JPS61203672A - 電極の形成方法 - Google Patents

電極の形成方法

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JPS61203672A
JPS61203672A JP60043665A JP4366585A JPS61203672A JP S61203672 A JPS61203672 A JP S61203672A JP 60043665 A JP60043665 A JP 60043665A JP 4366585 A JP4366585 A JP 4366585A JP S61203672 A JPS61203672 A JP S61203672A
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JP
Japan
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tungsten nitride
substrate
nitride film
tungsten
film
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Application number
JP60043665A
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English (en)
Inventor
Asako Jitsukawa
實川 朝子
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6729Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
    • H10D30/6737Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the electrode materials
    • H10D30/6738Schottky barrier electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
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    • HELECTRICITY
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    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はm−v族化合物半導体に対するショットキー
電極構造の形成方法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
m−v族化合物半導体、とりわけ砒化ガリウムは超高速
集積回路を構成する素子用材料として注目されている。
近年、砒化ガリウム集積回路実現−のために砒化ガリウ
ムと耐熱性ショットキーゲートより構成されるセルファ
ライン型FETが注目されている(応用物理53巻1号
 1984年34ページ)。セルファライン型FETは
、ゲート電極をマスクに、動作層と同−電導型を有する
不純物をイオン注入し、高温アニールによる注入不純物
の電気的活性化を経て、導電層をゲート電極とソース−
ドレイン電極間に設ける事により、各電極間の寄生抵抗
の低減を意図したものである。
このためにはイオン注入後の熱処理に対して耐熱性を持
ったゲート材料が必要であり、高融点金属窒化膜が注目
されている〔特願昭57−18669号(特開昭58−
135680号)rW、Mo。
Ti、Taのいずれかの窒化物からなるゲート電極」〕
例えば窒化タングステンについては応用物理学会予稿簗
(野崎他昭和58年秋季応用物理学会予稿集P548)
の中で、反応性スパッタリングにおいて、放電気体中の
窒素分率を変化させる事によりW2Nを組成として有す
る窒化タングステンを形成させ、これをゲート材料とし
て用いると、800℃、20分間の高温熱処理後も良好
なショソトキー特性を示す事が述べられている。しかし
、上記窒化タングステンをX線回折により測定した結果
、W2Nの回折ピークに加えてタングステン単体の微弱
なピークが依然としてみられる。
第2図(a)及び(b)に、各種窒化タングステンのX
線回折の測定結果を示した。放電気体中の窒素分率を7
%で作製した窒化タングステン膜を第2図(a)に、2
0%で作製した窒化タングステン膜を第2図(b)に示
した。第2図(a)ではW (110)面に由来するピ
ークがみられるが、第2図(b)では、W (110)
面のピークは微弱になり、代ってW2 N (100)
、  (200)面に起因するピークが明らかに出現し
ている事がわかる。
第2図(a)および(b)の結果より、放電気体中の窒
素分率を増大させる事によりW2N相が出現し、W相と
混合した組成が得られる事がわかる。しかし、タングス
テン単体と砒化ガリウムとは反応性を有するため、窒化
タングステンの膜中に単体タングステンが残存する事は
、ショットキー特性の耐熱性の点から考えて好ましくな
い。100%のW2 Nより成る窒化タングステン膜を
得るためには、放電気体中の窒素分率を増大させる必要
がある。しかし、窒素分率を例えば30%以上に増大さ
せると、窒化タングステン膜中の膜応力が急激に増大し
、砒化ガリウム基板上より窒化タングステン膜の剥離が
生ずる。種々の窒素分率で作製された窒化タングステン
膜に発生する応力を光干渉法により評価すると、窒素分
率の増大により窒化タングステン膜中の応力は増大する
傾向がみられ、窒素分率20%で作製された試料では1
010dyn/cm2台の圧縮応力が測定された。
以上の点から、組成100%のW2 Nより成る窒化タ
ングステンを実用に耐える強度でGaAs上に形成させ
る事は難しい。そこで、従来は単体タングステンとW2
 N相の混合相より成る窒化タングステン膜をショット
キー電極として用いていた。この為、このような窒化タ
ングステン膜と砒化ガリウムより構成されるショットキ
ー1の特性はナルミニラムショットキーに匹敵する値を
示す場合があるが再現性の点で未だ充分とは言えない。
これを、実際のデータに基づいて説明する。
周知のようにショットキー接合の電流■と印加電圧Vの
関係式は、 1oCexp (e V/n kT) と書ける。但しkはポルツマン定数、Tは絶対温度、e
は単位電荷で、nは理想値〔ジー(S、M、5ze)著
、フィジクスオブセミコンダクターデバイス(Phys
ics of Sem1conductor Devi
ces) 、2版264ページ、ジョン・ワイリーアン
ドサンズ(JOIN WILEY&5ONS)出版〕で
ある。理想的ショットキー接合では前記した式で定義さ
れるnが1を示す事が初等的な拡散理論より知られてい
る。表1に従来の製造方法により作製された窒化タング
ステン膜と砒化ガリウム基板より構成されるショットキ
ー接合の800℃、20分間の熱処理後のn値及び逆方
向耐圧を示す。
表1 n値と逆方向耐圧は、窒化タングステン膜をショットキ
ー電極とするショットキーダイオード10個についてI
−■特性を測定し求めた。また参考データとしてアルミ
ニウムショットキーダイオードを測定した値も示した。
測定された10個のショットキーダイオードの特性の平
均値は各々n値が1.091.逆方向耐圧が1.8Vで
アルミニウムショットキーの特性に匹敵する値を示すが
、n値は1.05〜1.21の範囲に、逆方向耐圧は1
.5〜1.9■の範囲に各々ばらつく事がわかる。
すなわちW2 Nを組成として有する窒化タングステン
によるショットキー障壁は耐熱性が良好でセルファライ
ン型電界効果トランジスタの電極材料として有望ではあ
るものの、100%のW2 Nより成る窒化タングステ
ンが得られておらず、窒化タングステン膜中に残存する
単体タングステンは耐熱性を低下させるという欠点があ
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は前記従来の欠点を解決し、高融点金属窒
化膜とm−v族化合物半導体との界面の耐熱性がより良
好な電極構造の形成方法を提供する事にある。
〔発明の構成〕
本発明の電極の製造方法は、m−v族化合物半導体表面
に、高融点金属をターゲットとして用い放電ガス中に窒
素ガスを混入させる反応性スパッタにより高融点金属窒
化物を形成させる方法において、スパッタ中の基板温度
を2段階に変える事を特徴としている。
〔実施例〕
以下、この発明を実施例に基づき詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例を説明するための図であり、
ショットキー電極を有するダイオードの各製造工程にお
ける断面図である。
本実施例では、まず、3 x I 9170m−3の電
子濃度を有するStドープ砒化ガリウム基板1 〔第1
図(a)〕を過酸化水素、硫酸、水のl:3:1の混合
溶液(液温75℃)中で60秒間エツチングした後5分
間水洗した。さらに塩酸に1分間浸漬し再び10秒間水
洗した後窒素ブローした。
この後、基板lをスパッタ装置内に導入し、装置内を1
0 ’ torrまで排気した。基板温度を200℃に
昇温した後、装置内にアルゴン及び窒素の混合気体を5
 X 10−3torrの圧力まで導入した。
このとき窒素分率は30%にした。上記混合雰囲気中で
タングステンターゲットをスパッタリングする事により
組成として100%のW2 N相を有する窒化タングス
テン薄膜2を厚さ100人に形成させた〔第2図(b)
〕。次いで、基板温度を400〜500℃に昇温し、再
びスパッタリングを行い1000人厚の窒化タングステ
ン膜3を形成させた〔第2図(C)〕。
以上のスパッタリングに際して、使用した装置は高周波
マグネトロンスパッタ装置であり、パワー600Wで行
った。
パターン化したレジスト4〔第1図(d)〕をマスクに
窒化タングステン薄膜2及び窒化タングステン膜3を直
径400μmの円形パターンで残るようにSF、ガスを
用いた反応性イオンエツチングにより成形した〔第1図
(e)〕。
レジスト4の除去後、試料全面に熱処理保護膜として厚
さ300人の窒化シリコン膜5を堆積し800℃で20
分間、窒素雰囲気下で熱処理を施した〔第1図(f)〕
砒化ガリウム基板1とのオーミック電橋6の形成は次の
手順で行った。基板裏面に金(Au)。
ゲルマニウム(Ge)及びニッケル(Ni)を3着し4
00℃で2分間、水素雰囲気下でアロイ処理を施した〔
第1図(g)〕。
以上の工程の後窒化シリコン膜5を除去し、窒化タング
ステン薄膜2及び窒化タングステン膜3をショットキー
電極とするダイオードを製造した〔第1図(h)〕。
以上の実施例のように基板温度を変えて窒化タングステ
ン膜を形成させる方法をとる事により、W2N100%
の組成よりなる窒化タングステン膜2を砒化ガリウム基
板1上に安定に形成させる事ができる。以下にその理由
を説明する。スパッタリングにより形成される膜の内部
応力は基板温度に影響され、基板温度を上げる事により
緩和される(全原著、スパッタリング現象、196ペー
ジ、1984、東京大学出版会)。本実施例では、基板
温度200℃で100%のW2 N相より成る窒化タン
グステン薄膜2を形成させた後に、基板温度を400℃
に上昇させ窒化タングステン膜3を形成させる。100
%のW2 N相を組成として有する窒化タングステン薄
膜2は大きな圧縮応力を示すが、100人という極めて
薄い膜である事からみかけの応力は小さくなり剥離する
までには至らない。その後に形成される窒化タングステ
ン膜3は高い基板温度で形成されるために、膜中の応力
は緩和される。その結果、砒化ガリウム基板上に剥離す
る事な(W2N相より成る窒化タングステン薄膜2が形
成可能となる。
また、本実施例により作製したショットキーダイオード
では、n値は1.05±0.03が得られ、逆方向耐圧
は1.8±0.05Vを示し、かつ850℃、30分の
熱処理を行ってもショットキー特性は上記の値を示し、
熱安定性及び再現性は格段に向上した。
以上の実施例では砒化ガリウム基板を用い高融点金属窒
化物としてはタングステン窒化物の例を示した。しかし
、基板としては[nPあるいは■nC;aAs等のm−
v族化合物群に通用できるものであり、かつ高融点金属
としてはMo、Ti。
Taなどの高融点金属群に対しても適用でき有効な事は
言うまでもない。
〔発明の効果〕
本発明による電極の形成方法によれば、m−v族化合物
半導体上にこの半導体と反応性の低い高融点金属窒化膜
を形成でき、熱的に安定で再現性の良好なショットキー
電極を実現できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明するための各製造工程
における断面を示す図、 第2図は従来の製造方法により作製された窒化タングス
テン膜のX線回折図である。 1・・・・・砒化ガリウム基板 2・・・・・窒化タングステン薄膜 3・・・・・窒化タングステン膜 4・・・・・レジスト 5・・・・・窒化シリコン膜 6・・・・・電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)III−V族化合物半導体表面に、高融点金属をタ
    ーゲットとして用い放電ガス中に窒素ガスを混入させる
    反応性スパッタにより高融点金属窒化物を形成させる方
    法において、スパッタ中の基板温度を2段階に変える事
    を特徴とする電極の製造方法。
JP60043665A 1985-03-07 1985-03-07 電極の形成方法 Pending JPS61203672A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7851831B2 (en) 2007-04-03 2010-12-14 Mitsubishi Electric Corporation Transistor
JP2016225632A (ja) * 2015-06-02 2016-12-28 インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフトInfineon Technologies AG 複数の半導体ウェハ上に複数の半導体デバイスを形成する方法

Cited By (3)

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