＰ等あるいはＩｎＧａＡ
ｓ等の■−■化合物群に適用できるものであシ、かつ高
融点金属としてはＭｏ、　Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｃｒ等に対
しても適用でき、有効であることは言うまでもない。

（発明の効果） この発明の方法を採用することによ）、ショットキー接
合特性の熱安定性および接合特性の製作再現性は格段に
向上した。さらにこの発明で得られるショットキー接合
の特性は、耐熱性を別にすれば理想に近い特性を示すア
ルミニラムシ３ツトキー接合特性（ｎ値や逆方向耐圧）
に匹敵するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）から（Ｃ）はこの発明の電極形成法を示す
工程図。 １　：　ＧａＡｓ基板 ２；アルミニウム蒸着層 ３ニアルミニウム含有層 ４；窒化タングステン膜 ５　：　ＧａＡｓ窒化層　　　　　　　　　　　　７−
：−τユ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　III−Ｖ化合物半導体表面にアルミニウム層を形成、
   しかる後熱処理してアルミニウムと前記半導体表面を反
   応させる第一の工程と反応しないで残ったアルミニウム
   を取り除く第二の工程とさらに該アルミニウムを取り除
   いたIII−Ｖ化合物半導体表面を窒化する第三の工程を
   経過した後に高融点金層の窒化物を形成する第四の工程
   を含むことを特徴とする電極形成法。