JPS63246870A - 化合物半導体装置及び製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ショットキ電極の構成を改良した化合物半導
体装置及び製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、化合物半導体装置特にショットキゲート電界効果
トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）は、その高性能、高信頼
性を達成するために、自己整合によって形成されていた
（例えば、今井哲二等、「化合物半導体トランジスタＪ
　１９８４年、Ｐ２１１〜２１２）。

この種のＭＥＳＦＥＴ　Ｉｃおいて、ソース電極とゲー
ト電極間に存在するソース直列抵抗孔、がその特性を決
定する大きな要因となっている。そこで、ＦＥＴの真性
コンダクタンスｇｒｒｌｏ１相互コンダクタンスｇｍ　
％　ンース・ドレイン電流工、。、ケート電圧Ｖ。とす
れば、 が成シ立ち、この（１）　、　（２１式よシ、ｇｍ　と
ｇｍＯの関係を導ひくと となる。即ち、この（３）式よシＲ３が小さいほど、ｇ
ｍ。

が大きくなることが解る。つま、９、ＦＥＴの高性能化
にはＲ３を低減する必要がある。そこで、耐熱性ゲート
電極に対して自己整合的にソース領域とドレイン領域を
形成したＭＥＳＦＥＴがある（例えば、特開昭６１−１
３３６７１号公報）。

その概要を第４図に示して説明する。まず半絶縁性のＧ
ａＡｓ基板４１上にｎｆｊｌ活性層４２、窒化タングス
テン（ＷＮｘ　）膜４３を順次形成する（第４図（ａ）
）。次にこのＷＮｘＮｘ膜上３上ターンニングしたりス
ト膜（図示せず）を形成し、これを７１スクとして反応
性イオンエツチングによシゲート電極４８を形成する（
第４図（ｂ））。この後、ゲート電極４８をマスクとし
てイオン注入を行い、そして絶縁膜を堆積した状態で熱
処理を施して注入イオンを活性化し、ソース領域４４と
ドレイン領域４５を形成する。この後絶縁膜を除去し、
第４図（Ｃ）のようなＭＥＳＦＥＴを得る。

従来このような耐熱性電極材料として、ＷＮｘの他に、
窒化タングステンシリサイド（ＷＳｉＮ）等、耐熱性を
有する金属又は合金に窒素を添加した物質が多用されて
いる。しかし、このような耐熱性窒化金属材料は一般に
Ｓｉｎ、膜をはじめとする絶縁膜と密着が悪いという欠
点がある。このため例えば前述のＭＥＳＦＥＴ製造工程
のうち、ソース領域とドレイン領域を形成するための熱
処理時に、ＰＳＧ膜を被覆材とした熱処理法に此た場合
、電極上を中心としてＰＳＧ膜が剥れて基板が露出して
しまう。そのため基板を構成する物質のうち蒸気圧の高
いＡ・が飛羨表面の結晶性が損われ、ひいては、このゲ
ート電極のバリヤハイドが低下してショットキ特性が劣
化してしまう。原理的には、化合物半導体の蒸気圧の高
い構成元素を雰囲気として無被覆にて熱処理を行えば、
構成元素の飛散を防げるわけであるが、この方法は、例
えばＧ　ａ　Ａ　ｓ基板に対するＡｓＨｓ　のように、
有毒ガスを用いることが多く、装置上の制約が大きく実
用上問題がある。

また、ＭＥＳＦＥＴのゲート電極として、ショットキ金
属上にＭＯ等の低抵抗金属を積層した例が（特開昭６１
−２０４９８２号公報等）で知られている。このように
２層構造の電極にすれば、ゲート電極の抵抗値を下げる
ことができるものの、上層のＭｏが絶縁膜と十分に密着
しないため、熱処理中に絶縁膜が電極を中心に剥れ、上
述した例と同様バリヤハイドの低下が起こる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上述べたように、従来の化合物半導体装置は、熱処理
中に基板が露出するに判い、基板を構成する物質のうち
蒸気圧の高い元素が電極下面から基板表面を通って飛散
する。そのため電極と接する面の結晶性が損われ、電極
のバリヤハイドは低下し、ひいてはショットキ特性が劣
化してしまう問題があった。

さらに、従来の化合物半導体装置の製造方法では、熱処
理工程において表面を保護する絶縁膜が剥れてしまう問
題があった。

本発明は以上のことを鑑みなされたもので、電極下面の
基板の結晶組成が良いため、基板に対して高いバリヤハ
イドを示す電極を持った装置を提供することを目的とし
ている。

さらに、本発明においては熱処理中に電極を中心として
絶縁膜が剥れることのない製造方法を提供することも目
的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の装置は、基板とシ
ョットキ接合する第１の金属層上に絶縁物と良好な密着
性を示す第２の金属層を積層した構造の電極を持つこと
を特徴とする。

さらに、本発明の製造方法は、電極と絶縁膜の間に、ど
ちらにも良く密着する金属層を介在させて、熱処理を行
うようにしたことを特徴とする。

（作用） 以上の本発明の構成による作用を説明する。

化合物半導体基板との接合部は、耐熱性金属と置素とを
少なくとも含む導電性材料からなシ、基板に対するバリ
ヤハイドは高く、また熱処理中にでも耐熱性は良い。そ
のため、電極は、熱処理後においても良好なショットキ
特性を示す。

一方、ゲート電極の最上層は、熱処理中に絶縁膜と良く
密着するので電極を中心に絶縁膜が剥げることはない。

従って基板の露出に伴う基板構成物質の飛散が起こらな
い。さらに、耐熱性金属の窒化物は拡散バリアとしての
効果があるため、第２の金属層の導電性材料が基板との
界面まで達することはなく、電極と基板間のバリヤハイ
ドは高く保たれる。

（実施例） 本発明の詳細を、実施例を用いて説明する。

本発明の一実施例に係る化合物半導体装置の構造を、第
１図に示す。即ち、１１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、１２
はｎ型ＧａＡｓ層である。１３は窒化タングステン（Ｗ
Ｎｘ）からなる第１の金属層であシ、ｎ型ＧａＡｓ層１
２と良好なショットキ接合をなす。

１４はＴｉからなる第２の金属層であシ、Ｓｉｎ。

等の絶縁膜と良好に密着する。電極１８はこのＴｉ層１
４とＷＮｘＮｘ層上３成る。

次に第１図の化合物半導体装置を形成するための具体的
な製造方法を、第２図（ａ）〜（ｄ）を用いて述べる。

まず、半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板２１面上に、Ｓｉイ
オンを加速電圧１５０　ｋｅＶ、　　ドーズ量３　ｘ　
１０Ｓ２．匂で注入し、イオン注入層２２ａを形成する
（第２図（ａ））。その後、スパッタリング法によシ、
〜３０００人のＷＮｘ層２３及び〜３００＾のＴｉ層２
４を順次堆積する（第２図（ｂ））。次に、パターニン
グしたレジストをマスク（図示せず）としてエツチング
を用いＴｉ層２４及びＷＮｘ層２３をパターニングして
１００μｍφのゲート電極２８を形成する。しかる後に
、全面をＳｉｎｇ膜２５膜種５．８００℃３０分の熱処
理を行って、ｎ型動作層２２ｂを形成する（第２図（Ｃ
））。この際、ショットキ接合をなすＷＮｘ層２３、Ｔ
ｉ層２４と８１０゜膜２５は密着するので、電極付近の
８ｉ０．膜２５の剥離はみられない。最後にＳｉｎ、膜
２５をエツチングで除去して、完成する（第２図（ｄ）
）。この後、Ｔ１層をエツチングによって除去してＷＮ
ｘ層のみから成るゲート電極３８にしても良い（第３図
）。

このようにして基板上に多数の電極を形成し、この電極
について、ショットキ特性を調べたところ、バリヤハイ
ドφはφ〜０．８ｖであシ、またシ１　　　　　Ｂ ロットキの理想因子ｎはｎ≦１．１と理論上のショット
キ（ｎ＝ｌ）に対して十分近く良好であった。

このことよシミ極の均一性の向上が図られた。さらにこ
のような電極を常に得ることができる再現性も確認した
。

比較例として、電極を〜３０００ＡのＷＮｘ膜のみから
なるものとし、他を同じくして実施例と同様の基板上に
多数形成した（第３図）。この場合についてショットキ
特性を調べたところ、大半の電極は実施例と向等の特性
を示したが、ｎ≧１．５と大きく劣化してオーミックに
近い特性を示したものも有、った。このショットキ特性
の劣化した電極では、長面が酸化されて他と明らかに異
なる状態を呈している。つまシ、電極周辺基板に酸素等
が拡散したシ、構成物質の飛散によシ結晶性が損われ十
分なショットキ特性を得ることができなかったと考えら
れる。

尚、本発明の化合物半導体基板は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓにか
ぎるものではない。また、電極材料も第１の金属層はＷ
Ｎｘにかぎるものではなく、耐熱性金属と窒素とを少な
くとも含む導電性材料、例えば、ＷＳｉＮ。

ＴｉＮ等でも良い。さらに、電極の最上層はＳｉｎ、。

Ｓ　ｉ　ＯＮ　、　Ａｌ５ｏ１．　ＰＢＳ　、　ＰＳＧ
等の絶縁膜に対して密着する導電材料であれば良く、Ｔ
ｉにかぎらず、例えば、ＴｉＳｉ、、ＷＳｉ、　　等で
も良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の化合物半導体装置によれば、
電極は、熱処理を行った後においても、基板との接触面
で従来に比べ高いバリヤハイドを示す。従って良好なシ
ョットキ特性を示すゲート電極を持った化合物半導体装
置を得ることが可能である。

さらに、化合物半導体の製造過程における熱処理時に、
絶縁膜が電極を中心にはがれることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す断面図、第２図は一
実施例の製造工程を示す断面図、第３図は、従来例の断
面図、第４図は、従来の装置の製造工程を示す断面図で
ある。 １１．２１・・・半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１２．２
２ｂ・ｎ型ＧａＡｓ層 １３　、２３−−−ＷＮｘ層 １４．２４・・・Ｔｉ層 ２５・・・Ｓｉｎ、膜 １８．２８・・・ゲート電極 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 ＝

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体基板と、この基板とショットキ接合
   を構成するように設けられた耐熱性金属と窒素とを少な
   くとも含む第１の金属層と、この第１の金属層上に積層
   された第２の金属層とを備え、前記第２の金属層として
   絶縁物と密着性の良い金属を用いたことを特徴とする化
   合物半導体装置。
2. （２）前記耐熱性金属がタングステンであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体装置。
3. （３）前記絶縁物がＳｉＯ＿２を少くとも含む物質であ
   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。
4. （４）前記絶縁物と密着性を有する第２の金属層は、Ｔ
   ｉ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。
5. （５）前記第２の金属層は、耐熱性金属の硅化物である
   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。
6. （６）前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に別
   の金属層を介在させた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。
7. （７）化合物半導体基板に所定の不純物をイオン注入す
   る工程と、このイオン注入した化合物半導体基板上に耐
   熱性金属と窒素とを少なくとも含みショットキ接合を構
   成する第１の金属層を形成する工程と、この第１の金属
   層上に絶縁物と密着する第２の金属層を積層する工程と
   、前記第１の金属層及び第２の金属層をパターンニング
   する工程と、このパターンニングした第２の金属層上に
   絶縁物を形成して熱処理する工程と、前記絶縁物を除去
   する工程とを備えたことを特徴とする化合物半導体装置
   の製造方法。
8. （８）絶縁物を除去した後、第２の金属層を除去するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の化合物半導
   体装置の製造方法。