JPS6159725A - オ−ミツク電極形成方法 - 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） 本発明は、化合物半導体素子におけるオーミック接触形
成法に関する。

（従来技術とその問題点） 化合物半導体、とシわけ砒化ガリウムは、ポストシリコ
ン材料と称され、超高速及び超高周波集積回路の製造が
可能となる材料上の特性を有している◎しかしながら、
この様な高性能集積口″路の実現のためには、その製造
に必要ないくつかの要素技術の高度化を図る事が必要と
なる。この要素技術の１つとしてオーミック接触形成技
術が挙げられる。そして高性能砒化ガリウム集積回路実
現のためには■　低接触抵抗値、■　浅い接合深さ、■
　平坦な接合界面の達成が必要であシ、更に、■　これ
等の特性がウェハー面内で均一性よく、かつ再現性よく
達成されねばならない。従来よシＡｕ　ｅ　Ｇｅを用い
たオーミック接触の形成が周知である。このＡｕ−Ｇｅ
を用いた従来法の場合、前記■に関しては満足すべきも
のがあるが、■〜■については不満足であシ、新材料も
しくは新プロセスの開発が必要となっている０最近、Ａ
ｕ−Ｇｅをオーミック材料として用い、イオン化した不
純物を、Ａｕ−Ｇｅ層を通してＧａＡｓ基板に注入し、
　Ａｕ−ＧｅとＧＢ　Ａ　Ｓとの界面にミキシングを生
ぜしめ、このミキシングの程度及びミキシングのオーミ
ック性に及はす効果が調べられている。柿沼等は、１９
８４年春季第３１回応用物理学関係連合講演会購演予稿
集５５２頁に報告している様に、ＡＵ−Ｇｅ二層膜を通
して室温もしくは２００℃においてＳｉを注入しミキシ
ング効果をＨｅイオンの後方散乱法を用い評価している
が、電気的特性、例えば、オーミック接触抵抗に関して
は同等報告されていない。出口等は同予稿集２５９頁に
、人ｕ−Ｇｅ薄膜をＧａＡｓ上に形成し、Ａｕ−Ｇｅ液
体イオン源によ）放出される（質量分離は特にされてい
ない）集束イオンビームを用いたミキシング実数につい
て報告している・そしである条件のもとてのミキシング
によシＡｕ　ａ　Ｇｅの均一な合金化及び接触抵抗の改
善がなされる事を報告している０しかし以上の報告のみ
では、高性能ＧａＡｓ集積回路実現にとジオ−ミック接
触形成技術に要求される前記■〜■の要請をすべて満足
し得るかどうかについては判然とせず、むしろ多くの問
題が残されている。その１つはＡｕ−Ｇｅというオーミ
ック材料に起因した問題であ）、他方は注入された不純
物によ〕生成した損傷の問題である０Ａｕ−Ｇｅを用い
た場合、低接触抵抗値が得られるが、浅い接合の形成及
び平坦な接合界面の形成という点に関しては難点がある
口即ち、ミキシングによシたとえ均一な合金化が行なわ
れ、平坦な接合界面が得られたとしても、人ＵがＧａＡ
ｓに対し大きな拡散係数を有する事から、浅い接合の形
成が可能になるとは考えられないからである。

またミキシングを行うため注入された不純物によシ生成
された損傷は、熱処理によシ回復される事が、オーミッ
ク接触形成技術に要求される■〜■の要請を達成する上
で不可欠であるが、Ａｕ５Ｇｅを材料として用いた場合
、４００１８度の熱処理温度が上限であシ、この様な低
温で損傷が回復するとは考え難い。何故ならば、イオン
注入技術が今日確固たる地位を築く迄になされた多くの
研究開発の中で、注入により導入された損傷の回復のた
めには、最低６００℃程度のアニール温度が必要である
事が明らかにされているからである。出口等はミキシン
グ（通常のイオン注入ではなく集束イオンビームによる
注入を用いている。集束イオンビームの特徴の１つは高
電流密度を有している事であるが、この高電流密度であ
る事が、導入された損傷の回復温度を低下せしめる可能
性は一応考えられる。８ｉ基板へＢ集束イオンビームを
用いた実験では６００℃のアニールで通常のイオン注入
の場合に比べ１４倍程度高活性化が生ずる事が報告され
ている（宿料等１９８３年秋季第４４回応用物理学会学
術講演会講演予稿集２２１頁）。又、ノンピークの変化
から損傷の程度が評価されておシ、通常のイオン注入に
比べ高ドーズにおいて特に損傷が少ない事が報告されて
おシ（馬場等１９８４年春季第３１回応用物理学関係連
合講演会謂演予稿集２６０頁）、集束イオンビームの高
電流密度効果が確認されているｏしかしながらセリジャ
ー等はジャーナル　オブ　バキエームサイエンス　テク
ノロジー１６巻１６１０頁（Ｒ，Ｌ、　Ｓｅｌｉｇｅｒ
ｅｔａｌ、　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｖａｃｕｕｍ　８
ｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌ　６１６１０　（
１９７９））で、Ｓｉに対するＧａ集束イオンビーム注
入が通常のイオン注入と比較して差がない事、さらに、
馬場等は１９８３年秋季第４４回応用物理学会学術講演
会講演予稿集５４１頁にＧａＡｓへＳｉ集束イオンビー
ムを用いた注入に関し、若干移動度が高くなる結果を示
しているが、通常のイオン注入とほとんど同等である結
果を報告している。以上の様に、集束イオンビームの高
電流密度効果が顕著に確認されているのは、８ｉに対し
ては特異なイオン種であるＢ注大の場合であｋ）、Ｇａ
Ａｓに対してはＢｅ注大のように軽イオン種を用いてイ
オン注入する場合に限られてお夛、重いイオン種を用い
たイオン注入では集束イオンビームによる顕著な高電流
密度効果はほとんど見い出されていない。この高電流密
度効果の原因については議論されつつあるがＧａＡｓに
対しては馬場らが集束イオンビームの高電流密度効果は
阻止能として電子阻止能が主たる要因である場合に顕著
にあられれる事を指摘しておシ、Ｉ５ｅ　　’ｋ　Ｇａ
Ａｓに注入した場合でも、入射イオンが減速されて核阻
止能が主に効いてくるような深さでは、損傷の程度にお
いて集束イオンビームと通常のイオン注入との間で差が
見られなくなる事を報告している。

（馬場等、１９８４年春季第３１回応用物理学関係連合
講演会２９　ｐ　−Ｗ−１２） 従りて出口等がＧａＡｓに対して用いた人ｕ−Ｇｅｔ−
イオンリースとする集束イオンビームの場合、放出され
るイオンはＳｉ＋Ｇａよフさらに重（４００℃程度の熱
処理で損傷が完全に回復されるとは到底考えられない。

損傷が完全に回復しないままオーミック接触を形成する
場合、その残存した損傷の程度のウェハー内ばらつきに
起因して接触抵抗値のクエへ−内での不均一性が生じ、
満足のゆくものではないと同時に損傷が残存することに
起因して接触抵抗値の経時変化が生ずる可能性があプ、
満足すべきものではない。

以上述べた様に、オーミック接触形成技術に対する要請
■〜■の達成が、高性能ＧａＡａ集積回路の実現にとシ
極めて重要である事が、周知であるにもかかわらず、現
状ではその要請をナベて満足し得るオーミック接触形成
技術が開発されていないのが現状である。

（発明の目的） 本発明の目的は、以上の点を考慮し、高性能砒化ガリウ
ム半導体素子もルくは集積回路、またその原理からして
、砒化ガリウムに限らず他の化合物半導体を用いた高性
能半導体素子もしくは集積回路の製造を可能ならしめる
新規なオーミック接触形成技術を提供することにある０ （発明の構成） 本発明によれば、化合物半導体表面オーミック接触形成
領域に、■族元素よりなる薄膜を形成した後、イオン化
した不純物を該薄膜を通して注入する事によシ■族元素
と化合物半導体表面元素との混合を生ぜしめる工程の後
に、熱処理する工程とオーミック電極構成物質を被着す
る工程とを含む事を特徴としたオーミック電極形成方法
が得られる。

（本発明の作用・原理） 本発明は、化合物半導体表面にオーミック電極を形成す
る際、まず■族元素よりなる薄膜を形成した後、イオン
ビームミキシングを行なう事を第１の特徴としている０
これは、■族元素が化合物半導体に対し浅いドナーもし
くはアクセクタとなる元素であり、この■族元素がミキ
シングのだめの注入によジノツクオン現象で化合物半導
体表面に浅く導入されるという新規な実検事実に根ざし
たものであ夛、これＫよル低接触抵抗値が実現される。

また■族元素薄膜被着工程に際し、化合物半導体表面処
理工程で不可避的に導入される汚染層及び化合物半導体
表面自然酸化膜の破砕をミキシングによυ行い、低接触
抵抗値を得ると同時に、それ等がウェハー内で均一性よ
くかつ再現性よく得られるという新規な実験結果に根ざ
すものである。

本発明の第２の特徴は、■族元素薄膜を形成しイオンビ
ームミキシングした後に、化合物半導体表面に導入され
た損傷を回復せしめるための熱処理工程と、オーミック
電極構成物質を被着する工程を含む事である。この場合
ミキシングに引き就き熱処理を行ない、更にオーミック
電極構成物質を被着する場合と、ミキシング後オーミッ
ク電極構成物質な被着し、しかる後熱処理を施こすとい
う２つの態様に分れる。後者のプロセスでは従来例で述
べた■〜■の要請に対して不満足なオーミ、り接触しか
得られない場合に前者のプロセスが実施されるもので、
■族元素よりなる薄膜を形成しミキシング後該■族元索
薄膜をミキシング効果を発揮し得る膜として使用すると
同時に、熱処理のための保護膜としても使用できるとい
う新規な実験事実に根ざすものであシこれによシ■〜■
の要請がよシ満足されるオーミック接合の形成が可能と
なる。後者のプロセスは勿論前者のプロセスで代用し得
るが、前者のプロセスを用いた場合、オーミック電極構
成物質を被着後いわゆるアロイと呼ばれる低温熱処理が
必要であるのに対し、後者ではこのアロイ処理をミキシ
ングで導入された損傷の回復を目的とした熱処理で兼ね
る事が可能であシ、後者のプロセスを用いる事でオーミ
ック接触の劣化が生じないならば工程数削減の観点から
実施し得る。

以上のようにして本発明によりオーミック電極形成を行
なう事で、高性能砒化ガリウム集積回路実現に不可欠な
低接触抵抗値、浅い接合深さ、平坦な接合界面が得られ
ると同時にこれらのフェノ１−内均−性及び再現性の向
上が達成されるものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。第１図は本発明を実施する為に行なった実検
の概念を示したブロック図である。

■族元素による薄膜を被着し、イオンビームミキシング
を行なった後に損傷回復のだめの熱処理であるアニール
をし、オーミ、り電極構成物質を被着して、合金化を行
なう工程で得られた１０８の試料人と■族元素による薄
膜を被着し、イオンビームミキシングを行なった後にオ
ーミック電極構成物質を被着して、アニールとアロイを
兼ねて行なう工程で得られた１０９の試料Ｂについての
製造方法が各々示されている。各々についての実施例を
いくつか以下に述べるが、その前に、ここで用いられた
オーミック接触抵抗値測定用ＴＥＧパターンについて模
式的平面図を示した第２図を用いてまず説明する。２１
は半絶縁性砒化ガリウム基板に選択的に形成されたｎｆ
Ｊ、導電層と基板との境界を示すもので、２１で囲まれ
た内側がｎ型導電層領域でちる０２２はメタル薄膜と砒
化ガリウムとの界面における混合を生ぜしめるためのイ
オン化された不純物注入領域の境界を示したもので２２
で囲まれた内側が、注入領域であるｏ２３はオーミック
電極となるパターン化されたメタル薄膜領域の境界を示
したもので、２３で囲まれた内側がメタル薄膜領域であ
る０オーミツク接触抵抗値測定については、従来よシ周
知のＴＬＭを用いるが、オーミックメタルパターン間距
離りとしては５，１０゜２０．３０，４０μｍの５種を
用いた。

（実施例１） 化合物半導体としてＧａＡｓを、■族元素としてＧａを
オーミック電極合金としてＮｉＧｅ選んだ場合の試料Ａ
Ｏ製造工程について説明する。ＮｌＧｅ合金を用いたＧ
ａＡｓへのオーミック電極は、人ｕＧｅ合金と比べると
ＧａＡｓ　ＬＳＩに不可欠な接触の浅さ、平坦さを備え
ているが、接触抵抗が高いのが欠点で、イオンビームミ
キシングをこの接触抵抗金改善するのに有力な手段とし
て取シ上げたｏ　Ｎｉ’Ｇａ合金は耐熱性が〜６００℃
でアニールに十分な熱処理を行なえない為に試料Ａの工
程のみを行なった〇以下、第１図の人の工程に沿って説
明すると。

１０１のＧａＡｓ基版は電子数〜Ｉ　Ｘ　１０７ｃｍ　
、厚み〜０．７μｍの能動層を半絶縁性基板にエピタキ
シャル成長させたものである０この基板に１０２でＧｅ
薄膜を８２０Ｘ電子ビ一ム蒸着する０次に１０３でイオ
ンビームミキシングを行なうがシリコンの一価イオンを
その投影飛程がＧｅとＧａＡｓの界面に来るように加速
電圧を選び、ｌＸｌ０７ｃｍのドーズ量で注入する０次
にアニー／Ｌ／１０４は８５０℃。

２０分水素雰囲気中で行なった。この後パターン化され
たレジストをマスクにリフトオフ法を用いて１０５でＮ
ｉ薄膜を６８０Ｘ電子ビ一ム蒸着して、パターンングし
このパターン化されたＮｉをマスクに８Ｆ、ガスを用い
たドライエツチングによ）Ｇｅ薄膜をパターン化した。

８ｉ０．膜を２０００１の膜厚で全面に岩成し、１０６
に示した合金化の為の熱処理であるアロイを６００℃３
０分で行なった。その後、オーミック電極部窓開けを行
ない、Ｔｉ−Ｐｔ”Ａｕを蒸着し、パターン化する事に
よ）上部電極を形成した。以上で’ｒＢＧ素子の製造を
完了した。

ＴＬＭによる測定の結果表１に示したように、この試料
の接触抵抗率は、ミキシングをせずに１０３と１０４の
工程を省略した工程で作られた試料の接触抵抗率４×１
０−も・工２に比べて〜３Ｘ１０−一・ｃ？？！２と飛
躍的に接触抵抗が低減され本発明の方法の有効性が確認
された口また、抵抗率のパラツキも大幅に改善されるこ
とが分かった。

表１ （実施例２） 化合物半導体として（）ａ　Ａｓを、■族元素としてＧ
ｅをオーミック電極合金としてＭｏＧｅを選んだ場合の
試料Ｂの製造方法について説明する。試料作製の方法は
実施例１と同様であυ、ミキシングを行なわなかった試
料も同様に作製した。接触抵抗率の測定結果は表２にま
とめた。

表２ やは）ミキシング金貸なった試料では接触抵抗率の低減
化が見られ、本発明の方法の有効性が示されている。

又、ＭｏＧｅｅ金の場合にはＢのプロセスばかシでなく
人のプロセスでも当然の事ながら同じ結果が得られてい
る。

（実施例３） 化合物半導体としてＧａＡｓを■族元素としてＳｉをオ
ーミック電極合金としてＭｏ８ｉを選んだ場合の試料Ｂ
の製造方法について説明する。試料作製の方法は実施例
１と同様であシ、ミキシングを行なわなかった試料も同
様に作製した０接触抵抗率の測定結果は表３にまとめた
。ミキシングを行なった試料では接触抵抗率の低減が見
られ、本発明の方法の有効性が示されている。このＭｏ
Ｓｉ　の場合も実施例２と同様に試料人のプロセスでも
同様の結果が得られる・ 表　３ 以上■族薄便としてＧｅ、Ｓｔを選んだ場合の例を示し
たが、これら異なる■族元素を積層して用いた場合でも
本発明が有効である事は明らかである。

又、実施例ではイオン種としてＳｉを用いたが、ミキシ
ングが可能なイオン種であればどのようなイオン種を用
いても本発明は有効に実施し得る。

さらに又１本発明の方法は当然集束イオンビームを用い
たイオンビームミキシング法に適応できる事は明らかで
ある。

（発明の効果） 本発明の骨子は化合物半導体表面オーミック接触形成領
域上に、■族元素による薄膜を設け、イオン化された不
純物の注入によ）該■族薄膜と化合物半導体表面との界
面において混合状態を生ぜ金のオーミック特性に問題の
ない場合には混合状態を生ぜしめた後、オーミック合金
構成物質を被着し、熱処理する事にあシ、後者のプロセ
スは工程数削減の点で利点がある。本発明の方法を用い
る事によシ、低接触抵抗値を有し、浅い接合深さ及び平
坦な接合界面を有するオーミック接触がウェハー面内均
一性よくかつ再現性よく得る事ができ、化合物生得体高
性能集積回路製造に寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を月いたオーミック接触第２図は
上記素子の一？面図を示したものである。 多　　２　　起 ２／、’ｎン瘍電庸７１！欧 ｚＺｚ疼入４織

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 化合物半導体表面上に、IV族元素よりなる薄膜を形成し
   た後、不純物を該薄膜を通して注入する事により、IV族
   元素と個合物半導体表面元素との混合を生ぜしめる工程
   の後に、熱処理する工程とオーミック電極構成物質を被
   着する工程とを含む事を特徴としたオーミック電極形成
   方法。