JPS63237470A - 半導体デバイス - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28575—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising AIIIBV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
- H01L29/452—Ohmic electrodes on AIII-BV compounds
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- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/1026—Compound semiconductors
- H01L2924/1032—III-V
- H01L2924/10329—Gallium arsenide [GaAs]
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- Ceramic Engineering (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ａ、産業上の利用分野
本発明は、低抵抗接点を持つガリウム砒素半導体デバイ
スの製造に関するもので、特に、電流に低抵抗経路を与
えるために少量のインジウムを含む、熱的に安定な接点
の作成に関するものである。
スの製造に関するもので、特に、電流に低抵抗経路を与
えるために少量のインジウムを含む、熱的に安定な接点
の作成に関するものである。
この接点は、インジウムを含む熱的に安定な金属間化合
物または単−固体相もしくはその両方を形成するために
、追加の元素を含んでいる。
物または単−固体相もしくはその両方を形成するために
、追加の元素を含んでいる。
Ｂ、従来技術
半導体材料からつくられるデバイスには、その半導体材
料とそのデバイスの外部の電気回路との間に導電性経路
を設けるために、低抵抗接点を用いることがしばしばあ
る。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、低抵抗接点を
もつ半導体デバイスのありふれた例である。この低抵抗
接点は、オーミック接点として知られている形のもので
、トランジスタのソース幼子およびドレイン端子を形成
するのに用いられる。この低抵抗接点は半導体デバイス
への経路を形成し、半導体デバイスにまたはデバイスか
ら、著しい電圧降下なしで電流を流すことができる。
料とそのデバイスの外部の電気回路との間に導電性経路
を設けるために、低抵抗接点を用いることがしばしばあ
る。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、低抵抗接点を
もつ半導体デバイスのありふれた例である。この低抵抗
接点は、オーミック接点として知られている形のもので
、トランジスタのソース幼子およびドレイン端子を形成
するのに用いられる。この低抵抗接点は半導体デバイス
への経路を形成し、半導体デバイスにまたはデバイスか
ら、著しい電圧降下なしで電流を流すことができる。
本願で特に関心の対象とする半導体材料は、ガリウム砒
素（ＧａＡｓ）である。ＧａＡｓへの低抵抗接点は、多
くの高性能の光学装置、マイクロ波装置、および論理装
置の製造にとって必須のものである。普通用いられるｎ
型ＧａＡｓ用の低抵抗接点は、合金化された金−二ッケ
ル−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｎｉ−Ｇｅ）系から成り、０
．２ないし１，０オーム／−の範囲の接触抵抗を生ずる
。
素（ＧａＡｓ）である。ＧａＡｓへの低抵抗接点は、多
くの高性能の光学装置、マイクロ波装置、および論理装
置の製造にとって必須のものである。普通用いられるｎ
型ＧａＡｓ用の低抵抗接点は、合金化された金−二ッケ
ル−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｎｉ−Ｇｅ）系から成り、０
．２ないし１，０オーム／−の範囲の接触抵抗を生ずる
。
ＧａＡｓの非オーミツク（シロットキー）接点の作成に
よく用いられる他の材料は、ケイ化タングステン、およ
び金層、チタン層、白金層である。
よく用いられる他の材料は、ケイ化タングステン、およ
び金層、チタン層、白金層である。
Ｃ０発明が解決しようとする問題点
前述のＦＥＴなどの半導体デバイスの製造と実装に際し
、低抵抗接点および非オーミツク（シｅットキー）ゲー
トの形成後、デバイスは高温度、一般的に４００℃に数
分から数時間の間、耐えることが必要である。このよう
な長時間加熱を行なうと、抵抗が増大する。たとえば、
Ａｕ−Ｎｉ −Ｇｅの抵抗は、４００°Ｃで５時間、接
点をアニールする間に、３倍に増大することが認められ
ている。
、低抵抗接点および非オーミツク（シｅットキー）ゲー
トの形成後、デバイスは高温度、一般的に４００℃に数
分から数時間の間、耐えることが必要である。このよう
な長時間加熱を行なうと、抵抗が増大する。たとえば、
Ａｕ−Ｎｉ −Ｇｅの抵抗は、４００°Ｃで５時間、接
点をアニールする間に、３倍に増大することが認められ
ている。
低抵抗接点の作成に際し、材料の組成を適当に選び、か
つその低抵抗接点に使用する材料を付着させる前に基板
を清掃することによって、抵抗が最適になる。現在利用
できる技法を用いて、受は入れることのできる低い抵抗
値をもつ低抵抗接点を実現することができるが、長時間
の加熱にょうて抵抗が増大するという前述の問題がある
ために、現在使用されている低抵抗接点はその用途が限
られている。
つその低抵抗接点に使用する材料を付着させる前に基板
を清掃することによって、抵抗が最適になる。現在利用
できる技法を用いて、受は入れることのできる低い抵抗
値をもつ低抵抗接点を実現することができるが、長時間
の加熱にょうて抵抗が増大するという前述の問題がある
ために、現在使用されている低抵抗接点はその用途が限
られている。
Ｄ０問題点を解決するための手段
金属をトランジスタ・ソース端子、またはドレイン端子
の半導体材料と接触して配置したＭＥＳＦＥＴ （金属
半導体電界効果トランジスタ）などの、ガリウム砒素半
導体デバイス用低抵抗接点の作成によって、前述の問題
点は克服され、また他の利点が与えられる。本発明によ
ると、この低抵抗接点は、少量のインジウム、インジウ
ムを含む高融点金属間化合物または単−固体相もしくは
その両方を形成する導電性金属、耐火材料、およびガリ
ウム砒素から成る。
の半導体材料と接触して配置したＭＥＳＦＥＴ （金属
半導体電界効果トランジスタ）などの、ガリウム砒素半
導体デバイス用低抵抗接点の作成によって、前述の問題
点は克服され、また他の利点が与えられる。本発明によ
ると、この低抵抗接点は、少量のインジウム、インジウ
ムを含む高融点金属間化合物または単−固体相もしくは
その両方を形成する導電性金属、耐火材料、およびガリ
ウム砒素から成る。
本発明の接点構造は、その接点を室温と４００℃の間で
繰返し熱サイクルにかけたり、あるいは約４００℃とい
う高温に保持しても、その接点抵抗に何ら著しい変化が
生じないという意味で、低接点抵抗と良好な熱安定性を
もたらす。接点抵抗が低いのは、金属／ Ｇ ａ Ａ
ｓ界面にバリア高（伝導帯とフェルミ・エネルギー準位
の間のエネルギー差）が低いＩ ｎＧａＡｓ相が形成さ
れるためである。熱的に安定なのは、インジウムを含む
金属間化合物が形成されること、および接点頂部にタン
グステンなどの耐火材料が使用されることによるものと
考えられる。
繰返し熱サイクルにかけたり、あるいは約４００℃とい
う高温に保持しても、その接点抵抗に何ら著しい変化が
生じないという意味で、低接点抵抗と良好な熱安定性を
もたらす。接点抵抗が低いのは、金属／ Ｇ ａ Ａ
ｓ界面にバリア高（伝導帯とフェルミ・エネルギー準位
の間のエネルギー差）が低いＩ ｎＧａＡｓ相が形成さ
れるためである。熱的に安定なのは、インジウムを含む
金属間化合物が形成されること、および接点頂部にタン
グステンなどの耐火材料が使用されることによるものと
考えられる。
この発明の今一つの特徴は、界面にインジウムの島を形
成せずインジウムガリウム砒素相が均一に分布するよう
に接点を作成することである。分布を均一にすると、ウ
ェハ上に形成されるより均一になった多数の接点の接点
抵抗が低くなり、かつ製造工程の一回ごとの再現性が向
上するのでを利である。この均一性を実現するには、接
点の作成中にインジウムとガリウム砒素の間にニッケル
などの金属の居を配置する。インジウムは、ＧａＡｓ基
板に直接付着させたとき、急速にガリウム砒素中に拡散
する傾向がある。ニッケル層は、加熱工程中にインジウ
ムと反応して、高い融点を持つ金属間化合物または単−
固体相もしくはその両方を形成する傾向があり、界面に
均一に分布して所期のインジウム−ニッケル化合物とイ
ンジウムガリウム砒素相をもたらす。ニッケルは、イン
ジウムのＧａＡｓ基板への流れを調節するのにもっとも
有効であることが判明した。ニッケル層により、インジ
ウムの拡散速度が調節される上に、接点金属とガリウム
砒素の間の付着力と湿潤性も向上する。
成せずインジウムガリウム砒素相が均一に分布するよう
に接点を作成することである。分布を均一にすると、ウ
ェハ上に形成されるより均一になった多数の接点の接点
抵抗が低くなり、かつ製造工程の一回ごとの再現性が向
上するのでを利である。この均一性を実現するには、接
点の作成中にインジウムとガリウム砒素の間にニッケル
などの金属の居を配置する。インジウムは、ＧａＡｓ基
板に直接付着させたとき、急速にガリウム砒素中に拡散
する傾向がある。ニッケル層は、加熱工程中にインジウ
ムと反応して、高い融点を持つ金属間化合物または単−
固体相もしくはその両方を形成する傾向があり、界面に
均一に分布して所期のインジウム−ニッケル化合物とイ
ンジウムガリウム砒素相をもたらす。ニッケルは、イン
ジウムのＧａＡｓ基板への流れを調節するのにもっとも
有効であることが判明した。ニッケル層により、インジ
ウムの拡散速度が調節される上に、接点金属とガリウム
砒素の間の付着力と湿潤性も向上する。
この発明のもう一つの特徴は、ニッケルがニッケルーイ
ンジウム化合物とＧａＡｓ基板との間に均一な低バリア
高のＩｎＧａＡｓ層を形成することにより、その接点抵
抗を減少させることができることである。この発明の好
ましい実施例では、サンドウィッチ形の上側および下側
のニッケル層の間にインジウム層、またはインジウムと
ニッケルの混合物の層を封入することよって、接点を作
成する。そのサンドウィッチ構成を、ガリウム砒素とタ
ングステンなどの導電性耐火材料層の間に配置する。接
点の作成に際し、材料の温度を、インジウムとニッケル
の間で相互作用を起こすのに充分な高さに上げる。
ンジウム化合物とＧａＡｓ基板との間に均一な低バリア
高のＩｎＧａＡｓ層を形成することにより、その接点抵
抗を減少させることができることである。この発明の好
ましい実施例では、サンドウィッチ形の上側および下側
のニッケル層の間にインジウム層、またはインジウムと
ニッケルの混合物の層を封入することよって、接点を作
成する。そのサンドウィッチ構成を、ガリウム砒素とタ
ングステンなどの導電性耐火材料層の間に配置する。接
点の作成に際し、材料の温度を、インジウムとニッケル
の間で相互作用を起こすのに充分な高さに上げる。
Ｅ、実施例
第１図に、半導体デバイス１０の一部を示す。
半導体デバイスはトランジスタ、ダイオード、または他
のタイプの部品であってもよい。デバイス１０には、そ
れに電気的接続を行なうために、半導体材料から成る基
板１４上に接点１２が配置されている。−例を挙げると
、接点１２を用いて電界効果トランジスタのソース領域
またはドレイン領域との電気的接続を行なうことができ
る。この発明の好ましい実施例では、基板１４の半導体
材料はガリウム砒素である。あるいはまた、基板はイン
ジウムガリウム砒素またはアルミニウムガリウム砒素を
含んでいても良い。
のタイプの部品であってもよい。デバイス１０には、そ
れに電気的接続を行なうために、半導体材料から成る基
板１４上に接点１２が配置されている。−例を挙げると
、接点１２を用いて電界効果トランジスタのソース領域
またはドレイン領域との電気的接続を行なうことができ
る。この発明の好ましい実施例では、基板１４の半導体
材料はガリウム砒素である。あるいはまた、基板はイン
ジウムガリウム砒素またはアルミニウムガリウム砒素を
含んでいても良い。
ＦＭ 点（Ｄ作成に際し、デバイス１０から外部回路（
図示せず）への接続線の抵抗を最少にすることが普通望
ましい。したがって、この好ましい実施例の接点１２を
作成するに際し、この発明は接点抵抗を約０．５オーム
／ ｍ ｍ未満の低い値に減少させる作成方法を対象と
している。
図示せず）への接続線の抵抗を最少にすることが普通望
ましい。したがって、この好ましい実施例の接点１２を
作成するに際し、この発明は接点抵抗を約０．５オーム
／ ｍ ｍ未満の低い値に減少させる作成方法を対象と
している。
この発明の主要な特徴によれば、接点には、通常の環境
温度でも約４００°Ｃという高温でもその抵抗値を維持
するほど熱的に安定であるという性質を備えている。こ
のことは、導電性の耐火材料の層１６から接点１２を作
成し、かつ熱的に安定なインジウム−ニッケルの化合物
または単−固体用を領域１８中に分散させ、Ｉ ｎＧａ
Ａｓ層を層１８と半導体基板１４の界面２０に分散させ
ることにより達成される。
温度でも約４００°Ｃという高温でもその抵抗値を維持
するほど熱的に安定であるという性質を備えている。こ
のことは、導電性の耐火材料の層１６から接点１２を作
成し、かつ熱的に安定なインジウム−ニッケルの化合物
または単−固体用を領域１８中に分散させ、Ｉ ｎＧａ
Ａｓ層を層１８と半導体基板１４の界面２０に分散させ
ることにより達成される。
高温、少なくとも約８００°Ｃまでは、融解せず昇華も
しない材料が耐火性とみなされる。この発明の好ましい
実施例では、とくに好ましい耐火材料はタングステン（
Ｗ）であり、その他の適当な耐火材料には、ケイ化タン
グステン、チタン、および窒化チタンがある。
しない材料が耐火性とみなされる。この発明の好ましい
実施例では、とくに好ましい耐火材料はタングステン（
Ｗ）であり、その他の適当な耐火材料には、ケイ化タン
グステン、チタン、および窒化チタンがある。
第２図に、第１図のデバイス１０の接点１２の作成工程
を示す。接点１２の作成は、ニッケル（Ｎｉ）層および
インジウム（Ｉｎ）層をガリウム砒素（ＧａＡｓ）上に
蒸着することから始まる。
を示す。接点１２の作成は、ニッケル（Ｎｉ）層および
インジウム（Ｉｎ）層をガリウム砒素（ＧａＡｓ）上に
蒸着することから始まる。
この蒸着は、真空の蒸着室（図示せず）内で行なう。ニ
ッケルとインジウムを、別々のるつぼ２２と２４とに入
れ、その中で電子ビーム法や電気抵抗加熱法など従来の
方法で加熱する。ニッケル原子とインジウム原子が、そ
れぞれるつぼ２２と２４から蒸発して、基板１４上に蒸
着する。
ッケルとインジウムを、別々のるつぼ２２と２４とに入
れ、その中で電子ビーム法や電気抵抗加熱法など従来の
方法で加熱する。ニッケル原子とインジウム原子が、そ
れぞれるつぼ２２と２４から蒸発して、基板１４上に蒸
着する。
この発明の一つの特徴によれば、ニッケル層２６がまず
基板１４のバルク半導体材料上に蒸着する。次に、イン
ジウムまたはインジウム−ニッケル混合物が、厄２６上
に層２８として蒸着する。
基板１４のバルク半導体材料上に蒸着する。次に、イン
ジウムまたはインジウム−ニッケル混合物が、厄２６上
に層２８として蒸着する。
ニッケルおよびインジウムの蒸着を第２図のステップＡ
に示す。
に示す。
接点１２の作成を第２図のステップＢでも続ける。ステ
ップＢでは、タングステンなどの耐火材料の層３２を、
層３０上に従来の方法で蒸着する。
ップＢでは、タングステンなどの耐火材料の層３２を、
層３０上に従来の方法で蒸着する。
４つの層２６．２８．３０および３２からなる構造物と
その下の基板１４のバルク・ガリウム砒素とを後の加熱
ステップ中に２η染から保護し、かつ基板１４のガリウ
ム砒素から砒素が外方拡散するのを防ぐために、窒化ケ
イ素（Ｓｉ３Ｎ４）の層３４でこの構造物を被覆して密
封する。
その下の基板１４のバルク・ガリウム砒素とを後の加熱
ステップ中に２η染から保護し、かつ基板１４のガリウ
ム砒素から砒素が外方拡散するのを防ぐために、窒化ケ
イ素（Ｓｉ３Ｎ４）の層３４でこの構造物を被覆して密
封する。
オーミック接点１２の作成をさらに続けて、接点１２を
十分な温度、すなわち７００ないし１２００″Ｃの範囲
の形成温度にまで加熱する。この形成７ＨＩｆｆ テ、
ニッケルとインジウムが相互作用を起こして、インジウ
ム原子がニッケル層２６を通って材料１４のガリウム砒
素中に移動し、界面２０に均一なＩ ｎＧａＡｓ層が生
成する。アルゴン−水素混合物の環境は、不純物が窒化
ケイ素ｊｄ中の欠陥を通過するのを防止して、加熱の間
、接点１２の純度を確保するのに役立つ。オーミック接
点の形成後、被覆属３４を従来のエツチング工程などに
よって除去すると、第２図のステップＣに示すように接
点１２の作成が完了する。接点１２は今や、デバイス１
０を外部回路に接続するための、金または銅などの金属
導体をいつでも設けることができる状態にある。
十分な温度、すなわち７００ないし１２００″Ｃの範囲
の形成温度にまで加熱する。この形成７ＨＩｆｆ テ、
ニッケルとインジウムが相互作用を起こして、インジウ
ム原子がニッケル層２６を通って材料１４のガリウム砒
素中に移動し、界面２０に均一なＩ ｎＧａＡｓ層が生
成する。アルゴン−水素混合物の環境は、不純物が窒化
ケイ素ｊｄ中の欠陥を通過するのを防止して、加熱の間
、接点１２の純度を確保するのに役立つ。オーミック接
点の形成後、被覆属３４を従来のエツチング工程などに
よって除去すると、第２図のステップＣに示すように接
点１２の作成が完了する。接点１２は今や、デバイス１
０を外部回路に接続するための、金または銅などの金属
導体をいつでも設けることができる状態にある。
接点１２の作成に際し、前述の工程により、少量のイン
ジウムがガリウム砒素と相互作用を起こしてもインジウ
ムがガリウム砒素中に大量に拡散することはないという
この発明の特徴が実現される。その結果、界面２０に前
述のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓの比較的薄い層が形成され
る。衆知のように、約８００°Ｃという高温度では、イ
ンジウムは、ガリウム砒素中に急速に拡散する傾向があ
る。しかし、この発明によると、そのような大量の内部
拡散は、ニッケル層２６により比較的おそい拡散速度に
制限され、その結果、界面２０に、インジウム原子が極
めて均一に分布することになる。このインジウム原子の
分布は、製造工程において、１回ごとに再現性があり、
したがって第２図の工程によって作成される接点１２の
特性の均一性が確保される。
ジウムがガリウム砒素と相互作用を起こしてもインジウ
ムがガリウム砒素中に大量に拡散することはないという
この発明の特徴が実現される。その結果、界面２０に前
述のＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓの比較的薄い層が形成され
る。衆知のように、約８００°Ｃという高温度では、イ
ンジウムは、ガリウム砒素中に急速に拡散する傾向があ
る。しかし、この発明によると、そのような大量の内部
拡散は、ニッケル層２６により比較的おそい拡散速度に
制限され、その結果、界面２０に、インジウム原子が極
めて均一に分布することになる。このインジウム原子の
分布は、製造工程において、１回ごとに再現性があり、
したがって第２図の工程によって作成される接点１２の
特性の均一性が確保される。
この発明のもう一つの特徴は、比較的高い接点１２の形
成温度、すなわち、７００℃ないし１２００°Ｃという
前述の温度範囲でニッケルとインジウムを相互作用させ
ることによって達成され、ニッケル七インジウムの金属
間化合物またはニッケルとインジウムの単−固体相もし
くはその両方が形成される。この金属間化合物および単
−固体相は、高い融点をもち、その結果接点１２の熱安
定性が向上する。インジウムとニッケルを結合させるこ
とは、インジウムが、層２６を通過してガリウム砒素に
拡散するのをさらに制限する機構であり、したがって、
この金属／ Ｇ ａ Ａ ｓ界面２０で前述のＩｎＧａ
Ａｓ５の均一な分布を実現するという、この発明の重要
な特徴の一つである。ニッケル層２′６がインジウムの
拡散のバリアとして働くこと、および、層２８中の過剰
なインジウムを結合させることがあいまって、界面２０
でインジウムの高濃度の島または小球体が形成されない
ようにインジウムの拡散が調節される。このようなイン
ジウムの高濃度の島または小球体の形成は、接点抵抗を
増大させるが、製造工程で１回ごとに変動することがあ
る。先に指摘したように、インジウムの拡散を調節する
と島の形成が防止され、界面２０におけるＩｎＧａＡｓ
層の必要とされる均一な微細分布が確保されて、低接点
抵抗が確実に得られ、製造工程−回ごとの接点１２の特
性が均一になる。
成温度、すなわち、７００℃ないし１２００°Ｃという
前述の温度範囲でニッケルとインジウムを相互作用させ
ることによって達成され、ニッケル七インジウムの金属
間化合物またはニッケルとインジウムの単−固体相もし
くはその両方が形成される。この金属間化合物および単
−固体相は、高い融点をもち、その結果接点１２の熱安
定性が向上する。インジウムとニッケルを結合させるこ
とは、インジウムが、層２６を通過してガリウム砒素に
拡散するのをさらに制限する機構であり、したがって、
この金属／ Ｇ ａ Ａ ｓ界面２０で前述のＩｎＧａ
Ａｓ５の均一な分布を実現するという、この発明の重要
な特徴の一つである。ニッケル層２′６がインジウムの
拡散のバリアとして働くこと、および、層２８中の過剰
なインジウムを結合させることがあいまって、界面２０
でインジウムの高濃度の島または小球体が形成されない
ようにインジウムの拡散が調節される。このようなイン
ジウムの高濃度の島または小球体の形成は、接点抵抗を
増大させるが、製造工程で１回ごとに変動することがあ
る。先に指摘したように、インジウムの拡散を調節する
と島の形成が防止され、界面２０におけるＩｎＧａＡｓ
層の必要とされる均一な微細分布が確保されて、低接点
抵抗が確実に得られ、製造工程−回ごとの接点１２の特
性が均一になる。
４つの層２６．２８．３０、および３２からなる層状構
造物の作成に際し、その構造物の全高は約６００人であ
り、この発明の好ましい実施例では各層の厚さは大体下
記の値を使用する。Ｔ！Ｊ２８は厚さ５０Ａである。層
２８は厚さ１００人で純粋のニッケルまたはインジウム
とニッケルの混合物から成る。層３０は厚さ１００八、
居３２は厚さ３００人である。３つの層２６．２８およ
び３０からなる構造物に含まれるニッケルとインジウム
の総量については、ニッケルが約９０原子％、インジウ
ムが約１０原子％である。インジウムの使用量は７０％
まで増やしてもよい。領域１８内に形成されるニッケル
とインジウムの金属間化合物は、Ｎｉ３Ｉｎ１ＮｉＩｎ
１Ｎｉ２Ｉｎ３およびＮｉ３１ｎ７である。上記の化合
物かられかるように、これらの化合物は、ニッケルとイ
ンジウムの比が異なっており、したがってインジウム原
子とニッケル原子の局部濃度が異なっていてもインジウ
ムの束縛が起こり得る。この濃度の差は、各層２６．２
８、および３０の原子間の相互拡散中に自然に発生する
ことがある。接点１２ならびにデバイス１０の他の部分
の望ましい形状は、フォトリソグラフィー法、または反
応性イオン・エツチング法で形成される。これらの技法
は、半導体デバイスの製造において衆知のものである。
造物の作成に際し、その構造物の全高は約６００人であ
り、この発明の好ましい実施例では各層の厚さは大体下
記の値を使用する。Ｔ！Ｊ２８は厚さ５０Ａである。層
２８は厚さ１００人で純粋のニッケルまたはインジウム
とニッケルの混合物から成る。層３０は厚さ１００八、
居３２は厚さ３００人である。３つの層２６．２８およ
び３０からなる構造物に含まれるニッケルとインジウム
の総量については、ニッケルが約９０原子％、インジウ
ムが約１０原子％である。インジウムの使用量は７０％
まで増やしてもよい。領域１８内に形成されるニッケル
とインジウムの金属間化合物は、Ｎｉ３Ｉｎ１ＮｉＩｎ
１Ｎｉ２Ｉｎ３およびＮｉ３１ｎ７である。上記の化合
物かられかるように、これらの化合物は、ニッケルとイ
ンジウムの比が異なっており、したがってインジウム原
子とニッケル原子の局部濃度が異なっていてもインジウ
ムの束縛が起こり得る。この濃度の差は、各層２６．２
８、および３０の原子間の相互拡散中に自然に発生する
ことがある。接点１２ならびにデバイス１０の他の部分
の望ましい形状は、フォトリソグラフィー法、または反
応性イオン・エツチング法で形成される。これらの技法
は、半導体デバイスの製造において衆知のものである。
゛この発明のもう一つの実施例として、届２８を、イン
ジウム単独で、またはインジウムとニッケルの混合物で
形成できることにも留意されたい。
ジウム単独で、またはインジウムとニッケルの混合物で
形成できることにも留意されたい。
この好ましい実施例では、インジウムがガリウム砒素中
に拡散する速度を制限するバリアとしてニッケルを居２
６に使用したが、ニッケルの代りにパラジウム、チタン
、マンガン、白金など他の金属も層２６に同様に蒸着さ
せることができ、インジウムと熱的に安定な金属間化合
物を形成することにより、基板１４の半導体材料中にイ
ンジウムが拡散する速度が調節されると考えられる。接
点１２の構造を接点形成温度にまで加熱することについ
て、約１ないし２秒間隔で赤外線の強いビームを用いた
フラッシュ加熱法が使用できることに留意されたい。そ
のようなフラッシュ加熱法は衆知のものであり、そうし
たフラッシュ加熱のできる機器が市販されている。この
フラッシュ加熱は、加熱時間が比較的短いためにガリウ
ム砒素中に拡散するインジウムの毒を制限する助けとな
るので、有利である。さらに、この発明の方法は、複雑
な機器が不要であり、分子線エピタキシーや有機物分子
化学蒸着法に伴うような工程を必要としないという点で
有利であることにも留意されたい。また、層２６にニッ
ケルを使用することにより、接点１２の金属とガリウム
砒素基板１４との間の付着力と湿潤性が向上することに
も留意されたい。
に拡散する速度を制限するバリアとしてニッケルを居２
６に使用したが、ニッケルの代りにパラジウム、チタン
、マンガン、白金など他の金属も層２６に同様に蒸着さ
せることができ、インジウムと熱的に安定な金属間化合
物を形成することにより、基板１４の半導体材料中にイ
ンジウムが拡散する速度が調節されると考えられる。接
点１２の構造を接点形成温度にまで加熱することについ
て、約１ないし２秒間隔で赤外線の強いビームを用いた
フラッシュ加熱法が使用できることに留意されたい。そ
のようなフラッシュ加熱法は衆知のものであり、そうし
たフラッシュ加熱のできる機器が市販されている。この
フラッシュ加熱は、加熱時間が比較的短いためにガリウ
ム砒素中に拡散するインジウムの毒を制限する助けとな
るので、有利である。さらに、この発明の方法は、複雑
な機器が不要であり、分子線エピタキシーや有機物分子
化学蒸着法に伴うような工程を必要としないという点で
有利であることにも留意されたい。また、層２６にニッ
ケルを使用することにより、接点１２の金属とガリウム
砒素基板１４との間の付着力と湿潤性が向上することに
も留意されたい。
前記のニッケルとインジウムの金属間化合物は、８００
°Ｃ以上の融点をもち、したがって環境温度が室温から
４００°Ｃに変わっても接点抵抗の安定性にほとんど効
果がないという熱安定性が確保される。前記の製作工程
では、０．３オ一ム／ｍｍの抵抗をもつオーミック接点
がもたらされた。第３図に、実験的に得られた抵抗値を
接点形成の際の温度の函数として示す。第４図に、４０
０ ’Ｃの高温度での抵抗の安定性を時間の函数として
示す。
°Ｃ以上の融点をもち、したがって環境温度が室温から
４００°Ｃに変わっても接点抵抗の安定性にほとんど効
果がないという熱安定性が確保される。前記の製作工程
では、０．３オ一ム／ｍｍの抵抗をもつオーミック接点
がもたらされた。第３図に、実験的に得られた抵抗値を
接点形成の際の温度の函数として示す。第４図に、４０
０ ’Ｃの高温度での抵抗の安定性を時間の函数として
示す。
この発明の工程は、またソース領域およびドレイン領域
を注入シリコンで作成し、温度を約８００ど以上に上げ
てそのシリコンを活性化させるという、ＭＥＳＦＥＴ
（金属半導体電界効果トランジスタ）作成の際にも好都
合である。このようなシリコンの注入および活性化は、
第２図の工程の加熱ステップと同時に行なえる。
を注入シリコンで作成し、温度を約８００ど以上に上げ
てそのシリコンを活性化させるという、ＭＥＳＦＥＴ
（金属半導体電界効果トランジスタ）作成の際にも好都
合である。このようなシリコンの注入および活性化は、
第２図の工程の加熱ステップと同時に行なえる。
インジウムは８００°Ｃ未満の温度で融解するため、第
２図の手順が使いやすくなっている。この温度は、接点
１２の構造物を加熱する際に用いられる形成温度の範囲
内にある。それとは対照的に、その結果生じる金属間化
合物は、こうした温度では固体である。したがって、非
耐火性金属であるニッケルとインジウムを用いて、合金
領域１８ Ｊｌｌの材料が生成される。この材料は、こ
の発明では、耐火性と見なすことができる。
２図の手順が使いやすくなっている。この温度は、接点
１２の構造物を加熱する際に用いられる形成温度の範囲
内にある。それとは対照的に、その結果生じる金属間化
合物は、こうした温度では固体である。したがって、非
耐火性金属であるニッケルとインジウムを用いて、合金
領域１８ Ｊｌｌの材料が生成される。この材料は、こ
の発明では、耐火性と見なすことができる。
ＧａＡｓデバイスが最良の性能をもたらすには、一般に
熱的に安定な低抵抗オーミック接点が必要である。接点
金属とのＧａＡｓの界面でのドナー密度を増大させ、ま
たはＧａＡｓに接触する金属の伝導帯とフェルミ・エネ
ルギー準位の間のバリア高を下げると、ｎ型ＧａＡｓに
対する接触抵抗を減少させることができる。ドナー密度
を増大させるには、一般に、高温で加熱して、金属から
ガリウム砒素へのドナーの内部拡散を強化するとよい。
熱的に安定な低抵抗オーミック接点が必要である。接点
金属とのＧａＡｓの界面でのドナー密度を増大させ、ま
たはＧａＡｓに接触する金属の伝導帯とフェルミ・エネ
ルギー準位の間のバリア高を下げると、ｎ型ＧａＡｓに
対する接触抵抗を減少させることができる。ドナー密度
を増大させるには、一般に、高温で加熱して、金属から
ガリウム砒素へのドナーの内部拡散を強化するとよい。
このようなドナー・ドーピング技術は、ＡｕＮｉＧｅな
どのオーミック接点を作成するのに広く用いられている
。前述のバリア高を下げるには、ＧａＡｓにインジウム
を加えて、前記の界面でＩｎＧａＡｓまたはＩｎＡｓを
生成させるとよい。
どのオーミック接点を作成するのに広く用いられている
。前述のバリア高を下げるには、ＧａＡｓにインジウム
を加えて、前記の界面でＩｎＧａＡｓまたはＩｎＡｓを
生成させるとよい。
界面にインジウムを使用し、かつ製造工程で高温度を用
いたオーミンク接点は、インジウムの分布が不均一なた
め必ずしも抵抗が低くならない。
いたオーミンク接点は、インジウムの分布が不均一なた
め必ずしも抵抗が低くならない。
先に第２図に関連して説明したように、ガリウム砒素中
へのインジウムの拡散を調節するためにこの発明を実施
しない場合、得られるオーミック接点は、高抵抗となる
はずである。このうような接点はＩｎＧａＡｓ相の分布
が不均一である。
へのインジウムの拡散を調節するためにこの発明を実施
しない場合、得られるオーミック接点は、高抵抗となる
はずである。このうような接点はＩｎＧａＡｓ相の分布
が不均一である。
熱安定性は、接点の作成に際して耐火性材料を用いると
改善できるが、低い接点抵抗を得るのは難しい。その理
由は、アニール手順中にドナー密度が増加しないこと、
および、耐火性材料を用いた接点の場合、バリア高を下
げるのが難しいことである。この制限は、発明の実施に
より克服された。
改善できるが、低い接点抵抗を得るのは難しい。その理
由は、アニール手順中にドナー密度が増加しないこと、
および、耐火性材料を用いた接点の場合、バリア高を下
げるのが難しいことである。この制限は、発明の実施に
より克服された。
Ｍ ｏ Ｇ ｅ ＷまたはＧｅＷなどの耐火性材料中に
比較的少量のインジウムを加えてオーミック接点を製造
するなら、接点金属とガリウム砒素との界面にＩ ｎＧ
ａＡｓ相が形成されるために、熱安定性を示す比較的低
い接点抵抗が得られることに注目されたい。インジウム
をＧａＡｓ上に直接付着させた場合、インジウムは、界
面にＩｎＧａＡｓ層を形成せずに、ＧａＡｓバルク材料
中に深く拡散するはずである。インジウム層とＧａＡｓ
層の間にゲルマニウムを付着させた場合、ゲルマニウム
層は、ＧａＡｓ中へのインジウムの拡散に対するバリア
として出くはすである。しかし、ゲルマニウムとインジ
ウムは混和しないので、インジウムは、ゲルマニウム層
の薄い領域、またはグレイン境界を通ってＧａＡｓ中に
拡散し、その結果、ＩｎＧａＡｓ相の島が局部的に形成
されて、高接触抵抗をもたらし、製造工程の一回ごとに
得られる点にばらつきが生じることがあり得る。
比較的少量のインジウムを加えてオーミック接点を製造
するなら、接点金属とガリウム砒素との界面にＩ ｎＧ
ａＡｓ相が形成されるために、熱安定性を示す比較的低
い接点抵抗が得られることに注目されたい。インジウム
をＧａＡｓ上に直接付着させた場合、インジウムは、界
面にＩｎＧａＡｓ層を形成せずに、ＧａＡｓバルク材料
中に深く拡散するはずである。インジウム層とＧａＡｓ
層の間にゲルマニウムを付着させた場合、ゲルマニウム
層は、ＧａＡｓ中へのインジウムの拡散に対するバリア
として出くはすである。しかし、ゲルマニウムとインジ
ウムは混和しないので、インジウムは、ゲルマニウム層
の薄い領域、またはグレイン境界を通ってＧａＡｓ中に
拡散し、その結果、ＩｎＧａＡｓ相の島が局部的に形成
されて、高接触抵抗をもたらし、製造工程の一回ごとに
得られる点にばらつきが生じることがあり得る。
Ｅ１発明の効果
この発明は、金属／ Ｇ ａ Ａ ｓの界面に均一なＩ
ｎＧａＡｓ居を形成し、また、この層の頂部に熱的に
安定なインジウム化合物を形成することによって、オー
ミック接点の品質の前記の制限を克服し、それによって
、製造工程−回ごとの再現性を高めることができる。
ｎＧａＡｓ居を形成し、また、この層の頂部に熱的に
安定なインジウム化合物を形成することによって、オー
ミック接点の品質の前記の制限を克服し、それによって
、製造工程−回ごとの再現性を高めることができる。
第１図は、この発明にしたがって作成した熱的に安定な
低抵抗接点の概略的部分拡大側面図である。 第２図は、第１図の低抵抗接点の製造方法の諸ステップ
を示す。 第３図は、第１図の接点の接点抵抗と作成温度の関係を
示すグラフである。 第４図は、第１図の接点の４００°Ｃでの接点抵抗の安
定性と加熱時間の関係を示すグラフである。 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３
低抵抗接点の概略的部分拡大側面図である。 第２図は、第１図の低抵抗接点の製造方法の諸ステップ
を示す。 第３図は、第１図の接点の接点抵抗と作成温度の関係を
示すグラフである。 第４図は、第１図の接点の４００°Ｃでの接点抵抗の安
定性と加熱時間の関係を示すグラフである。 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ガリウム砒素の基板と、 導電性の耐火材料の層と、 上記耐火材料の層および上記基板の間に配置された、イ
ンジウムを含む金属間化合物の金属層と、上記金属層お
よび上記基板の間に配置されたインジウムの層とを含ん
だ半導体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US26337 | 1979-04-02 | ||
| US07/026,337 US4796082A (en) | 1987-03-16 | 1987-03-16 | Thermally stable ohmic contact for gallium-arsenide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63237470A true JPS63237470A (ja) | 1988-10-03 |
| JPH0666455B2 JPH0666455B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=21831247
Family Applications (1)
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