JPS61174671A - シヨツトキ接合型半導体装置及びその製法 - 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】 Ｌｌよ亘上月１１ 本発明は、（Ｉ　ｎ　　Ｇ　ａ　＜　、□）　）　ｚ　
Ａ　＋　（１−７、ＡＳ（ただし、０≦ｙく１．０くｚ
≦１）、（Ｉ　ｎ　　Ｇａ（１−ｙ）　）　２Ａ　ｌ　
（１−ｚ）　Ｐ　（ただし、Ｏ≦ｙく１．０くｚ≦１）
などのガリウムと砒素とを含む化合物半導体でなる半導
体基板上に、その半導体基板との間でショットキ接合を
形成している電極が形成されている構成を有するショッ
トキ接合型半導体装置、及びその製法の改良に関する。

従ｍ葦 従来、（ｒ　ｎ　　Ｇ　ａ　　−Ｉ　　Ａ　’　（１−
Ｚ）　Ａｙ（１ｙ）ｚ Ｓ（ただし、Ｏ≦ｙ＜１、Ｏ＜ｚ≦１）、（ＩｎＧａ（
１−ｙ）　）ｚ　”　（１−ｚ）　Ｐ（ただし、Ｏ■ ≦ｙ〈１．０〈ｚ≦１）などのガリウムと砒素とを含む
化合物半導体でなる半導体基板上に、その半導体基板と
の間でショットキ接合を形成している電極が形成されて
いる構成を有するショットキ接合型半導体装置が、その
半導体基板が（Ｉ　ｎ　　Ｇａ、、）　）　２Ａ　ｌ　
（１−ｚ）　Ａｓ　（ただし、Ｏ≦ｙ〈１．０くｚ≦１
）、（Ｉｎ、Ｇａ（１−ｙ）　）ｚ　”　（１−ｚ）　
Ｐ（ただし、Ｏ≦ｙ〈１．０くｚ≦１）などのガリウム
と砒素とを含む化合物半導体でなるために、比較的高速
で動作するという理由で、例えばショットキ接合型電界
効果トランジスタにみられるように、種々提案されてい
る。

ところで、このような、半導体基板が（ＩｎｙＧａ（１
，、）　２Ａ　Ｉ　（１−ｚ）Ａｓ　（ただし、０≦ｙ
く１、Ｏ＜ｚ≦１）、（ｌ　ｎ　　Ｇａ（１−ｙ）　）
ｚ　Ａ　Ｉ　（１−ｚ）　Ｐ　（ただし、０≦ｙ＜ｉ、
Ｏ＜ｚ≦１）などのガリウムと砒素とを含む化合物半導
体でなる構成を有するショットキ接合型半導体装置にお
いては、■そのショットキ接合型半導体装置上にそれと
の間でショットキ接合を形成して形成されている電極が
、低い抵抗率を有していること、■ショットキ接合が、
高い障壁高さを有していること、■ショットキ接合が、
高い温度が与えられても電気的特性が劣化しない、とい
う高い耐熱性を有していることが所望とされている。

このことから、従来、半導体基板が（Ｉｎ。

Ｇａ（１−ｙ）　）　ｚ　Ａ　Ｉ　（１−ｚ）　Ａ　Ｓ
　＜ただし、０≦ｙ〈１．０〈ｚ≦１）、（Ｉ　ｎ、Ｇ
ａ（、−、、）ｚ　”　（１−ｚ）　Ｐ（ただし、０≦
ｙ＜１．０＜ｚ≦１）などのガリウムと砒素とを含む化
合物半導体でなる構成を有するショットキ接合型半導体
装置において、その半導体基板上に、それとの間でショ
ットキ接合を形成して電極が、タングステン、モリブデ
ンのような単体金属、タングステン硅化物のような金属
硅化物、タングステン窒化物のような余尺窒化物でなる
という構成を有するものが提案されている。

しかしながら、半導体基板との間でショットキ接合を形
成している電極が上述した単体金属でなる場合、その電
極が、１×１０−５Ωｃｍ　　程度以下の低い抵抗率を
有しているが、ショットキ接合が、０．６ｙ程度の低い
障壁高さしか有していないとともに、８００℃程度の比
較的低い温度が与えられても、電気的特性が劣化し、従
って、耐熱性に優れていない、という欠点を有していた
。

また、半導体基板との間でショットキ接合を形成してい
る電極が、上述した金属硅化物でなる場合、その電極が
、スパッタリング堆積法によって形成されている場合、
約４Ｘ１０−’Ω０１以上という高い抵抗率を有し、ま
た、ショットキ接合が、電極が上述した単体金属である
場合に比し耐熱性が優れているとしても、その耐熱性が
不十分である、という欠点を有していた。

さらに、半導体基板との間でショットキ接合を形成して
いる電極が、金属硅化物でなる場合、ショットキ接合が
、約０．６ｙ程度という比較的低い障壁高さしか有して
いないとともに、電極が金属硅化物である場合と同様に
、耐熱性が不十分である、という欠点を有していた。

口　を解決するための手段 よって、本発明は上述した欠点のない、新規なショット
キ接合型半導体装置、及びその製法を提案せんとするも
のである。

本発明によるショットキ接合型半導体装置は、上述した
従来のショットキ接合型半導体装置の場合と同様に、（
Ｉｎ　　Ｇａ　　−）　　ＡＩｙ　　　（ｌｙ）　　ｚ
　　　（１ −２）ＡＳ（ただし、Ｏ≦ｙ＜１、Ｑ＜ｚ≦１）、（Ｉ
　ｎ　　Ｇａ（１−ｙ）　＞　２Ａ　Ｉ　（１−ｚ）　
Ｐ　（ただし、Ｏ≦ｙ〈１．０〈ｚ≦１）などのガリウ
ムと砒素とを含む化合物半導体でなる半導体基板上に、
その半導体基板との間でショットキ接合を形成している
電極が形成されている、という構成を有する。

しかしながら、本発明によるショットキ接合型半導体装
置は、このような構成において、その半導体基板との間
でショットキ接合を形成している電極が、Ｖａ族元素及
びＶＩａ族元素の何れか一方または双方から選ばれた互
に異なる第１及び第２の金属と、窒素とによる３元合金
でなる、という構成を有する。

また、本発明によるショットキ接合型半導体装置の製法
は、（Ｉｎ　　Ｇａ　　−）　　ＡＩＶ　　　（１ｙ）
　　Ｚ　　　（１ −２１Ａｓ（ただし、０≦ｙ＜ｉ、ｏ＜ｚ≦１）、（Ｉ
　ｎ　　Ｇａ（１−ｙ）　）　２Ａ　ｌ　（１−ｚ）　
Ｐ　（ただし、Ｏ≦ｙく１、Ｏ＜ｚ≦１）などのガリウ
ムと砒素とを含む化合物半導体でなる半導体基板上に、
Ｖａ族元素及びＶＩａ族元素の何れか一方または双方か
ら選ばれた互に異なる第１及び第２の金属をそれぞれ用
いたＭｌ及び第２のターゲットを用いた、または上記第
１及び第２の金属の合金もしくはその合金の窒化物を用
いたターゲラ１〜を用いた、窒素ガスとアルゴンガスと
の混合ガスの雰囲気中での反応性スパッタリング堆積処
理を行なって、上記第１及び算２の金属と、窒素とによ
る３元合金でなり、且つ上記半導体基板との間でショッ
トキ接合を形成している電極を形成する工程を含んで、
本発明によるショットキ接合型半導体装置を製造する。

支ｌ豆立主亙１１ 本発明によるショットキ接合型半導体装置によれば、半
導体基板との間でショットキ接合を形成している電極が
、Ｖａ族元素及びＶＩａ族元素の何れか一方または双方
から選ばれた互に異なる第１及び第２の金属と、窒素と
による３元合金でなるので、電極が、冒頭で上述した従
来のショットキ接合型半導体装置の場合に比し、低い抵
抗率を有し、また、ショットキ接合が、同様に従来のシ
ョットキ接合型半導体装置の場合に比し、高い障壁高さ
を有し、さらに、ショットキ接合が、同様に従来のショ
ットキ接合型半導体装置の場合に比し、優れた耐熱性を
有している。

また１、本発明によるショットキ接合型半導体装置の製
法によれば、上述した優れた作用効果を有するショット
キ接合型半導体装置を、容易に製造することができる。

実施例１ 次に、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第１
の実施例、及びその製法の第１の実施例を、そのショッ
トキ接合型半導体装置の製法の第１の実施例によって述
べよう。

本発明によるショットキ接合型半導体装置の製法の第１
の実施例は、第１図を伴なって以下述べる順次の工程を
とって、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第
１の実施例を製造する。

すなわち、予め、Ｇａ　Ａｓでなるｎ型の半導体基板１
を用意する（第１図Ａ）。

しかして、その半導体基板１上に、ＶＩａ族元素の１つ
であるモリブデン（ＭＯ）を用いたターゲットと、Ｖａ
族元素の１つであるタンタル（Ｔａ）を用いたターゲッ
トとの２つのターゲットを用いた、窒素ガスとアルゴン
ガスとの混合ガスの雰囲気中での反応性スパッタリング
堆積処理を行なって、モリブデンと、タンタルと、窒素
との３元合金でなる金属層を、図示しないが半導体基板
１の全域に亘って形成する。

この場合、反応性スパッタリング堆積処理を、窒素ガス
とアルゴンガスとの混合ガスを半導体基板１上に流して
いる状態で、モリブデンを用いたターゲットと、タンタ
ルを用いたターゲットとに、各別に高周波電力を印加し
、そして、窒素ガスとアルゴンガス−との混合ガスを放
電させて行う。

次に、その金属層に対し、ＣＦ４ガスと酸素（０２）と
の混合ガスを用いたプラズマエツチング処理を施すこと
によって、金属層から、半導体基板１上に、その半導体
基板１との間でショットキ接合３を形成しており、且つ
半導体基板１の全幅に亘って延長しているストライプ状
の電極２を形成する（１１図Ｂ）。

次に、半導体基板１上に、電極２を挾んだ開位置におい
て、半導体基板１にオーム接触している、ＡＵ　Ｇｅ−
Ｎｉでなる電極４及び５を、それ自体は公知の種々の方
法で形成する（第１図Ｃ）。

以上のようにして、Ｇａ　Ａｓでなるｎ型の半導体基板
１上に、その半導体基板１との間でショットキ接合３を
形成している電極２が形成されている構成を有し、そし
て、電極２が、ＶＩａ族元素の１つであるモリブデン（
ＭＯ”）と、Ｖａ族元素の１つであるタンタル（Ｔａ　
）と、窒素とによる３元合金でなる、という本発明によ
るショットキ接合型半導体装置の第１の実施例を、電極
２をゲート電極、電極４及び５をそれぞれソース電極及
びドレイン電極としているショットキ接合型電界効果ト
ランジスタの実施例として、製造する。

以上で、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第
１の実施例、及びそれを製造する本発明によるショット
キ接合型半導体装置の製法の第１の実施例が明らかとな
った。

第１図Ｃに示す本発明によるショットキ接合型半導体装
置の第１の実施例によれば、そのモリブデンと、タンタ
ルと、窒素との３元合金でなる電極２が、本発明による
ショットキ接合型半導体装置の製法の第１の実施例によ
って、その反応性スパッタリング堆積処理を、窒素ガス
とアルゴンガスとの混合ガスによる雰囲気中の圧力を８
ｍＴｏｒｒとし、混合ガスの全放電電力を１．５にＷと
し、モリブデン（ＭＯ）を用いたターゲットと、タンタ
ル（Ｔａ　）を用いたターゲットとに各別に印加する高
周波電力をモリブデンと、タンタルと、窒素との３元合
金でなる電極２が、２０％のタンタルの原子濃度を有し
て形成させる値にして、混合ガスに占める窒素ガスの流
量比（％）を変えて行って形成されている場合、ショッ
トキ接合３が、第２図に示すように、冒頭で上述した従
来のショットキ接合型半導体装置の場合に比し、高い障
壁高さφ（Ｖ）を有している。

また、第１図Ｃに示す本発明によるショットキ接合型半
導体装置の第１の実施例によれば、そのモリブデンと、
タンタルと、窒素との３元合金でなる電極２が、本発明
によるショットキ接合型半導体装置の製法の第１の実施
例によって、その反応性スパッタリング堆積処理を、上
述したように窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスによ
る雰囲気中の圧力を８■Ｔ　ｏｒｒとし、混合ガスの全
放電電力を１．５にＷとし、しかしながら、混合ガスに
占める窒素ガスの流量比（％）を１０％にして、モリブ
デン（ＭＯ）を用いたターゲットと、タンタル（Ｔａ　
）を用いたターゲットとに各別に印加する高周波電力を
モリブデンと、タンタルと、窒素との３元合金でなる金
属層、従って電極２におけるタンタルの原子濃度（％）
を変えて行って形成されている場合、ショットキ接合３
が、第３図に示すように、冒頭で上述した従来のショッ
トキ接合型半導体装置の場合に比し、高い障壁高さφ（
Ｖ）を有している。

さらに、第１図Ｃに示す本発明によるショットキ接合型
半導体装置の第１の実施例によれば、そのモリブデンと
、タンタルと、窒素との３元合金でなる電極２が、本発
明によるショットキ接合型半導体装置の製法の第１の実
施例によって、その反応性スパッタリング堆積処理を、
上述したように窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスに
よる雰囲気中の圧力を８ｍＴｏｒｒとし、混合ガスの全
放電電力を１．５にＷとし、モリブデン（ＭＯ）を用い
たターゲットと、タンタル（丁ａ）を用いたターゲット
とに各別に印加する高周波電力の値を、モリブデンと、
タンタルと、窒素とによる３元合金でなる金属層、従っ
て電極２におけるタンタルの原子濃度が２０％を有して
形成される値にし、さらに、混合ガスに占める窒素ガス
の流量比（％）を５％にして行って形成されている場合
、電極２が、冒頭で上述した金属硅化物でなる場合に比
し低く、且つ電極２が冒頭で上述した金属炭化物の場合
とほぼ等しい、約ｌＸ１０−４Ωｃｍという低い抵抗率
を有している。また、ショットキ接合３が、電極２が金
属硅化物または金属窒化物でなる場合に比し良好な耐熱
性を有している。

従って、第１図Ｃで上述した本発明によるショットキ接
合型半導体装置によれば、半導体基板１との間でショッ
トキ接合３を形成している電極２の抵抗率、ショットキ
接合３の障壁高さ、及びショットキ接合３の耐熱性のい
ずれについても、口頭で上述した従来のショットキ接合
型半導体装置の場合に比し、優れている、という特徴を
有する。

また、第１図で上述した本発明よるショットキ接合型半
導体装置の製法の第１の実施例によれば、上述した優れ
た特徴を有する本発明によるショットキ接合型半導体装
置の第１の実施例を、容易に製造することができる。

友ｉ■ユ 次に、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第２
の実施例、及びその製法の第２の実施例を、そのショッ
トキ接合型半導体装置の製法の第２の実施例によって述
べよう。

本発明によるショットキ接合型半導体装置の製法の第２
の実施例は、第１図で上述した本発明によるショットキ
接合型半導体装置の製法の第１の実施例において、反応
性スパッタリング堆積処理を、モリブデンを用いたター
ゲットと、タンタルを用いたターゲットとを用いて行っ
ているのに代え、タングステンを用いたターゲットと、
タンタルを用いたターゲットとを用いて行うことを除い
て、第１図で上述した本発明によるショットキ接合型半
導体装置の製法と同様の工程をとって、ＧａＡｓでなる
ｎ型の半導体基板１上に、その半導体基板１との間でシ
ョットキ接合３を形成している電極２が形成されている
構成を有し、そして、電極２が、ＶＩａ族元素の１つと
してのタングステン（Ｗ）と、Ｖａ族元素の１つとして
のタンタル（Ｔａ）と、窒素とによる３元合金でなる、
という本発明によるショットキ接合型半導体装置の第２
の実施例を製造する。

以上で、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第
２の実施例、及びそれを製造する本発明によるショット
キ接合型半導体装置の製法の第２の実施例が明らかとな
った。

本発明によるショットキ接合型半導体装置の第２の実施
例によれば、半導体基板１との間でショットキ接合３を
形成している電極２の抵抗率、ショットキ接合３の障壁
高さ、及びショットキ接合３の耐熱性のいずれについて
も、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第１の
実施例の場合と同様に、冒頭で上述した従来のショット
キ接合型半導体装置の場合に比し、優れている、という
特徴を有する。

また、本発明によるショットキ接合型半導体装置の製法
の第２の実施例も、本発明によるショットキ接合型半導
体装置の製法の第１の実施例の場合と同様に、優れた特
徴を有する本発明によるショットキ接合型半導体装置の
第２の実施例を、容易に製造することができる。

実施例３ 次に、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第３
の実施例、及びその製法の第３の実施例を、そのショッ
トキ接合型半導体装置の製法の第３の実施例によって述
べよう。

本発明によるショットキ接合型半導体装置の製法の第３
の実施例−は、第１図で上述した本発明によるショット
キ接合型半導体装置の製法の第１の実施例において、反
応性スパッタリング堆積処理を、モリブデンを用いたタ
ーゲットと、タンタルを用いたターゲットとを用いて行
っているのに代え、モリブデン（ＭＯ）を用いたターゲ
ットと、ニオブ（Ｎｂ）を用いたターゲットとを用いて
行うことを除いて、第１図で上述した本発明によるショ
ットキ接合型半導体装置の製法と同様の工程をとって、
ＧａＡｓでなるｎ型の半導体基板１上に、その半導体基
板１との間でショットキ接合３を形成している電極２が
形成されている構成を有し、そして、電極２が、Ｖｒａ
族元素の１つとしてのモリブデン（ＭＯ）と、ｖａ１１
！元素の１つとしてのニオブ（Ｎｂ）と、窒素とによる
３元合金でなる、という本発明によるショットキ接合型
半導体装置の実施例を製造する。

以上で、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第
３の実施例、及びそれを製造する本発明によるショット
キ接合型半導体装置の製法の第３の実施例が明らかとな
った。

本発明によるショットキ接合型半導体装置の第３の実施
例によれば、半導体基板１との間でショットキ接合３を
形成している電極２の抵抗率、ショットキ接合３の障壁
高さ、及びショットキ接合３の耐熱性のいずれについて
も、冒頭で上述した従来のショットキ接合型半導体装置
の場合に比し、優れている、という特徴を有する。

また、本発明によるショットキ接合型半導体装置の製法
の第３の実施例によれば、優れた特徴を有する本発明に
よるショットキ接合型半導体装置の第３の実施例を、容
易に製造することができる。

実施例４ 次に、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第４
の実施例、及びその製法の第４の実施例を、そのショッ
トキ接合型半導体装置の製法の第４の実施例によって述
べよう。

本発明によるショットキ接合型半導体装置の製法の第２
の実施例は、第１図で上述した本発明によるショットキ
接合型半導体装置の製法の第１の実施例において、反応
性スパッタリング堆積処理を、モリブデンを用いたター
ゲットと、タンタルを用いたターゲットとを用いて行っ
ているのに代え、タングステンを用いたターゲットと、
ニオブを用いたターゲットとを用いて行うことを除いて
、第１図で上述した本発明によるショットキ接合型半導
体装置の製法と同様の工程をとって、ＧａＡＳでなるｎ
型の半導体基板１上に、その半導体基板１との間でショ
ットキ接合３を形成している電極２が形成されている構
成を有し、そして、電極２が、ＶＩａ族元素の１つとし
てのタングステン（Ｗ）と、Ｖａ族元素の１つとしての
ニオブ（Ｎｂ）と、窒素とによる３元合金でなる、とい
う本発明によるショットキ接合型半導体装置の実施例を
製造する。

以上で、本発明によるショットキ接合型半導体装置の第
４の実施例、及びそれを製造する本発明によるショット
キ接合型半導体装置の製法の第４の実施例が明らかとな
った。

本発明によるショットキ接合型半導体装置の第４の実施
例によれば、半導体基板１との間でショットキ接合３を
形成している電極２の抵抗率、ショットキ接合３の障壁
高さ、及びショットキ接合３の耐熱性のいずれについて
も、冒頭で上述した従来のショットキ接合型半導体装置
の場合に比し、優れている、という特徴を有する。

また、本発明によるショットキ接合型半導体装置の製法
の第４の声施例によれば、優れた特徴を有する。ショッ
トキ接合型半導体装置の第４の実施例を、容易に製造す
ることができる。

なお、上述においては、Ｖａ族元素から選ばれた金属を
用いたターゲットと、Ｖｌａ族元素から選ばれた金属を
用いたターゲットとの２つのターゲットを用いた反応性
スバッ、タリング堆積処理を行って、半導体基板１との
間にショットキ接合を形成している電極２を形成する製
法、及びそのような製法によって製造されたショットキ
接合型半導体装置につき述べたが、Ｖａ族元素及びＶＩ
ａ族元素のいずれか一方または双方から選ばれた第１及
び第２の金属をそれぞれ用いた第１及び第２のターゲッ
トを用いた、または第１及び第２の金属の合金もしくは
合金の窒化物を用いたターゲットを用いた反応性スパッ
タリング堆積処理を行って、電極２を形成するという製
法、また、そのような製法によって形成されたショット
キ接合型半導体装置とすることもでき、その他、本発明
の精神を脱することなしに、種々の変型、変更をなし得
るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるショットキ接合型半導体装置の
実施例、及びその製法の実施例を示す路線的断面図であ
る。 第２図及び第３図は、それぞれ、本発明によるショット
キ接合型半導体装置の実施例の障壁高さの説明に供する
曲線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガリウムと砒素とを含む化合物半導体でなる半導体
   基板上に、その半導体基板との間でショットキ接合を形
   成している電極が形成されている構成を有するショット
   キ接合型半導体装置において、 上記電極が、Ｖａ族元素及びVIａ族元素の 何れか一方または双方から選ばれた互に異なる第１及び
   第２の金属と、窒素とによる３元合金でなることを特徴
   とするショットキ接合型半導体装置。 ２、ガリウムと砒素とを含む化合物半導体でなる半導体
   基板上に、Ｖａ族元素及びVIａ族元素の何れか一方また
   は双方から選ばれた互に異なる第１及び第２の金属をそ
   れぞれ用いた第１及び第２のターゲットを用いた、また
   は上記第１及び第２の金属の合金またはその合金の窒化
   物を用いたターゲットを用いた、窒素ガスとアルゴンガ
   スとの混合ガスの雰囲気中での反応性スパッタリング堆
   積処理を行なつて、上記第１及び第２の金属と、窒素と
   による３元合金でなり、且つ上記半導体基板との間でシ
   ョットキ接合を形成している電極を形成することを特徴
   とするショットキ接合型半導体装置の製法。