JPS6027167A - 半導体装置 - 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】 ［発明の分野］ 本発明は、ｍ−ｖ族化合物を含む基板に対する安定なオ
ーミック接触に関する。本発明は、特に、モリブデン、
タングステン又はタンタルのような耐火金属のゲルマニ
ウム化合物層及びゲルマニウムでドープされた領域を有
するガリウムヒ素（ＧａＡｓ）のｎドープド基板に関す
る。オーミック接触領域は、ゲルマニウム化合物層とゲ
ルマニウムでドープされた領域との間に配設されるヒ素
が大量にドープされたゲルマニウムの境界領域を含む。

オーミック接触は、ＧａＡｓ基板の面にモリブデン。

タングステン又はタンタルのような耐火金属及びゲルマ
ニウムを蒸着し、耐火金属の第１形成ゲルマニウム化合
物（ｆｉｒｓｔ−ｔｏ−ｆｏｒｍ　ｇｅｒｍａｄｉｄｅ
）を形成するのに十分な温度で還元雰囲気中で一時基板
を焼結（シンタリング）することにより形成される。モ
リブデン、タングステン及びタンタルの第１形成ゲルマ
ニウム化合物は、ＭｏＧｅ２、ＶＧｅ２及びＴａＧｅ２
である。焼結時間は５乃至１６分であり、焼結温度は７
２５乃至７７５℃である。

［発明の背景］ 半導体装置の製造において、難解な問題の１つは、同じ
半導体基板の他の接点と相互接続する金属および半導体
基板の双方に適合する接点を半導体基板に設けることで
ある。これは、半導体の種類、半導体のドーピング及び
金属の種類といった種々のファクタが接触をオーミック
にするか整流特性のものにするか影響を与えるので、単
純ではない。

米国特許第３９８７４８０号は高抵抗領域に対するオー
ミック接触を有するＧａＡｓ基板を開示している。この
特許では、タンタル及びゲルマニウムがＧａＡｓ基板上
に蒸着され、１０乃至３０分の間中性又は還元雰囲気中
で４００及び６００℃の間の温度で加熱される。この温
度はタンタルの第１形成ゲルマニウム化合物を形成する
には不十分であり、このような環境ではタンタルのゲル
マニウム化合物を形成することはできない。

米国特許第４０１１５８３号は、ゲルマニウム及びパラ
ジウムを含む組成金属が合金又は個別的層の形で半導体
面上に形成されるｎ形■−■半導体に対するオーミック
接触を開示している。このように形成された構造体は、
２００乃至７００℃の温度範囲で５分乃至２時間加熱さ
れる。この特許は、例えばＰｄ、　Ｇｅのようなパラジ
ウムの豊富な化合物を示唆している。しかし、パラジウ
ムは耐火金属ではなく、得られるオーム接触も接触抵抗
が高い。

米国特許第４１８８７１０号は、エピタキシャル・ゲル
マニウム層が上に形成されるＧａＡｓ基板を開示してい
る。ゲルマニウム層の上にはタングステン、タンタル又
はモリブデンの層が形成され、４００乃至５００℃の温
度で３０分間アニールされる。この特許の場合、使用さ
れるアニール温度からみて、ゲルマニウム化合物は形成
されない。

この特許により得られる接触抵抗は１０−４Ωｄと高い
ものである。

［発明の概要］ 本発明の目的は、ガリウム及びヒ素の二元及び三元化合
物に対する高温でも安定なオーミック接触を得ることに
ある。

本発明の別の目的は、信頼性が高く高温処理の下でも安
定な特性を維持できるｎ形ＧａＡｓに対するオーミック
接触を提供することにある。

本発明の別の目的は、従来のｎ形ＧａＡｓに対する接触
よりも接触抵抗が数桁小さいオーミック接触を提供する
ことにある。

本発明の別の目的は、使用される金属がガリウムとの優
先的反応によって過剰ガリウム空孔を作り出してゲルマ
ニウムの大量ドーピングを可能にする結果ＧａＡｓをよ
りｎ形にするｎ形ＧａＡｓに対するオーミック接触を提
供することにある。

本発明によるオーミック接触は、例えば耐火金属の第１
形成ゲルマニウム化合物を形成するのに十分な時間及び
温度で焼結することにより耐火金属のゲルマニウム化合
物を優先的に形成することにより形成される。

本発明は、高温でも安定なＧａＡｓ基体に対する接点に
関する。ｎドープドＧａＡｓの一連の層、ヒ素を大量に
ｎドーピングした又はドーピングしないゲルマニウム、
並びにモリブデン、タングステン又はタンタルの層がＧ
ａＡｓ基板の表面に堆積され、金属の第１形成ゲルマニ
ウム化合物を形成するのに十分な時間及び温度で加熱さ
れる。このようにするかわりに、ゲルマニウム及び上記
耐火金属のうちの１つをＧａＡｓ基板上に蒸着して加熱
によりゲルマニウム化合物を形成してもよい。加熱すな
わち焼結の結果、所与のレベルのｎ形ドーパントを含む
■−■族化合物の基板と、ゲルマニウムがドープされた
基板の領域と、基板上に堆積された耐火金属のゲルマニ
ウム化合物の層とを具備する構造体が形成される。接点
は、ゲルマニウムがドープされた基板領域とゲルマニウ
ム化合物層との間に配設されヒ素が高濃度でドープされ
たゲルマニウムの境界領域をさらに含む。本発明により
得られる接点は、ゲルマニウム化合物形成温度より低い
温度で形成された同じ物質の接点に比較して非常に低い
接触抵抗を有するとともに、さらに高い温度処理下にお
いて安定である。

［実施例の説明］ 第１図には、例えばＧａＡｓのようなｎ形■−■族化合
物の基板２を含む半導体装置１の断面が示されている。

本発明の半導体装置の典型的実施例においては、基板２
にはシリコンのようなｎ形導電性物質がＩ　Ｘ　１０”
■−３までドープされる。ヒ素のようなドーパントが大
量にｎドープされるゲルマニウムの層３が基板２の上に
堆積される。ただし、層３はドープされなくてもよい。

層３の上に堆積される層４はモリブデン、タングステン
又はタンタルのような耐火金属の層である。この時点に
おいてゲルマニウム層３は単一結晶ではなく無定形（非
晶質）である。従来技術においては、ゲルマニウム及び
ＧａＡｓの層を表面汚染が生じない状態で単一結晶とし
て成長させなければならず、ゲルマニウムとＧａＡｓの
境界に突然不連続が生じてしまうことがありこれが問題
の原因となる。層３がトープされる場合には、ヒ素が１
０２０ａｎ−’のレベルまでドープされる。

第１図の構造は複数の層を構成するものとして示されて
いるが、ゲルマニウム層３Ａ及び耐火金属層４は、真空
蒸着技術分野で周知の装置を使用してゲルマニウム及び
耐火金属の２つの源から同時に真空蒸着できる。

第２図は、非酸化雰囲気中で５乃至１５分間の間７００
乃至８００℃の温度範囲でアニーリング又は焼結した後
の第１図の構造体の断面図である。

水素、還元ガス、アルゴン、不活性ガス又は窒素を使用
できる。加熱の結果、基板２の陰影の付された領域５が
ゲルマニウムでドープされ、ヒ素がドープされたゲルマ
ニウムの薄い境界層７を介して基板２の表面上に耐火金
属のゲルマニウム化合物層６が形成される。層６は、耐
火金属の最初に形成されるゲルマニウム化合物である例
えばＭ。

Ｇｅ、、１ｌＩＧｅ２又はＴａＧｅ、である。これらの
うち、　Ｍ。

Ｇｅ２の接触抵抗が最も低く、本発明の好ましい実施例
である。

層４のためにモリブデンが使用されるときには、７分間
の間７２５乃至７７５℃の温度で焼結すると最も良い結
果が得られる。前述のように、焼結は、モリブデン、タ
ンタル又はタングステン等の耐火金属の第１形成化合物
を形成するのに十分な時間と温度で非酸化雰囲気中で行
なわれる必要がある。これらのゲルマニウム化合物が形
成される温度は耐火金属と基板中のヒ素又はガリウムと
の反応を可能にするものではない。この結果、基板２中
の領域５は基板２のＧａＡｓへのゲルマニウムの拡散に
よって形成される。拡散は、酸化物すなわち汚染領域を
通り抜は且つゲルマニウムが高濃度でドープされたｎ′
″ＧａＡｓ基板２に対するゲルマニウム境界層７で示さ
れた均一なゲルマニウム接点を提供するのに必要である
。領域５を形成すると。

急激な金属的変化を除去することによりゲルマニウム／
ＧａＡｓ境界における伝導帯端部の不連続を除去できる
。

良好なオーミック接触を得るためには、次の基準を満た
す必要がある。

（ｉ）　高温焼結ステップの後、第２図のゲルマニウム
境界層７のようなゲルマニウム層（ただし薄い）が残る
か又は高濃度でドープされたｎ形（ｎ二５　Ｘ　１０”
９ｄｌｌ−”）になる必要がある。

（ｉｔ）　拡散の終了時において、ゲルマニウムはＧｅ
／ＧａＡｓ境界において高いピーク濃度を示す必要があ
る。このためには、ＧａＡｓ中におけるゲルマニウムの
溶解度限界が高い必要がある。

（ｉｉｔ）　ゲルマニウムはＧａＡｓを優先的にｎ形に
ドープする必要がある。従って、ゲルマニウムはＧａＡ
ｓ中でガリウム・サイトを優先的に占有する必要がある
。

第２図に示されているように耐火金属のゲルマニウム化
合物層６の形成は、オーミック接触の一体部分として次
の機能を果す。

（ａ）　層６は接点に対する低抵抗通路のための高導電
性薄膜を提供する。オーミック領域を接触させるには層
６に対して相互接続用小領域を形成するのみでよい。

（ｂ）Ｗｅはゲルマニウムによる優先的サイト占有のか
わりにガリウムの外拡散（ｐｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ
）を可能にする。ガリウムのゲッタリングは過度ではな
い。

（ｃ）　層６は、この層の上に堆積される他の接触金属
との金属反応（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　ｒｅａｃ
ｔｉｏｎ）の結果生じる可能性のあるオーミック接触特
性の変化に対する許容可能な障壁を形成する。

上述のことに加えて、耐火金属のゲルマニウム化合物層
６は過剰ゲルマニウムとは反応しないか反応したとして
も十分小さなものなので、焼結温度でＧａＡｓ中にゲル
マニウムを駆動することができる。　・ 最後に、ゲルマニウム化合物層６は、高濃度にドープさ
れたｎ形ゲルマニウム中の変化も防止するためにヒ素と
は反応しないか反応したとしても十分水さなものでなけ
ればならない、層６の反応度が低く且つゲルマニウム中
にヒ素が存在することにより、ＧａＡｓ基板２からのヒ
素の外拡散が防止される。耐火金属元素の電気陰性度は
低いので、これらの元素はガリウム及びヒ素に対して非
常に低い反応度しか有しない。それぞれＭｏＧｅ２．１
ｌＩＧｅ２及びＴａＧｅｚであるモリブデン、タングス
テン及びタンタルの第１形成ゲルマニウム化合物の形成
中に、過剰ゲルマニウムの溶解度が最も低く且つ安定状
態のゲルマニウムが最も多くなる。

、例示した構造では、基板２の厚さは５００ミクロン、
領域５の深さは０．３ミクロン、ゲルマニウム境界層７
の厚さは５０乃至１００人、耐火金属のゲルマニウム化
合物層６の厚さは０．１０ミクロンである。ゲルマニウ
ム化合物を形成するのにモリブデンが使用されるときに
は、得られるオーミック接触の抵抗は１０−’Ωｄであ
る。この接触抵抗は、接点構造の一体的部分として耐火
金属のゲルマニウム化合物を有しない同じ物質を使用し
た接点より２桁良い値である。

ゲルマニウムがドープされたＧａＡｓ領域５が形成され
るメカニズムとして拡散を例示したが、本発明を逸脱す
ることなく、イオン・インプランテーションのような他
のメカニズムを使用することができる。従って、ゲルマ
ニウムは、ゲルマニウム／上素境界においてドーピング
がピークとなるように基板２をドープするのに十分深く
基板中に打込まれることができる。これによって生じる
損傷は、損傷を受けていないＧａＡｓ基板２を改善する
ようにアニーリングすることができる。

ガリウムヒ素を好ましい基板の材料としてまたシリコン
を好ましいｎ形基板ドーパントとして説明したが、例え
ば硫黄、テルル、セレン及びすずのような他のｎ形ドー
パントも使用することができる。また、ガリウム・アル
ミニウム・ヒ素（ｇａｌｌｉｕｍ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　
ａｒｓｅｎｉｄｅ）のような三元化合物の基板も同じｎ
形ドーパントとともに使用できる。

また、燐化インジウムのような他の■−■族化合物も同
じｎ形ドーパントとともに使用することができる。上記
例の全てにおいて、基板のＶ族元素でドープされたゲル
マニウム又はドーパントを含まないゲルマニウムを使用
することができる。

他の全ての■−■化合物も、これに対する接触が上述の
ようになされるときにガリウムヒ素と同様に作用するも
のと考えられる。一般に、複合半導体の■族元素でドー
プされたゲルマニウム層をゲルマニウム化合物を形成す
る耐火金属ととともに使用することにより、ゲルマニウ
ム化合物を形成せずに得られる接触抵抗よりも数桁低い
接触抵抗を有する基板に対するオーミック接触を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は加熱すなわち焼結の前及び後の本発
明による半導体装置の例を示す断面図である。 ２・・・・基板、３・・・・ゲルマニウム層、４・・・
・耐火金属層、６・・・・ゲルマニウム化合物層、７・
・・・境界層。 出願人　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人　弁理士　山　本　仁　朗 （外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所与の濃度のｎ形ドーパントを有する■−■族化合物の
   基板と、 ゲルマニウムでドープされた前記基板の領域と、前記基
   板上に堆積されるモリブデン、タングステン及びタンタ
   ルから成る群から選択された耐火金属のゲルマニウム化
   合物の層と を具備する半導体装置。