JPH0562928A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置及びその製造方法

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JPH0562928A
JPH0562928A JP24840191A JP24840191A JPH0562928A JP H0562928 A JPH0562928 A JP H0562928A JP 24840191 A JP24840191 A JP 24840191A JP 24840191 A JP24840191 A JP 24840191A JP H0562928 A JPH0562928 A JP H0562928A
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JP
Japan
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layer
metal
compound semiconductor
semiconductor device
gaalas
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Application number
JP24840191A
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English (en)
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Kazumasa Onodera
和正 小野寺
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 界面特性の安定化に寄与するゲ−ト金属構成
からなる化合物半導体装置及びその製造方法を提供する
こと。 【構成】 ショットキ金属として、Ti(チタン)を選
択し、更に、上層金属層として、Al/バリアメタル/
Alのゲ−トメタル層を形成する点及び熱処理後のゲ−
ト部の構成として、図1に示すように、GaAs基板1
側より(微量のTiを含有するGaAs基板)/GaA
lAs層5/Ti層6/Al層7/バリアメタル層8/
Al層9の多層金属からなる化合物半導体装置。 【効果】 PRからの脱ガスがTi層に吸着し、その結
果、この脱ガスによるショットキ界面の汚染を防止する
ことができ、GaAlAs層をショットキ面に形成して
表面安定化を図ることができ、中間層のバリアメタル層
により、GaAlAs層の形成を適度に抑制することが
できる。そして、特に、高温での長時間寿命試験に耐え
得る、かつ、高信頼性の化合物半導体装置を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体を基板と
する電界効果トランジスタ(FET)のゲ−ト金属構成
に係る化合物半導体装置及びその製造方法に関し、特
に、界面特性の安定化に寄与するゲ−ト金属構成からな
る化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体素子としてのFETの構成
要素であるゲ−ト部は、FETの電気的特性を支配する
重要な部位であり、このゲ−ト部について、従来より多
くの金属構成が提案されている。その一例を挙げれば、
Al、WSiはその代表例である。そして、現在実用化
に供されている素子のゲ−ト部の構成の基本型は、上記
の2つであるか又はこれを基本とした変形である。
【0003】しかしながら、Al、WSiのいづれの金
属もショットキ−金属として使用するには長所、短所を
併せ持ち、充分満足できるゲ−ト金属とは言えない。例
えばAlの場合、基板にGaAsを用いるときは、熱的
及び電気的に安定であるGaAlAsの化合物を形成し
やすいが、一方では、エレクトロマイグレ−ション(E
M)を発生しやすく、比較的軽度な場合でもゲ−トピン
チオフが阻害され、FETの基本特性が維持されないと
いう重大な欠点を有している。
【0004】このための一手法として、Al−バルク中
にCu、Si等の不純物を微量混入させて上記EM対策
とするのが一般的手法であるが、重金属メタル(Cu)
の場合、深い準位を形成して電気的特性に変動をもたら
すことになり、また、Siの場合、闘値電圧の制御に影
響を与えることになるので、好ましくない。
【0005】また、WSi場合には、Alに比較して高
抵抗であり、低抵抗ゲ−ト金属としては適当でなく、こ
の欠点を回避するため、他の金属を多層に重ねる手法が
一般的であり、これは、その工程が複雑となる問題点を
有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明は、
安定なショットキ特性を示し、かつ、簡単な製法により
得られる化合物半導体装置を提供することを目的とする
が、まず、簡単な製法として、従来より一般的に行われ
ている手法としては、PRホトレジストリフトオフの手
法がある。しかしながら、PRリフトオフによりゲ−ト
金属のパタ−ンニング化を考慮したときの最大の問題点
は、(1) ゲ−ト金属蒸着時にPRからアウトガス(脱ガ
ス)が発生し、ショットキ界面を汚染する点にある。
【0007】また、更には、(2) ゲ−ト金属と化合物半
導体基板とが熱処理工程毎に反応を繰返し、ショットキ
特性が安定しないという欠点を有する。これは、反応性
の高いゲ−ト金属が配線金属の一部を構成している結
果、配線金属からの反応金属の供給が継続することに原
因がある。
【0008】そこで、本発明は、上記(1)及び(2)の二大
欠点を解消する化合物半導体装置及びその製造方法を提
供することを目的とし、特に、前記したとおり、安定な
ショットキ特性を示し、かつ、簡単な製法により得られ
る化合物半導体装置及びその製造方法を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】そして、本発明は、上記
(1)及び(2)の二大欠点を解消するため、ショットキ金属
として、Ti(チタン)を選択し、更に、上層金属層と
して、Al/バリアメタル/Alのゲ−トメタル層を形
成する点を特徴とし、そして、熱処理後のゲ−ト部の構
成が、GaAs基板側より、(微量のTiを含有するG
aAs基板)/GaAlAs/Ti又はTiを高濃度に
含有するAl/Al/バリアメタル/Alの多層金属か
らなる化合物半導体装置を特徴とするものである。
【0010】即ち、本発明は、化合物半導体を基板とす
る電界効果トランジスタのゲ−ト部の構成として、基板
側より、Ti又はTiを高濃度に含有するAl、Al、
バリアメタル、Alの多層金属により構成され、しか
も、化合物半導体基板結晶中に微量のTiを含有し、更
に、GaAs界面にGaAlAsの薄層を有することを
特徴とする化合物半導体装置であり(請求項1及び
2)、そして、この化合物半導体装置を製造する方法と
して、GaAs基板側よりTi、Al、バリアメタル、
Alのゲ−トメタル層を形成し、次に、熱処理すること
を特徴とするものである(請求項4)。
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。本発明
は、前記下とおり、ショットキ金属として、Ti(チタ
ン)を選択し、更に、上層金属層として、Al(下層)
/バリアメタル/Al(上層)/(Ti)の構成とす
る。この金属層構成は、蒸着直後の金属構成を示すもの
であり、後工程での熱処理により、ショットキ界面は、
GaAlAs層によって形成される。これは、下層のA
l層のうち一部のAlがTiと相互拡散を行い、下層の
GaAs基板に向かって拡散してGaAlAs層を形成
することによる。
【0012】従って、熱処理後のゲート金属構成は、
(GaAs)/GaAlAs/Ti/Al/バリアメタ
ル/Al/(Ti)となる。なお、最上層のTiについ
ては、あってもなくてもよい。また、長時間熱処理を行
い、下層のTi層の一部をその上のAl中に、また、他
の一部を下層の化合物半導体基板(一例としてGaA
s)中に拡散させた結果、見かけ上のゲ−ト金属の層構
成は、(GaAs)/GaAlAs/Al/バリアメタ
ル/Al/(Ti)となる。
【0013】
【作用】本発明において、ゲ−ト金属の構成時にTiを
最下層に蒸着することにより、ゲ−ト金属時に成長する
PRからの脱ガスは、Ti層に吸着される作用が生ず
る。そして、その後の熱処理により、脱ガスを吸着した
Ti層は、GaAs基板と反応し(TiはとりわけGa
As層と反応しやすい。)、脱ガス吸着層の効果を減衰
せしめる。また、下層のAl層の一部は、Ti層との相
互拡散の結果、GaAs基板の界面にGaAlAs層を
形成する。このGaAlAs層は、熱的に安定な物質と
して形成され、良好なショットキ特性を示す。
【0014】更に、中間層のバリアメタル層は、GaA
lAs中のAlの新たな供給を断ち、必要以上にGaA
lAsの層が形成されるのを防止する作用が生ずる。こ
のバリアメタルとしては、TiNが効果的であるが、他
の金属一例としてMoを使用することもできる。
【0015】
【実施例】次に、本発明について図1及び図2を参照し
て詳細に説明する。 (実施例1)図1は、本発明の第1の実施例を示すゲ−
ト部の拡大断面図であって、これは、GaAs基板1中
に活性層2をもってドレイン3及びソ−ス4が形成され
ている。そして、熱処理後のゲ−ト金属層の層構成は、
図1に示すように、GaAlAs層5、Alを不純物と
して含有する下層のTi層6、一部にTiを拡散不純物
として含有する下層のAl層7、バリアメタル層8、上
層のAl層9、上層のTi層10によって構成される。
なお、11は、表面保護膜を示す。この時、GaAlA
s層5の膜厚は、数オングストロム〜数拾オングストロ
ム程度となるように熱処理条件を設定する。
【0016】また、バリアメタル層8としては、TiN
又はMo等により数百〜2,000オングストロムの膜厚と
なる。また、下層のAl層7の膜厚は、熱処理によって
GaAlAs層5を形成するに充分な値である必要があ
る。また、上層のAl層9の膜厚は、ト−タルのゲ−ト
膜厚が所望のゲ−ト抵抗値になるよう調整する。
【0017】(実施例2)図2は、本発明の第2の実施
例を示すゲ−ト部の拡大断面図であって、これは、上記
実施例1と比較して、ゲ−トメタル層形成後に400℃近
傍の温度で熱処理を比較的長時間、一例として1〜2時
間行い、これによって、下層のAl層7の下部におい
て、Tiを高濃度に含有したAl層6’を形成したもの
である。この時、実施例1の下層のTi層6は、実施例
2では、Ti層としては残留しないが、GaAs基板1
との界面にはGaAlAs層5が明確に存在する。な
お、実施例1、2は、ともにリセス構造のFETについ
て説明したが、本発明は、これに限定されるものではな
く、プレ−ナ型のFET構造にも同様に適用される。
【0018】
【発明の効果】本発明は、以上詳記したように、ショッ
トキ金属として、Ti(チタン)を選択し、更に、上層
金属層として、Al/バリアメタル/Alの構成とする
ものであり、これによって、(1) PRからの脱ガスがT
i層に吸着し、その結果、この脱ガスによるショットキ
界面の汚染を防止することができ、(2) GaAlAs層
をショットキ面に形成して表面安定化を図ることがで
き、(3) 中間層のバリアメタル層により、GaAlAs
層の形成を適度に抑制することができる効果が生ずる。
そして、特に、高温での長時間寿命試験に耐え得る、か
つ、高信頼性の化合物半導体装置を提供できる効果が生
ずる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例であるゲ−ト部の拡大断
面図である。
【図2】本発明の第2の実施例であるゲ−ト部の拡大断
面図である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 活性層 3 ドレイン 4 ソ−ス 5 GaAlAs層 6 下層のTi層 7 下層のAl層 8 バリアメタル層 9 上層のAl層 10 上層のTi層 11 表面保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/812

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体を基板とする電界効果トラ
    ンジスタのゲ−ト部の構成として、GaAs基板側より
    Ti、Al、バリアメタル、Alの多層金属よりなり、
    しかも、GaAs基板結晶中に微量のTiを含有し、更
    に、GaAs界面にGaAlAsの薄層を有することを
    特徴とする化合物半導体装置。
  2. 【請求項2】 化合物半導体を基板とする電界効果トラ
    ンジスタのゲ−ト部の構成として、GaAs基板側より
    Tiを高濃度に含有するAl、Al、バリアメタル、A
    lの多層金属よりなり、しかも、GaAs基板結晶中に
    微量のTiを含有し、更に、GaAs界面にGaAlA
    sの薄層を有することを特徴とする化合物半導体装置。
  3. 【請求項3】 バリアメタルがTiN又はMoである請
    求項1又は請求項2に記載の化合物半導体装置。
  4. 【請求項4】 化合物半導体を基板とする電界効果トラ
    ンジスタのゲ−ト部の製造方法において、GaAs基板
    側よりTi、Al、バリアメタル、Alのゲ−トメタル
    層を形成し、次に、熱処理し、この熱処理後の化合物半
    導体装置として、GaAs基板側よりTi又はTiを高
    濃度に含有するAl、Al、バリアメタル、Alの多層
    金属により構成され、しかも、GaAs基板結晶中に微
    量のTiを含有し、更に、GaAs界面にGaAlAs
    の薄層を有することを特徴とする化合物半導体装置の製
    造方法。
JP24840191A 1991-09-03 1991-09-03 化合物半導体装置及びその製造方法 Pending JPH0562928A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6455875B2 (en) 1992-10-09 2002-09-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Thin film transistor having enhanced field mobility
JP2016162975A (ja) * 2015-03-04 2016-09-05 株式会社東芝 半導体装置

Cited By (3)

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US6790749B2 (en) 1992-10-09 2004-09-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device
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