JPS62149124A

JPS62149124A - 化合物半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS62149124A
Application number: JP29107485A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Yamane; 山根　康朗; Masahiro Hirayama; 昌宏平山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-07-03

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、化合物半導体装置の製造方法に関し、特に、
ｎ型ガリウムひ素早導体集積回路装置の製造方法におい
て、プロセス自由度の高い、ｎ型ガリウムひ素（ＧａＡ
ｇ）に対する低接触抵抗のオーミツク電極の形成技術に
関するものである。

〔従来技術〕

従来の電界効果型トランジスタの製造方法では。

ｎ型ガリウムひ素層に対するオーミック電極の形成方法
として、金（Ａ　ｕ　）・ゲルマニウム（Ｇｅ）とニッ
ケル（Ｎｉ）を蒸着し、４５０〔℃〕程度の急熱・急冷
により、ｎ型ガリウムひ素層と金・ゲルマニウムとの合
金化層を形成する方法を用いている。

このような従来のオーミック電極の形成方法では、次の
ような問題があった。

（１）ｎ型ガリウムひ素層とソース及びドレイン電極と
の間のオーミック接触抵抗が高い。

すなわち、第４図〔ｎ型ガリウムひ素層（ｎ　−ＧａＡ
ｓ）と金・ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）のそれぞれの伝導
帯にある電子のエネルギー図〕に示すように、ｎ型ガリ
ウムひ素層は、電子に対する界面での障壁が高い（０，
７ｅＶ）ため、低い接触抵抗を得ることが困難である。

最良値でｌＸｌ０−’　Ωｄ程度である。

（２）加工の自由度が低い。

すなわち、リフトオフ工程を用いるか、又はイオンミリ
ング（イオンエツチング）による加工しかできない。そ
して、イオンミリングによる加工は、そのデバイスへの
適用は広くない。

すなわち、第５図（ａ　）、（ｂ　）、（Ｃ）において
、いま、単純に、ｎ型ガリウムひ素層からなる基板１上
に、金・ゲルマニウム／ニッケル（ＡｕＧｅ／Ｎ１）２
を一面に蒸着し〔第５図（ａ）〕、レジスト３Ａ。

３Ｂで電極部を覆い〔第５図（ｂ）〕、そして、第５図
（Ｃ）（イオンミリングによる加工状態を示す図）に示
すように、金・ゲルマニウム／ニッケル（ＡｕＧ　ｅ／
　Ｎ　ｉ）　２の所定部分２Ａを加工するとすれば、イ
オンミリングによるエツチング速度が遅く、金・ゲルマ
ニウム／ニッケル（ＡｕＧｅ／Ｎ１）２とｎ型ガリウム
ひ素層（ｎ−ＧａＡＳ）との選択比（エツチング比率）
が低いため、ｎ型ガリウムひ素層（ｎ　−ＧａＡｓ）か
らなる基板ｌの所定部分にも、損傷層ＩＡが形成され、
電極間の抵抗は、高くなってしまう。

（３）合金化の再現性が得にくい。

すなわち、第６図（ａ）に示すように、金・ゲルマニウ
ム（ＡｕＧｅ）２Ｂを合金前に一様な厚みで蒸着しても
、合金化後にガリウムひ索表面で金・ゲルマニウムがは
じかれて、第６ＶＡ（ｂ）に示すように、ポールアップ
と呼ばれる現象が生じて厚みが不均一となってしまうこ
とがある。

これらの問題点を解決するために、ガリウムひ素（Ｇａ
Ａｓ）からなる半絶縁性を有する半導体基板本体上に、
ｎ型ガリウムひ素（ＧａＡｓ）層（半導体能動層）を形
成し、該ｎ型ガリウムひ素層上に、このｎ型ガリウムひ
素層に比べて高いｎ型不純物を含んだｎ゛型ゲルマニウ
ム層（第２の半導体ＷＩ）を形成し、該ｎ゛型ゲルマニ
ウム層上にオーミック接触するように第１の導電層を積
層し、該第１の導電層に対するフォトレジストからなる
第１及び第２のマスクを用いたエツチング処理し；よっ
て、前記第１の導電層からソース用電極とドレイン用電
極とを形成し、前記ｎ゛型ゲルマニウム層に対する前記
ソース用電極及びトレイン用電極をマスクとするエツチ
ング処理により、前記ｎ゛型ゲルマニウム層から前記ソ
ース用″ｆｆｉ極及びドレイン用電極より１周り小さな
パタンを有するソース用半導体層と、ドレイン用半導体
層とを形成し、前記半導体能動層の前記ソース用電極及
びドレイン円電極下以外の領域上、及び前記第１′ＥＣ
′び第２のマスク層上に、前記半導体能動層との間でシ
ョットキー接合を形成する第２及び第３の導′１１Ｆ！
Ｉを形成し、該第３の導電層を前記第１及び第２のマス
ク層をエツチングすることにより除去し、前記第２の導
電層に対する第３のマスクを用いたエツチング処理によ
って、前記第２の導電層から少くとも前記ソース用半導
体層及びドレイン用半導体層間に延長してゲート用電極
を形成する電界効果型トランジスタの製造方法（特開昭
６０−８４８８２号公報参照）が提案されている。

そして、前記ｎ型ガリウムひ素層の表面にｎ゛型ゲルマ
ニウム層をヘテロ接合させて形成する方法として、実用
性のある良質のへテロ接合を得るため、一般に、Ｍ　Ｂ
　Ｅ　（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂ　ｅａｍ　Ｅ　ｐｉｔ
ａｘｙ　：分子線エピタキシャル）法が使用されている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記ｎ型ガリウムひ素層の表面にｎ４型
ゲルマニウム層をペテロ接合させて形成する場合に、前
記Ｍ　Ｂ　Ｅ法を用いると次のような問題があった。

（１）１日に直径２インチのガリウムひ素基板で３〜４
枚程度のスループットしか得られず、量産ができない。

（２）超高真空を必要とするので、極めて高価となる。

（３）超高真空にするために真空に引く時間が長くなり
、準備時間がかかりすぎるという問題があった。

（４）製造時間を短縮するために、成長速度を上げると
、結晶が形成されないうちに１次の蒸気分子がとんでき
て不完全な結晶ができてしまうので。

成長速度を上げることができない。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
ある。

本発明の目的は、オーミック接触抵抗が低い化合物半導
体装置の製造方法であって、減圧真空中で低いオーミッ
ク接触抵抗を有する化合物半導体基板を形成する技術を
提供することにある。

本発明の他の目的は、オーミック接触抵抗が低い化合物
半導体装置の製造方法であって、減圧真空中で低いオー
ミック接触抵抗を有する化合物半導体基板を形成する時
間を短縮することができる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、オーミック接触抵抗が低い化合物
半導体装置の製造方法であって、低いオーミック接触抵
抗を有する化合物半導体基板の量産ができる技術を提供
することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は１本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔問題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち１代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、その表面にゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成し
た化合物半導体装置の製造方法であって。

前記化合物半導体基板を減圧真空中で所定温度に加熱す
る工程と、該加熱された化合物半導体基板の表面にゲル
マニウムの気体化合物とゲルマニウムのｎ型不純物を含
んだ気体化合物を同時に供給して、化合物半導体基板の
表面にｎ゛型ゲルマニウム層を形成する工程を具備した
ことを特徴とするものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、化合物半導体基板を減圧真空中
で所定温度に加熱し、該加熱された化合物半導体基板の
表面にゲルマニウムの気体化合物とゲルマニウムのｎ型
不純物を含んだ気体化合物を同時に供給すると、アルシ
ン（ＡｓＨｓ）及びゲルマン（ＧｅＨ４）が共に３００
（’Ｃ）を越える付近で熱分解し、ｎ型ガリウムひ素基
板の表面にゲルマニウムの単結晶がエピタキシャル成長
してｎ゛型ゲルマニウム層を形成するいこれにより、前
記目的を達成する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例の化合物半導体装置の製造
方法におけるｎ型ガリウムひ素基板の表面に００型ゲル
マニウム層を形成する実施装置の概略構成を示す模式図
である。

第１図において、ｌＯは真空容器であり、１０−　’　
〜１０−　＠［ｔｏｒｒ］程度の真空が得られるもので
ある。この真空容器１０の一側面には、サセプタ（ウェ
ハ保持台）１１を入れたり出したりできるように開閉３
３１０Ａが設けられている。この開閉７Ｊ１０Ａは、閉
じた時には真空容器ｌＯを密封するように構成されてい
る。真空容器ｌＯの下部には、配管１２を介してロータ
リポ・ンプ１３が設けられている。そして、配管１２は
排気弁１４が設けられている。また、真空容器１０の上
部には、アルシン（ＡｓＨｓ）供給配管１５及びゲルマ
ン（ＧｅＨ４）供給管１６が配管１７を介して設けられ
ている。そして、前記アルシン（ＡＳＨ３）供給配管１
５及びゲルマン（ＧｅＨａ）供給管１６には、ぞれぞれ
供給量制御用弁１８及び１９が設けられている。２０は
ｎ型ガリウムひ素基板（ウェハ）である。

次に、前記実施装置を用いて本実施例の化合物半導体装
置の製造方法におけるｎ型ガリウムひ素基板の表面にｎ
０型ゲルマニウム層をペテロ接合して形成する製造方法
を説明する。

第１図において、サセプタ１１にｎ型ガリウムひ素基板
２０をＪｌａし、開閉扉１０Ａを閉じて真？！容器ＩＯ
を密封する。次に、排気用配管１２に設けられている排
気量制御用弁１４を所定量開いてロータリポンプ１３に
より、真空容器１０中の気体を排気し、約１０−２（ｊ
ｏｒｒ）程度の真空を形成する。この状態でサセプタ１
１を、高周波加熱手段あるいはランプ加熱（赤外線加熱
、レーザ加熱）手段により、３００〜４００じＣ〕程度
に均一に加熱する。その後アルシン供給配管１５及びゲ
ルマンｌＪ（給管１６の供給量制御用弁１８及び１９を
それぞれ開いて、アルシン（ＡｓＨａ）及びゲルマン（
ＧｅＨ４）を所定の混合比で真空容器１０中に供給する
。これにより、アルシン（Ａｓｌ（３）及びゲルマン（
Ｇｅｌ（ａ）共に３００（℃）を越える付近で熱分解し
、ｎ型ガリウムひ素基板２０の表面にゲルマニウムの単
結晶がエビタキャル成長を始める。このエビタキャル成
長が行われている間、真空容器１０内の前記アルシン（
ＡＳＨ３）及びゲルマン（ＧｅＨ４）のガス圧は常に一
定となるように排気量制御用弁１４．供給量制御用弁１
８及び１９によって調節する。

この時のゲルマニウムの成長膜厚の成長温度依存性を第
２図に示す。

ゲルマニウムの単結晶膜が形成できる温度は、第２図に
示すように、約３００［’Ｃ）であり、ゲルマニウム（
Ｇｅ）とガリウムひ素（ＧａＡｓ）が相互拡散しない限
度の温度は、約４００〜４５０〔℃〕である。すなわち
、　４５０（’Ｃ〕以上になると、ガリウｔ１ひ素（Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ　）とゲルマニウム（Ｇｅ）との相互拡散
によりｐｎ接合が発生するため低オーミツク接触抵抗が
得られない。アルシン（Ａｓｌ−（３）も３００〔°Ｃ
〕程度で熱分解して高濃度のｎ型不純物を導入すること
も可能である。

ナオ、アルシン（ＡＳＨ３）を使用しなくても十分エビ
タキャル成長が可能である。

このようにして形成されたｎ４型ゲルマニウム層上にオ
ーミック接触するように第１の導電層を積層し、該第１
の導電層に対するフォトレジストからなる第１及び第２
のマスクを用いたエツチング処理によって、前記第１の
導電層からソース用電極とトレイン用電極とを形成し、
前記ｎ“型ゲルマニウム層に対する前記ソース用”Ｒｔ
ｌ及びトレイン用電極をマスクとするエツチング処理に
より、前記ｎ°型ゲルマニウム層から前記ソース用電極
及びトレイン用電極より１周り小さなパタンを有するソ
ース用゛ト導体層と、トレイン用半導体層とを形成し、
前記半導体能動層の前記ソース用電極及びドレイン用′
１１！極下以外の領域上、及び前記第１及び第２のマス
ク層上に、前記半導体能動層との間＋−＞”、１ツトキ
一接合を形成する第２及び第３の導電層を形成し、該第
３の導電層を面記第１及び第２のマスク層をエツチング
することにより除去し、前記第２の導電層に対する第３
のマスクを用いたエツチング処理によって、前記第２の
導電層から少くとも前記ソース用半導体層及びトレイン
用半導体層間に延長してゲート用電極を形成して、電界
効果型トランジスタが完成する。この電界効果型トラン
ジスタの製造方法の詳釦については、特開昭６０−８４
８８２号に記載されているので、ここではその詳細な説
明は省略する。

第３図は、本実施例の金属・ｎ°型ゲルマニウム・ｎ型
ガリウムひ素構造のエネルギー図である。

本実施例の金属・ｎ゛型ゲルマニウム・ｎ型ガリウムひ
素構造は、第３図に示すように、ｒｌ’型ゲルマニウム
層とｎ型ガリウムひ素基板との間には。

０．０６（ｅＶ）の障壁しかなく、この障壁はほとんど
抵抗に寄与しない。また、金属とｎ゛型ゲルマニウム層
との接触のショットキー障壁は０．７〜０．８（ｃＶ）
と大きく、ｎ型ガリウムひ素基板は、ｎ’型ゲルマニウ
ム層に比してｌ／Ｌ　ＯＯ程度しか不純物濃度があがら
ないため障壁の厚さが薄くならないので、オーミック接
触抵抗は低くならない。

従来の金・ゲルマニウム合金電極のオーミック接触抵抗
の値は、約１ｘ１ｏ−’［ΩｃＩイ］が最良値であるが
、本実施例のｎ０型ゲルマニウムオーミツク電極では、
その従来の最良値の約１／１０の接触抵抗１ｘｔｏ−’
［Ωｃｎ？）が得られた。そして、理論上はｔｘｔｏ−
ＩＩＩ：ΩｃＪ）も実現可能である。

また、ＭＢＥ法では、選択成長はできないが、本実施例
のＣＶＤ法によれば１選択成長ができる。

例えば、ｎ型ガリウムひ素基板の所望の領域のみにｎ゛
型ゲルマニウムを成長させ、ｎ型ガリウムひ素基板の不
必要な部分には１例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等
で覆っておくことにより、ぎ型ゲルマニウム層を成長さ
せないようにすることが可能である。

以上１本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはいう
までもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、次の効果を得る
ことができる。

（１）化合物半導体基板を減圧真空中で所定温度に加熱
し、この加熱された化合物半導体基板の表面にゲルマニ
ウムの気体化合物とゲルマニウムのｎ型不純物を含んだ
気体化合物を同時に供給して。

化合物半導体基板の表面にｎ゛型ゲルマニウム層を形成
することにより、減圧真空中で低いオーミック接触抵抗
の化合物半導体基板を形成することができる。

（２）前記（１）により、減圧真空度でよいため真空容
器内を真空に引く時間を短縮することができるので、準
備時間を短縮することができる。

（３）前記（１）により、減圧真空度でよいため真空容
器を大きくするとかできるので、低いオーミック接触抵
抗の化合物半導体基板を量産することができる。

（４）前記（１）乃至（３）により、低いオーミック接
触抵抗の化合物半導体装置の製造コストを低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例の化合物半導体装置の製造
方法におけるｎ型ガリウムひ素基板の表面にｎ゛型ゲル
マニウム層を形成する実施装置の概略構成を示す模式図
、第２図は、ゲルニウムの成長膜厚の成長温度依存性を示
す図。第３図は、本実施例の金属・ｎ′型ゲルマニウム・ｎ型
ガリウムひ素構造のエネルギー図、第４図は、ｎ型ガリ
ウムひ素層と金属・ゲルマニウムのそれぞれの伝導帯に
ある電子のエネルギー図。第５図及び第６図は、従来の化合物半導体装置の問題点
を説明するための図である。図中、１０・・・真空容器、１１・・・サセプタ（ウェ
ハ保持台）、１２・・・配管、１３・・・ロータリポン
プ。１４・・・排気量制御用弁、１５・・・アルシン（Ａ３
Ｈ４）供給配管、１６・・・ゲルマン（ＧｅＨ４）供給
管、１７・・・配管、１８．１９・・・供給量制御用弁
、２０・・・ｎ型ガリウムひ素基板（ウェハ）である。第１　図第２図基板温７！ｉ（°ｃ）第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）その表面にゲルマニウム層を形成した化合物半導
体装置の製造方法であって、前記化合物半導体基板を減圧真空中で所定温度に加熱す
る工程と、該加熱された化合物半導体基板の表面にゲルマニウムの
気体化合物とゲルマニウムのｎ型不純物を含んだ気体化
合物を同時に供給して、化合物半導体基板の表面にｎ＾
＋型ゲルマニウム層を形成する工程を具備したことを特
徴とする化合物半導体装置の製造方法。
（２）前記化合物半導体基板は、ｎ型ガリウムひ素（Ｇ
ａＡｓ）であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の化合物半導体装置の製造方法。
（３）前記化合物半導体装置は、化合物半導体集積回路
装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
第２項記載の化合物半導体装置の製造方法。
（４）前記化合物半導体基板の加熱温度は、３００〜４
５０〔℃〕程度であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項乃至第３項の各項に記載の化合物半導体装置の製
造方法。
（５）前記ゲルマニウムの気体化合物は、例えば、ゲル
マンを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第４項の各項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（６）ゲルマニウムのｎ型不純物を含んだ気体化合物は
、例えば、ゲルマニウムに対するｎ型不純物とした場合
、アルシンを用いることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第５項の各項に記載の化合物半導体装置の製造
方法。