JPS6279675A - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置の製造方法

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JPS6279675A
JPS6279675A JP21793285A JP21793285A JPS6279675A JP S6279675 A JPS6279675 A JP S6279675A JP 21793285 A JP21793285 A JP 21793285A JP 21793285 A JP21793285 A JP 21793285A JP S6279675 A JPS6279675 A JP S6279675A
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Yoshinori Imamura
今村 慶憲
Naoyuki Matsuoka
直之 松岡
Masaru Miyazaki
勝 宮崎
Shigeo Goshima
五島 滋雄
Junji Shigeta
淳二 重田
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、m−v族化合物半導体装置に係り。
特にGaAsを用いた大規模集積回路に好適な電極を有
する化合物半導体装置に関する。
〔発明の背景〕
GaAs半導体を基板として用いた集積回路では、基本
構成素子として、ゲート部分に金属−半導体接触のショ
ットキー障壁を用いたMES−FETが使用される。こ
のFE、Tは、第1図に断面図を示すように、基板1に
イオン注入によって形成されたn型チャネル層2とn゛
型のソース領域3、ドレイン領域4及びそれぞれの表面
に形成されたゲート電極5、ソース電極6、ドレイン電
極7とから構成されており、チャネル層2を通してソー
ス電極6、ドレイン電極7の間を流れる電流をゲート電
極5に加えた電界によって制御することで動作させるも
のである。
従来の、GaAs基板上にMES−FETを形成する工
程を第2に示す(1981アイ・イー・イー・イー・イ
ンターナショナル・ソリッド−ステート・サーキット・
コンファレンス(I EEEInternationa
l  5olid −5tate  C1rcuits
Conference ) FAMI 5.6. Fe
b、 1981参照)。すなわち、まず第2図(a)に
示す如く。
G a A s基板1上にn型チャネルM2を形成した
のち、高融点金属から成るゲート5を形成する。
高融点金属としては、W、Ti−W合金、W−Si合金
、W−AI2合金、窒化タングステンWNなどを用いて
いる。次に(b)に示す如く、ソース・ドレイン領域を
形成するためにイオン打込法によりSi”イオン8を2
×1013個/ c m 2打込む。
この方法によればチャネル層に対してソース、ドレイン
領域が自己整合的に形成されるため、高性能のFETが
作成可能である。次に(c)に示す如<SiO2,Si
3N4などの絶縁膜9を積層した後700〜900℃で
アニールし、イオン打込み領域を活性化する。更に(d
)に示す如くソース、ドレイン電極6,7を形成してM
ES−FETが完成される。(Q)に於いて絶縁膜9を
被覆する理由は700〜900℃での高温アニール時に
G a A s基板表面のGaやAsが蒸発して結晶が
変質するのを防ぐためである。
上記従来技術では、第2図(C)に示す如く、高融点金
属或は高融点金属セラミックスからなるゲート電極5の
上に直接絶縁膜9を被覆して高温アニールを行なってい
るが、高融点金属或は高融点金属セラミックスと絶縁膜
の接着力が弱いため、アニール時に絶縁膜がはがれたり
、絶縁膜と前記ゲート電極の間に間隙ができて十分な被
覆効果が得られないという欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、高融点金属或は、高融点金属セラミッ
クスの上に硅素を積層したゲート電極を用いる事により
、アニール時の保護用絶縁膜との接着性を増し、絶縁膜
の膜はがれや、絶縁膜とゲート電極の間に間隙の生じな
い良好な化合物半導体装置を提供することである。
〔発明の概要〕
第2図の従来例で説明したような、ゲート金属をマスク
として、イオン打込み法によりソース・ドレイン領域を
形成するいわゆるゲート先行自己整合式MES−FET
の製作工程では、ゲート金属はソース・ドレイン領域を
活性化するための700〜900℃の高温アニールにお
いて変質したり、GaAs基板と反応したりしてはいけ
ない。
このために、ゲート金属材料としては一般に、W。
Mo、Cr、Ta、  NJ  V、Hf、  Zr、
Tiの高融点金属および、これらの合金、あるいは前記
高融点金属の窒化物、ホウ化物、炭化物、硅化物を用い
ることが提案されている。また、前記ゲート金属材料は
電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、クラスターイオ
ンビーム蒸着法、気相化学成長法(CVD法)などによ
り形成される。
ここで述べているゲート先行自己整合式MES−FET
の製造工程では、第2図(c)の説明で述べたようにソ
ース・ドレイン領域活性化のためにG a A s表面
をSi○2t S i3N4+ A Q Nなどの絶縁
膜で保護して高温アニールするのが普通である。しかし
我々の実験では、前記高融点ゲート金属材料上に被着し
たS i 02やSi3N4などの絶縁膜は、高温アニ
ール時に膜はかれを生じたり、ゲート金属材料との間に
間隙が生じたりすることが発見された。また、この膜は
がれや間隙はゲート金属上で発生して、G a A s
被覆部分まで及んでおり、十分な保護膜効果が得られな
いこともわかった。このような膜はかれや間隙が生ずる
のは、高融点ゲート金属材料と絶縁膜の接着力が弱く、
しかも高融点ゲート金属材料が高温アニールで収縮する
事、絶縁膜とゲート金属材料との熱膨張係数が違い、ア
ニール時に大きな応力が働く事が原因である。この問題
を解決する方法は、1)ゲート金属材料が高温アニール
でも収縮しないようにする、2)絶縁膜とゲート金属材
料およびGaAs基板との熱膨張係数を同じにする。3
)絶縁膜とゲート金属材料との接着力を増す事、が考え
られる。しかしこれらのうち1)、2)を実現する方法
は極めて困雅であり、3)の接着力を増す方法が最も簡
便かつ効果的である。
前記高融点金属材料上にスパッタリング法、気相化学成
長法、蒸着法などで堆積した硅素は、700〜900℃
の高温アニールによって界面付近で合金化が生じ、これ
ら高融点金属との接着力は極めて強くなる。又、硅素は
表面に自然酸化膜である数10人5i02が形成されて
おり、この上に5i02やSi3N4などの絶縁膜を堆
積すると極めて良好な接着性を示す。絶縁膜はよく知ら
れている、気相化学成長法、プラズマ気相化学成長法、
スパッタリング法あるいは電子ビーム蒸着法で形成され
る。すなわちゲート電極として、下層を高融点金属或は
、これらの合金又は高融点金属セラミックとし、絶縁膜
に接する上層を硅素とすれば、従来技術の問題は解決さ
れる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例により説明する。
実施例では半導体基板としてG a A sを使用する
場合について説明するが、他のInP、InGaAs、
AQGaAs、InAQAs、InGaAs等の■−■
族化合物半導体にも使用可能である。
第3図(a)〜(e)に実施例の製造工程手順を示す。
まず(a)では、GaAs基板1の表面1に、イオン打
込み法によって加速電圧40 keVでS1゛イオンを
打込んだ後、800°Cで20分間水素中でアニールし
てチャネル層2を形成する。
イオン打込濃度は、加速電圧40 keVの時、ディプ
レッション型FETでは4X1012個/c m ”、
エンハンスメント型FETでは2 X 10”個/cm
2とする。上記のようにしてチャネル層2が形成された
のちゲート金属として、高融点金属であるタングステン
シリサイド(W5Si3)5をスパッタリング法によっ
て、300nm厚さに堆積する。更に前記タングステン
シリサイド5の上に厚さ50nmの硅素を堆積する。硅
素5の堆積方法は、タングステンシリサイドと同様にス
パッタリング法で堆積した。また、使用したスパッタリ
ング装置は、同一真空槽内に2個のカーソード電極を有
しており、タングステンシリサイドを堆積した後、真空
を破らないで連続的に硅素膜5を積層した。硅素5の膜
厚は10nm以上1μm以下が適当である。10nm以
下の厚さでは、空気中で数nmの自然酸化膜が形成され
、後工程でのフッ酸洗浄等でエツチング除去されてしま
い、目的の機能が達成できない事がある。また1μm以
上にすると、ゲート金属の膜厚が厚くなり過ぎて、集積
化した場合の配線の段差切れなどが生じて好ましくない
。自然酸化膜の形成により後工程での洗浄におけるフッ
酸処理による減少と、集積化した時も均一なプレーナ構
造ができる事を考慮すると、硅素5の膜厚は30nm〜
loonmにするのが最も好ましい。硅素5の堆積方法
は、スパッタリング以外にも、気相化学成長法、電子ビ
ーム蒸着法、プラズマ気相化学成長法、あるいはクラス
ターイオンビーム蒸着法でも可能である。
次に(b)に移る。ここでは、通常よく知られているホ
トリソグラフィ技術と、フッ素系ガス(CF4. CH
F3. CF4.+ H2,N F3. S FG)を
用いたドライエツチングにより、前記タングステンシリ
サイ1〜5と硅素1oの積層膜を所定の寸法に加工する
。次に(c)に移る。全面を厚さ1.6μmのホトレジ
スト11で被覆した後、リングラフィ技術によりソース
・ドレイン領域に開口部を設ける。この後イオン打込み
法により、加速電圧175keV、 a度2 X I 
O13個/cm2のSi゛イオンをホトレジスト11を
マスクとして打込み、ソース領域3およびトレイン領域
4を形成する。次に(d)に移る。イオン打込み時間の
マスクとして使用したホトレジスト11を完全に除去し
た後、基板温度430 ’Cでの気相化学成長法により
、厚さ200nmのSi○2膜9を形成し、これを保護
膜として、水素中で800℃15分間のアニールを行な
い、ソース・ドレイン領域を活性化する。前記保護膜9
は、この他にも、プラズマ気相化学成長法、スパッタリ
ング法、電子ビーム蒸着法等で形成したS 13N1.
 S i 02゜AQ203.AQN、BN、S 1O
xNyなども同様に使用可能である。この後ソース・ド
レイン電極6,7たとえばA u G e / N i
 / A uを蒸着すれば(e)に示す如く、半導体−
金属ショットキー接合を用いたFETが完成する。
°〔発明の効果〕 本発明によれば、化合物半導体の高融点ゲート金属とG
 a A s表面の保護膜である絶縁膜の間に。
両者に対して高温にしても接着力の強い、厚さ10nm
〜1μmの硅素層を挿入することにより。
高融点ゲート金属上での絶縁膜の膜はがれや、空隙が生
ずることなく、安定したFET特性が得られる。従って
、これらを用いたGaAs大規模隻積回路も制御性よく
作製可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は全屈−半心体のショット千接合を用いたFET
の断面構造図、第2図は従来技術によるGaAs  M
ES−FETの製造工程を示す図、第3図は本発明の詳
細な説明する図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、化合物半導体装置において、少なくとも高融点金属
    或は高融点金属セラミックから成る第1の層と硅素から
    成る第2の層が積層されて成る電極を有する事を特徴と
    する化合物半導体装置。 2、前記硅素の膜厚が10nm以上1μm以下である事
    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。 3、前記硅素の膜厚が30nm以上100nm以下であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の化合物
    半導体装置。
JP60217932A 1985-10-02 1985-10-02 化合物半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH0752736B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010507018A (ja) * 2006-10-17 2010-03-04 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 多孔質の金属層を安定化しかつ機能化する方法

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