JPH0536973A

JPH0536973A - オーム性電極

Info

Publication number: JPH0536973A
Application number: JP19046691A
Authority: JP
Inventors: Shuji Asai; 周二浅井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1993-02-12

Abstract

(57)【要約】【目的】化合物半導体装置におけるオーム性電極の耐熱
性や信頼性を向上させる。【構成】導電層２と電極配線３との界面の導電層２の表
面に不純物をイオン注入して欠陥領域３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオーム性電極に関し、特
に化合物半導体装置用のオーム性電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＡｓを代表とする化合物半導体はＳ
ｉに比べて大きな電子移動度を有することに特徴があ
り、低消費電力で超高速な集積回路への応用が進んでい
る。ここでは、従来技術としてＧａＡｓのオーム性電極
を例に説明する。

【０００３】このオーム性電極の構造は、例えば「化合
物半導体・基礎物性とその応用」日刊工業新聞社刊の１
６４〜１６６頁に紹介されている。

【０００４】図３は従来のオーム性電極を示す断面図で
ある。

【０００５】図３に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板
１の表面にイオン注入により選択的にｎ形高濃度の導電
層２を形成し、導電層２の上に蒸着法によりオーム性金
属として厚さ１００ｎｍのＡｕＧｅ層と厚さ４０ｎｍの
Ｎｉ層を選択的に順次積層して設け、４３０℃で数分間
熱処理をして界面を合金化しオーム性接触を得る。

【０００６】ここで、ＡｕＧｅ中のＧｅ重量割合は共晶
点の１２％が多く用いられる。合金反応は、Ａｕがｎ形
ＧａＡｓ層に拡散すると同時にｎ形不純物のＧｅも続い
て拡散し合金層が形成される。また、ＮｉはＡｕＧｅが
凝集して玉状化することを防ぐと同時に、導電性を確保
するためのものである。そして、電極として使用する時
は、ｎ形ＧａＡｓ層との薄い合金遷移層を電子がトンネ
ルすることにより電流が流れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この従来のオーム性電
極の問題点は、第１に４００℃と比較的低い温度の合金
反応により形成するため、３００℃程度の加速信頼度試
験でＡｕの合金化が進み、界面抵抗が増大してオーム性
接触が劣化するため、１０年以上の信頼性が得られにく
いことである。第２に合金化温度が低いために、後工程
として絶縁膜形成に一般的な４００〜５００℃の成長温
度を使用できず、３００℃前後に限定されるため、良質
の膜が得にくく、生産性が悪くなる。

【０００８】また、Ｓｉ半導体では１０²⁰ｃｍ^-3台の高
キャリア濃度が可能で金属を接触させるだけでトンネル
効果によりオーム性が得られる。しかし、化合物半導体
では１０¹⁸ｃｍ^-3台以上のキャリアの高濃度化は難しく
限定される。このため、合金化によりオーム性を得るこ
とになる。

【０００９】本発明の目的は、５００℃数時間で熱劣化
することがなく、信頼性を向上させた化合物半導体装置
用のオーム性電極を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のオーム性
電極は、半絶縁性半導体基板の一主面に設けた導電層
と、前記導電層の表面に設けた欠陥領域と、前記欠陥領
域の表面に接触して設けた金属電極とを有する。

【００１１】本発明の第２のオーム性電極は、半絶縁性
半導体基板の一主面に設けた導電層と、前記導電層の表
面に設けて合金反応させた電極と、前記導電層と電極と
の界面に設けた欠陥層とを有する。

【００１２】

【作用】本発明は次のような実験結果に基づき構成され
る。半導体導電層にイオン注入するドース量が１０¹⁴ｃ
ｍ^-2以下の場合、生じた欠陥によりキャリアが捕獲され
導電性が低下する。しかし、ドース量を１０¹⁵ｃｍ^-2台
とさらに増加させるとアモルファス化が進み導電性が復
活する。また、キャリアが熱平衝した半絶縁性基板にお
いても導電性が生じる。一方、単結晶の半導体に金属を
接触させると通常はショットキーバリア性（整流性）が
ある。しかし、このようにドース量が多い場合はショッ
トキーバリア性が消え、電圧方向によらず電圧に比例し
て電流が流れるオーム性を示すようになる。これはアモ
ルファス化により、禁制帯内が準位で埋まると同時に伝
導帯にも電子が存在し、金属的になるためと考えられ
る。

【００１３】次に、ショットキー金属を高温で結晶中に
拡散させて欠陥層を薄くすると、接触抵抗率が減少する
効果が見られた。しかし、拡散を進め過ぎると接触抵抗
率はまた増加を始めた。このため、欠陥層の厚さには最
適値があり、トンネル効果が寄与していると考えられ
る。

【００１４】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１５】図１は本発明の第１の実施例を示す断面図
である。

【００１６】図１に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板
１の表面にＳｉイオンを加速エネルギー１００ｋｅＶ，
ドース量３×１０¹³ｃｍ^-2で選択的にイオン注入し、８
００℃の熱処理で活性化して導電層２を形成する。これ
は電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴと記す）のソース
やドレイン領域、ダイオードのカソード等を想定したも
のである。次に、導電層２の表面に４００℃の減圧気相
成長法でＳｉＯ₂膜からなる絶縁膜５を堆積し、その上
にホトレジスト膜パターンを設け、ホトレジスト膜をマ
スクとしてＣＨＦ₃ガスを用いたリアクティブ・イオン
・エッチング（以下ＲＩＥと記す）で絶縁膜５を開口す
る。次に、酸素プラズマで開口部内に生成した有機物を
除去し、露出した導電層２の表面をリン酸と過酸化水素
水の水溶液で数十ｎｍの厚さだけエッチング除去し清浄
化する。次に、絶縁膜５の上に残したホトジスト膜をマ
スクとして、Ａｓイオンを加速エネルギー２０ｋｅＶ，
ドーズ量１×１０¹⁵ｃｍ^-2でイオン注入して欠陥領域３
を形成し、ホトレジスト膜を除去する。次に、開口部を
含む表面に厚さ５０ｎｍのＴｉ膜，厚さ５０ｎｍのＰｔ
膜，厚さ４００ｎｍのＡｕ膜を順次スパッタして堆積
し、選択的にエッチングして電極配線６を形成する。

【００１７】このように形成されたオーム性電極の接触
抵抗率は２×１０^-6Ωｃｍ²であるが、従来のＡｕＧｅ
Ｎｉで合金化したものは７×１０^-7Ωｃｍ²であり、従
来例のほうが良い値である。しかし、３００℃２００時
間の加速度試験を施した場合、従来の合金化では１０^-5
Ωｃｍ²近くまで接触抵抗率が悪化するが、本実施例の
オーム性電極では逆に１．５×１０^-6Ωｃｍ²と少し下
がる。また、５００℃３０分間の熱処理を行った場合も
１×１０^-6Ωｃｍ²近くに低減し改善される。

【００１８】イオン注入条件として、ドーズ量が１×１
０¹⁵ｃｍ^-2付近から接触抵抗率の減少が少なくなる。ド
ーズ量１×１０¹⁵ｃｍ^-2でのウエハ毎のイオン注入時間
はビーム電流を最大にして約６分であり、この程度のド
ーズ量が生産には適当である。加速エネルギーが５０ｋ
ｅＶでは４×１０^-6Ωｃｍ²と高くなるため、欠陥層は
薄くトンネルが生じ易いほうが良い。イオン種としてＡ
ｓを用いたが、他のホウ素（Ｂ）やシリコン（Ｓｉ），
燐（Ｐ），硫黄（Ｓ）等でも同様の効果があったが、接
触抵抗率は約４×１０^-6Ωｃｍ²で少し悪かった。一つ
には、Ａｓに比落て質量が軽いため、欠陥層が深くなる
ことがある。また、５００℃で熱処理した場合、ホウ素
では接触抵抗率の増大があった。熱処理により欠陥の回
復と注入不純物の活性化が始まり、ホウ素ではアクセプ
タ化するため接触抵抗率が増大したと考えられる。この
ため、加速信頼試験を考慮すると、欠陥層が活性化した
時のキャリア性が同電層と同じものが良い。ｐ形導電層
ではガリウム（Ｇａ），亜鉛（Ｚｎ），マグネシウム
（Ｍｇ）等が有効である。

【００１９】なお、導電層の形成はイオン注入法に限っ
たことなく、分子線成長法（ＭＢＥ）や気相成長法，液
相成長法等を用いてもよい。また、全面に成長した場合
は、メサエッチングや溝堀もしくは酸素やホウ素等をイ
オン注入して素子分離したものであってもよい。

【００２０】また、欠陥領域を絶縁膜の開口からイオン
注入したが、欠陥領域を設けた後、絶縁膜を設けること
は可能である。電極配線の金属は合金処理を伴わないた
め、ＷＳｉ，ＷＮ，ＴｉＮ等の耐熱金属が可能である。

【００２１】図２は本発明の第２の実施例を示す断面図
である。

【００２２】図２に示すように、第１の実施例と同様の
工程で、半絶縁性ＧａＡｓ基板１の表面に導電層２を形
成し、次に、導電層２の表面にＡｓイオンを加速エネル
ギー２０ｋｅＶ，ドーズ量１×１０¹⁵ｃｍ^-2で選択的に
イオン注入して欠陥領域３を形成し、欠陥領域３を含む
表面にホトレジスト膜パターンを設けてＮｉ膜を５０ｎ
ｍの厚さに蒸着してリフトオフ法により欠陥領域３の上
にＮｉ膜を残す。次に、窒素中で６００℃１０分間の熱
処理を行い、合金領域４を形成する。次に４００℃の減
圧気相成長法でＳｉＯ₂膜からなる絶縁膜６を堆積し、
その上にホトレジスト膜パターンを設け、このホトレジ
スト膜をマスクとしてＣＨＦ₃ガスを用いたＲＩＥで絶
縁膜６を開口し、合金領域４の表面を露出させる。次に
開口部を含む表面に厚さ５０ｎｍのＴｉ膜，厚さ５０ｎ
ｍＰｔ膜，厚さ４００ｎｍのＡｕ膜を順次スパッタして
堆積し、選択的にドライエッチングして電極配線６を形
成する。

【００２３】このように形成されたオーム性電極の接触
抵抗率は８×１０^-7Ωｃｍ²であるが、従来のＡｕＧｅ
Ｎｉで合金化したものは７×１０^-7Ωｃｍ²でありほぼ
同等である。しかし、３００℃２００時間の加速度試験
を施した場合、従来のＡｕ合金では１０^-5Ωｃｍ²近く
まで接触抵抗率が悪化するが、本発明のオーム性電極で
は１×１０^-6Ωｃｍ²と増加率が小さい。また、絶縁膜
成長などで４００℃で１時間程度の処理を行った場合の
接触抵抗率の増加率は小さい。

【００２４】合金処理をする前のイオン注入条件とし
て、イオン種によらずドーズ量が１×１０¹⁵ｃｍ^-2付近
から接触抵抗率の減少率が少なくなる。ドーズ量１×１
０¹⁵ｃｍ^-2でのウエーハ毎のイオン注入時間はビーム電
流を最大にして約６分であり、この程度の注入ドーズ量
が生産には適当である。加速エネルギーが５０ｋｅＶで
は４×１０^-6Ωｃｍ²と高くなり、欠陥層は薄いほうが
良い。イオン種としてＡｓを用いたが、他のホウ素
（Ｂ）やシリコン（Ｓｉ），燐（Ｐ），硫黄（Ｓ）等で
も同様の効果があったが、接触低効率は約４×１０^-6Ω
ｃｍ²で悪かった。一つには、Ａｓに比べて質量が軽い
ため、欠陥層が深くなることがある。また、６００℃で
合金処理した場合、ホウ素では接触低効率の増大があっ
た。熱処理により欠陥の回復と注入不純物の活性化が始
まり、ホウ素ではアクセプタ化するため接触抵抗率が増
大したと考えられる。このため、欠陥層の活性化を考慮
すると、欠陥層が活性化した時のキャリア性が導電層と
同じものが良い。ｐ形導電層ではガリウム（Ｇａ），亜
鉛（Ｚｎ），マグネシウム（Ｍｇ）等が有効である。

【００２５】次に、合金化させる金属は、合金処理温度
により選択される。６００〜８００℃で拡散させるに
は、Ｎｉの他に錫（Ｓｎ），チタン（Ｔｉ）等が良い。
Ｎｉを蒸着しただけでは接触抵抗率は２×１０^-6Ωｃｍ
²であるが、６００℃で１０分間熱処理すると８×１０
^-7Ωｃｍ²で最小化した。しかし、３０分間の熱処理で
は１．４×１０^-6Ωｃｍ²へ少し増大した。しかし、燐
（Ｐ）を用いた場合には、３０分間で最小となった。た
だし、最小値は２×１０⁶Ωｃｍ²とすこし高い。この
ため、欠陥層を浅く設け、これに浅く合金化させること
が良いと考えられる。

【００２６】なお、導電層の形成はイオン注入法に限っ
たことはなく、分子線成長法ＭＢＥや気相成長法，液相
成長法等を用いてもよい。また、全面に成長した場合
は、メサエッチングや溝堀もしくは酸素やホウ素をイオ
ン注入して素子分離したものであってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、従来のＡ
ｕＧｅ合金法に比べて初期の接触抵抗率はほぼ同等で、
加速信頼度試験による劣化が少なく信頼性が向上できる
という効果を有する。また後工程で４００〜５００℃の
熱工程を経ても接触抵抗率の劣化が少ないため、生産性
や膜質の良い絶縁膜の成長方法が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図。

【図３】従来のオーム性電極を示す断面図。

【符号の説明】

１半絶縁性ＧａＡｓ基板２導電層３欠陥領域４合金領域５絶縁膜６電極配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半絶縁性半導体基板の一主面に設けた導
電層と、前記導電層の表面に設けた欠陥領域と、前記欠
陥領域の表面に接触して設けた金属電極とを有すること
を特徴とするオーム性電極。
【請求項２】半絶縁性半導体基板の一主面に設けた導
電層と、前記導電層の表面に設けて合金反応させた電極
と、前記導電層と電極との界面に設けた欠陥層とを有す
ることを特徴とするオーム性電極。