JPH01187877A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - 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） 本発明は熱処理工程を含む化合物半導体装置の製造方法
に関する。

（従来の技術） 近年、スーパーコンピューターや高周波通信用の通ず８
機器には、ＳＬよりも常温での電子易動度が倍から数倍
高いＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体を母材に採用し
た高速型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が多用きれ
ている。　これらのＦＥＴの中に、ＧａＡｓのショット
キーゲート型ＦＥＴ　（以下ＭＥＳＦＥＴと呼ぶ）があ
る。このＭＥＳＦＥＴの製造工程の一部を第３図に示し
て説明する。

半絶縁性のＧａＡｓ基板（３１）上の表面に不純物注入
層（３２１）をイオン注入法及び熱処理工程を経て形成
する（第３図（ａ））。

次に、前面に被着した窒化タングステンをエツチングす
ることで不純物注入層（３Ｚｔ）上に選択的に窒化タン
グステンのゲート電極（３４）を形成する（第３図（ｂ
））。

ついで、ソース、ドレイン形成領域に窓開けされたレジ
ストのマスク及び、ゲート電極（３４）上からイオン注
入を行って、高濃度不純物層（３５１）。

（３６１）をゲート電極（３４）に対し自己整合させて
形成する（第３図（Ｃ））。

その後、この高濃度不純物層（３５１）、（３６□）を
温度８２０℃２時間１０分の条件にて活性化の為の熱処
理を行って、チャネル、ソース、ドレイン領域（３２□
）、（３５□）、　（３６，）を夫々形成する（第３図
（ｄ））。

しかしこの熱処理工程の際、８２０℃という高温状況下
では、ゲート電１　（３４）と接触するチャネル領域（
３２□）から、この領域を構成する元素のＡｓ（４０１
）やＧａ（４０ｚ）等がゲート電極（４４）内に熱拡散
してゆき、Ａｓの中にはゲート電極（４４）を通り抜け
、ゲート電極の外に飛散してしまうものもある。その結
果、ゲート電極（３４）とチャネル領域（３２□）間の
界面特に基板側表面を乱して安定性を悪くし、同一基板
上にこの様な′□ＭＥＳＦＥＴを多数形成した際、その
ゲート電極（３４）と動作層（３２□）間のショットキ
ー特性がばらつく為、ＭＥＳＦＥＴの閾値電圧の均一性
が悪く、ひいては歩留りを向上できないという問題があ
った。現在、この様な状況の中でＧａＡｓ集積回路の実
現には、ＭＥＳＦＥＴの閾値電圧の均一性が重要となっ
ている。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べた様に、従来の製造方法では、高温の熱処理工
程で、ショットキー電極と化合物半導体層との界面で相
互拡散が起き、界面の安定性を悪くしてショットキー特
性の低下を来たし、ひいては化合物半導体装置の歩留り
を向上できないという問題があった。

本発明は上記問題点を鑑みなされたもので、化合物半導
体層と導電層間のショットキー特性の劣化を抑えた化合
物半導体装置を提供する事を目的とする。

さらに、高温熱処理工程を経ても、化合物半導体層とシ
ョットキー電極との界面の変成を防ぎ、歩留りの向上に
適した化合物半導体装置の製造方法を提供する事を目的
とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記問題点を解決するために１本発明は、化合物半導体
層と、核層とショットキー接合をなし、表面が窒化膜に
変換された導体層と、該導体層に自己整合して半導体層
に設けられる不純物層とを具備する事を特徴とする化合
物半導体装置を提供する。さらに、化合物半導体層上に
核層とショットキー接合をなす導体層を設ける工程と、
前記導体層の表面を直接窒化して窒化膜を設ける工程と
。

前記化合物半導体層及び導体層を熱処理する工程とを具
備する事を特徴とする化合物半導体装置の製造方法を提
供するものである。

（作　用） 本発明では、導体層表面を直接窒化して窒化膜を設け、
その後に行うイオン注入層のアニール等の熱処理で、こ
の窒化膜を、半導体層を構成する元素を外部に拡散させ
ない拡散バリヤとして働かせている為に、化合物半導体
層と導体層の界面の乱れを防ぐ事ができる。

（実施例） 本発明の詳細を実施例に従って説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係るＧａＡｓＭＥＳ
ＦＥＴを製造工程順に示した断面図である。

先ず、半絶縁性のＧａＡｓ基板の表面に、Ｓｉイオンを
加速電圧５０ｋｅＶ　、ドーズ量２Ｘ１０”■−２の条
件にて注入し、不純物注入層（２□）を形成する（第１
図（ａ））。

次に、この不純物注入層（２□）を含むＧａＡＳ基板■
全而に、面０００人厚の硅化タングステン膜■を例えば
スパッタ法に因り被着する（第１図（ｂ））。

ついで、この硅化タングステン膜■の表面を露出した状
態で、圧力０．５Ｔｏｒｒの窒素プラズマ中に２０分間
放置し、珪化タングステン膜（３□）の表面を窒化して
薄い窒化膜（３□）を設ける。この窒化＋１！０（３□
）を、オージェ電子分光法で測定したところ、約５０人
膜厚であることを確認している（第１図（Ｃ））。

窒素プラズマによる処理はショットキー接合が劣化しな
い温度で行う。例えば２００℃以下、好ましくは１００
℃以下である。こては１００℃とした。

さらに、　この窒化膜（３□）の全面にレジスト（図示
せず）を塗布した後、ゲート電極形成領域上にのみ残す
様にパターニングしてマスクを設けこの上から例えばＣ
Ｆ、と０２ガスを用いた反応性イオンエツチングを行っ
て硅化タングステン膜（４，）と窒化膜（４□）から成
るショットキーゲート電極座を形成する（第１図（ｄ）
）。

その後、このゲート電極（９）の両側に設けられるソー
ス、ドレイン伽域形成部に窓開けを行ったレジストのマ
スク（９□）を設ける。そして、例えばＳｉイオンを加
速電圧１５０ｋｅＶ　、ドーズ量３Ｘ１０”ａｏ−２の
条件で、このマスク（９□）及びゲート電極（９）上か
ら基板面に注入し、ゲート電極粉と自己整合した高濃度
不純物注入層（５□）、（６，）を形成する（第１図（
ｅ乃。

次に、レジストのマスク（９□）を除去した状態で、Ａ
ｓ１ｌ、にＡｓを混入した雰囲気中にて、温度８００℃
２時間２０分の条件で不純物注入層（２１）及び高濃度
不純物注入層（５□）、　（６，）を熱処理して活性化
を行い、夫々チャネル領域（２□）及びソース、ドレイ
ン領域（５２Ｌ（６□）を形成する。ショットキー接合
は６００℃程度から劣化するので上記窒化膜はその後の
６００°Ｃ以上、特に７５０℃以上の熱処理に対して有
用である。直接窒化膜は緻密であり、薄＜隘全いので電
極上に熱処理用の絶縁膜を堆積する場合に比べて、電極
にストレスを与えずに熱処理を行う事ができる。

°またこの処理では、窒化膜（４２）がＡｓの飛散を防
ぐ拡散バリヤとして働く為に、チャネル領域（２□）と
ゲート電極砂−界面での相互拡散は起きにクク。

この様な高温熱処理工程を経ても、良好なショットキー
特性を保つ事ができる。しかる後に、リフトオフ法に因
り、下からＡｕＧａ／　Ｎｉ／　Ａｕの３層構造で、基
板とオーミック接触する。ソース、ドレイン電極■、（
ハ）を形成する。最後に、全面に絶縁膜例えば酸化硅素
膜（９２）を設けた後、ソース、ドレイン電極■、（８
）上に開口を設け、ＡＱの配線（１０）を形成する（第
１図（ｆ））。

この様な製造方法に従って、本実施例で示した硅化タン
グステンのゲート電極を持つＧａＡｓＭＥＳＦＥＴわず
に従来法で形成した物と対比させて、第１表に示す。ま
た、硅化タングステン（ＷＳｉｘ）の代わりに、窒化タ
ングステン（ＷＮつ）及びタングステン（す）をゲート
電極に採用したＭＥＳＦＥＴのＶ＋ｈｙ　　σｖ＋ｈの
測定データを従来法のものと対比させて夫々第２表及び
第３表に示す。

第１表 第２表 この第１表、第２表及び第３表から解る様に、表面に窒
化膜のない従来法で形成されたＧａＡｓＭＥＳＦＥＴに
比べ、バラツキ傾向が大きくなる低い閾値に設定しても
、閾値電圧の分散を小さくすることができ１歩留りの向
上を図ることができた。

次に、第２の実施例として、　ゲート電極パターンを形
成した後に、ゲート電極表面を窒化したＧａＡｓＭＥＳ
ＦＥＴを説明する。

第２図は、このＭＥＳＦＥＴの製造方法を示すもので、
第１の実施例における第１図（ｂ）まで同様に形成し、
その後の工程の要部を示したものである。即ち、基板表
面に被着された珪化タングステン膜を第１図（ｂ）の工
程後選択的にエツチングし、ゲート電極（２３）を設け
る（第２図（ａ））。

次に、先述した実施例と同様に、窒化プラズマ処理を行
って、硅化タングステン（２４□）の表面及び側面にも
窒化膜（２４２）の設けられたゲート電極（２Ａ）を形
成する（第２図（ｂ））。　この様にすれば、ゲート電
極の巾に比べて厚みが大きい場合でも基板を構成する元
素のゲート電極の側面からの拡散も有効に抑えることが
できる。

次に、第３の実施例を説明する。即ちゲート電極を形成
する際に、表面に同様にして窒化膜を設けた後、この膜
上にＡＱを予め被着しておく。この様にすれば、イオン
注入層活性化の熱処理温度でＡＱは融解しショットキー
金属と合金化するが、介在された窒化膜が合金化に伴っ
て表面から消えると共に、ＡＱがゲート電極表面に残る
。こうしておけば、後からＡＱ配線をゲート電極に繋ぐ
時に表面に残ったｉとより良好に密着させることができ
る。

ＡＱの代わりにＡＱ金合金Ａｆｆｉ−５ｉ等）を用いて
もよい。

以上の実施例では、窒化プラズマ処理に因って、ゲート
電極表面に窒化膜を形成したが、要はゲート電極と化合
物半導体層々を構成する元素相互の熱拡散が起きず、シ
ョットキー特性の劣化をきたすことのない温度にて、ゲ
ート電極表面を直接窒化して窒化膜を設ける方法であれ
ば良く、例えば。

窒素ガス中で４００℃、１５分間の条件で行う熱窒化で
も構わない。

さらに高融点金属として、タングステンの他に、モリブ
デン、チタン、タンタルでも良いし、あるいはこれらの
窒化物、硅化物及び硅窒化物等を用いても差し支えない
。

さらに、化合物半導体層は、ＧａＡｓの他の■−■族化
合物半導体等でも良い。

尚、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の構成により、化合物半導体層と導体層間のショッ
トキー特性が良好な化合物半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を工程順に示した断面図
、第２図は本発明の第２の実施例の要部を示した断面図
、第３図は従来例を示す図である。 １・・・半絶縁性のＧａＡｓ基板　２２・・・チャネル
領域４・・・ショットキーゲート電極　４□・・・窒化
膜５□・・・ソース領域　　　６□・・・ドレイン領域
７・・・ソース電極　　　８・・・ドレイン電極９、・
・・絶縁膜　　　　　１０・・・ＡＲの配線代理人　弁
理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之 第１図 第　　１　　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体層と、該層とショットキー接合をな
   し、表面が窒化膜に変換された導体層と、該導体層に自
   己整合して前記化合物半導体層に設けられる不純物層と
   を具備する事を特徴とする化合物半導体装置。
2. （２）前記導体層は、高融点金属、高融点金属の硫化物
   、高融点金属の窒化物及び高融点金属の硅窒化物の中か
   ら選ばれかつ、前記高融点金属は、タングステン、モリ
   ブデン、チタン及びタンタルの中から選ばれる事を特徴
   とする請求項１記載の化合物半導体装置。
3. （３）化合物半導体層上に該層とショットキー接合をな
   す導体層を設ける工程と、前記導体層の表面を直接窒化
   して窒化膜を設ける工程と、前記化合物半導体層及び導
   体層を熱処理する工程とを具備する事を特徴とする化合
   物半導体装置の製造方法。
4. （４）前記窒化膜は、窒素プラズマ中で形成される事を
   特徴とする請求項３記載の化合物半導体装置の製造方法
   。
5. （５）前記導体層は、高融点金属、高融点金属の硅化物
   、高融点金属の窒化物、及び高融点金属の硅窒化物の中
   から選ばれかつ、前記高融点金属は、タングステン、モ
   リブデン、チタン、及びタンタルの中から選ばれる事を
   特徴とする請求項３記載の化合物半導体装置の製造方法
   。