專利名稱：用于形成歐姆電極的疊層體和歐姆電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成歐姆電極的疊層體和歐姆電極，特別是涉及適合于III-V族化合物半導(dǎo)體的歐姆電極的疊層體和歐姆電極。
在謀求應(yīng)用了化合物半導(dǎo)體FET之類的器件的高性能化和提高可靠性方面，重要的課題是降低歐姆電極的接觸電阻和提高熱穩(wěn)定性。但是現(xiàn)狀是化合物半導(dǎo)體，特別是GaAs系列半導(dǎo)體之類的III-V族化合物半導(dǎo)體的歐姆電極卻不能滿足上述要求。
現(xiàn)在，作為對(duì)GaAs系半導(dǎo)體的歐姆電極的材料用得最多的是AuGe/Ni。在已把這種AuGe/Ni用作歐姆電極的材料的情況下，用400～500℃的熱處理，就可以形成與GaAs系半導(dǎo)體材料進(jìn)行歐姆接觸的歐姆電極。
這樣一來，在把AuGe/Ni用作歐姆電極的材料時(shí)的最大的問題是用這種材料形成的歐姆電極的熱穩(wěn)定性不好。就是說，由于采用在AuGe/Ni中含有多量的Au(通常所用的AuGe中含有88％的Au)，在400℃以上的溫度下，GaAs與Au反應(yīng)形成β-AuGa(六方最密(HCP)構(gòu)造，熔點(diǎn)Tm＝375℃)，故盡管歐姆電極的接觸電阻降低了但熱穩(wěn)定性卻將變壞。其結(jié)果是會(huì)因在形成歐姆電極后進(jìn)行的化學(xué)汽相淀積(CVD)之類的高溫工藝而引起器件特性的劣化。
若以示于

圖1的GaAs JFET的制造藝為例對(duì)該問題具體地進(jìn)行說明，則情況如下。
即在該制造工藝中，首先，如圖1A所示，用向半絕緣性GaAs襯底101中進(jìn)行n型雜質(zhì)的選擇性離子注入和之后的熱處理形成n型溝道層102。其次，在半絕緣性GaAs襯底101的整個(gè)面上形成了Si3N4膜之類的絕緣膜103之后，刻蝕除掉該絕緣膜103的規(guī)定部分形成窗口103a。之后，通過該窗口103a向n型溝道層102中擴(kuò)散Zn作為p型雜質(zhì)，以形成P+型柵極區(qū)104。接著，作為柵極電極材料在整個(gè)面上形成了比如說Ti/Pt/Au膜之后，在其上邊形成與柵極電極對(duì)應(yīng)的形狀的光刻膠圖形(沒有畫出)，以該光刻膠圖形為掩模，用離子銑削法使Ti/Pt/Au膜形成圖形。以這種辦法，如圖1B所示，形成柵極電極105。其次，在刻蝕掉絕緣膜103的規(guī)定部分形成了窗口103b、103c之后，在n型溝道層102上邊的這些窗口103b、103c的部分處，把AuGe/Ni用作材料分別形成作為源極電極和漏極電極的歐姆電極106，107。其次，如圖1C所示，形成已分別與歐姆電極106，107相連的第1層布線108，109。接著，如圖1D所示，用CVD法在整個(gè)面上形成了用來與后述第2層布線電絕緣的例如Si3N4膜那樣的層間絕緣膜110之后，刻蝕掉該層間絕緣膜110的規(guī)定部分以形成窗口110a，110b。在這里，由于在用CVD法形成該層間絕緣膜110之際要經(jīng)歷近400℃的高溫處理，故將會(huì)產(chǎn)生器件特性的劣化。要想形成第2層布線，要先在除去第2層布線的接觸(電極)部分之外的部分的表面上形成比如說光刻膠111。接下來，在整個(gè)面上形成了第2層布線形成所用的材料之后，去掉光刻膠111。用這種辦法，如圖1E所示，把第2層布線112，113形成為空氣橋(air-bridge)布線。
如上所述，在把AuGe/Ni用作歐姆電極的材料的情況下，除去上述問題之外，還存在著因用GaAs與Au之間的反應(yīng)形成β-AuGa使歐姆電極的表面變得粗糙，而這是在進(jìn)行下邊的微細(xì)加工方面的一個(gè)大問題。
為了解決這些問題，迄今為止人們進(jìn)行了各種的歐姆電極材料的研究。然后，在考慮歐姆接觸的情況下，最為理想的，是如圖2所示，降低與電極金屬之間的界面處的能壘，用不含上述β-AuGa那樣的低熔點(diǎn)化合物的金屬獲得歐姆接觸。此外，在圖2中，Ec和Ev分別是導(dǎo)帶底的能量和價(jià)帶頂?shù)哪芰俊F表示費(fèi)米能級(jí)。示于該圖2的構(gòu)造的歐姆電極，用有機(jī)金屬化學(xué)汽相生長(zhǎng)(MOCVD)法之類的外延生長(zhǎng)法，在GaAs襯底上邊作為低能壘的中間層形成InxGa1-xAs層，再在其上邊形成電極金屬的辦法來制得。但是，為了得到這種構(gòu)造的歐姆電極而應(yīng)用MOCVD裝置之類的外延生長(zhǎng)裝置，將使工藝窗口(process window)減小，而且大量生產(chǎn)性也將變壞。
為了解決這樣的問題，采用把InAs用作靶的濺射法來形成作為低能壘的中間層的InAs層的同時(shí)，用電子束蒸鍍法形成W薄膜和Ni薄膜，以在GaAs襯底上邊形成InAs/W構(gòu)造，InAs/Ni/W構(gòu)造，Ni/InAs/Ni/W構(gòu)造等等的疊層體，然后，采用進(jìn)行熱處理的辦法，就可以形成熱穩(wěn)定性良好的歐姆電極，這是日本應(yīng)用物理雜志(J.Appl.Phys.68,2475(1990))所報(bào)告的。第3圖示出了其一例，先在n型GaAs襯底200上邊用濺射法形成InAs層201，再在該InAs層201上邊依次形成Ni薄膜202和W薄膜203之后，采用進(jìn)行熱處理的辦法形成歐姆電極。
由于這一方法在InAs層201的形成中應(yīng)用了可進(jìn)行高速成膜的濺射法，故大量生產(chǎn)性非常出色。此外，由于這種歐姆電極在其最上層應(yīng)用了本身為高熔點(diǎn)金屬的W薄膜203，故作為與該歐姆電極相連的金屬布線的材料可以利用Al，Au等所有的金屬而不必用阻擋金屬(barriermetal)，故工藝的自由度也大。但是，這種方法有一個(gè)大的問題由于在熱處理時(shí)，微量的In在W薄膜203上邊擴(kuò)散，故不能得到足夠低的接觸電阻。此外，還存在著熱處理時(shí)，In在W薄膜203上邊進(jìn)行擴(kuò)散的結(jié)果，使歐姆電極的表面粗糙，表面幾何形狀變得極其之壞的問題。
近年來，為了解決這一歐姆電極的表面幾何形狀的問題，本申請(qǐng)人提出了(特開平7-94444號(hào)公報(bào))先在GaAs襯底上邊形成InAs/Ni/WSi/W構(gòu)造的疊層體，然后進(jìn)行熱處理來形成歐姆電極的方法。但是，用這種方法形成的歐姆電極，存在著與用AuGe/Ni形成的現(xiàn)有的歐姆電極相比接觸電阻高的問題。此外，由于形成歐姆電極時(shí)所進(jìn)行的必要的熱處理溫度高達(dá)700～800℃，存在著進(jìn)行熱處理時(shí)引起雜質(zhì)擴(kuò)散而導(dǎo)致雜質(zhì)再分布的問題。這在比如說雙極晶體管那樣狹窄的區(qū)域上形成高雜質(zhì)濃度的基極層時(shí)將會(huì)成為問題。
如上所述，由于對(duì)于現(xiàn)有的GaAs半導(dǎo)體的歐姆電極不論哪一種都不能令人滿意，故希望實(shí)現(xiàn)具有在實(shí)用上具有滿意的特性的歐姆電極。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可以容易地形成具有對(duì)GaAs系半導(dǎo)體及其他的III-V族化合物半導(dǎo)體實(shí)用上可以滿足的特性的歐姆電極的歐姆電極形成所用的疊層體和用該疊層體所能得到的歐姆電極。
本發(fā)明的歐姆電極形成所用的疊層體的特征是由在III-V族化合物半導(dǎo)體基體上邊依次形成的非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜構(gòu)成。
此外，本發(fā)明的歐姆電極形成所用疊層體的特征是這是一種在III-V族化合物半導(dǎo)體基體上邊依次形成的非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜，并且由非單晶半導(dǎo)體層與薄膜之間的能壘的高度比III-V族化合物半導(dǎo)體基體與薄膜之間的能壘的高度還低的物質(zhì)構(gòu)成。
本發(fā)明的歐姆電極的特征是采用對(duì)由在III-V族化合物半導(dǎo)體基體上邊依次形成的非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
此外，本發(fā)明的歐姆電極的特征是這是一種在III-V族化合物半導(dǎo)體基體上邊形成的歐姆電極，采用對(duì)由具有非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜，且上述非單晶半導(dǎo)體層與上述薄膜之間的能壘的高度比上述III-V族化合物半導(dǎo)體基體與上述薄膜之間的能壘的高度低的物質(zhì)構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
在本發(fā)明中，在III-V族化合物半導(dǎo)體基體里邊含有比如說由GaAs，AlGaAs，InGaAs等等構(gòu)成的襯底或者層。此外，在該III-V族化合物半導(dǎo)體基體為n型時(shí)，在該III-V族化合物半導(dǎo)體基體中作為將成為施主的雜質(zhì)，比如說含有Si，Ge，Te，Sn等等。這些將成為施主的雜質(zhì)，可用比如說離子注入，液相外延(LPE)，分子束外延(MBE)，有機(jī)金屬汽相外延(MOCVD)等等的方法導(dǎo)入III-V族化合物半導(dǎo)體基體中去。
在非單晶半導(dǎo)體層中含有非單晶InxGa1-xAs層(其中，0＜x≤1)等等。在這里，“非單晶”意味著不是單晶，是多晶或非晶質(zhì)。這種非單晶半導(dǎo)體層，理想的是用濺射法形成，但也可用其他的方法，比如說真空蒸鍍法，特別是電子束蒸鍍法形成。在用濺射法形成這種非單晶半導(dǎo)體層的情況下，除了可以應(yīng)用通常的濺射法(作為濺射靶，應(yīng)用了與該非單晶半導(dǎo)體層相同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的單一的靶)之外，還可以應(yīng)用同時(shí)濺射法(應(yīng)用了由該非單晶半導(dǎo)體層的各構(gòu)成元素構(gòu)成的多個(gè)靶)。
在III-V族化合物半導(dǎo)體基體與非單晶半導(dǎo)體層之間，也可以形成比如Ni薄膜之類的金屬薄膜，目的是為了提高非單晶半導(dǎo)體層對(duì)III-V族化合物半導(dǎo)體基體的沾潤(rùn)性。
在本發(fā)明的典型的一個(gè)實(shí)施例中，非單晶半導(dǎo)體層上邊的薄膜具有金屬薄膜和形成于該金屬薄膜上邊的氮化金屬薄膜。在這種情況下，應(yīng)用金屬薄膜的理由是為了使得可以用在更低的溫度下的熱處理形成接觸電阻更低的歐姆電極等等。另外，之所以應(yīng)用氮化金屬薄膜，是為了防止在熱處理時(shí)非單晶半導(dǎo)體層的構(gòu)成元素比如說In在電極表面一側(cè)擴(kuò)散。在該氮化金屬薄膜上邊，出于為了降低歐姆電極的面電阻或者為了把金屬布線連到歐姆電極上而不需應(yīng)用阻擋金屬的理由，理想的是形成其電阻率比氮化金屬薄膜低，且難于與布線所用的材料之間起反應(yīng)的高熔點(diǎn)金屬薄膜。在這里，作為金屬薄膜可以應(yīng)用Ni薄膜，Al薄膜，Co薄膜等等。另外，作為氮化金屬薄膜，可以應(yīng)用WN薄膜，WSiN薄膜，TaN薄膜，TaSiN薄膜，TiN薄膜，TiSiN薄膜和TiON薄膜等等。這些氮化金屬薄膜可以是結(jié)晶質(zhì)(多晶等)也可以是非晶質(zhì)。而作為高熔點(diǎn)金屬薄膜，可以應(yīng)用W薄膜，Mo薄膜或Ta薄膜等等。
在上述高熔點(diǎn)金屬薄膜上邊，為了降低歐姆電極的面電阻，且為了也可把該歐姆電極用作布線，也可形成布線用金屬薄膜，比如Al薄膜，Al合金(Al-Si，Al-Cu，Al-Si-Cu等等)薄膜，Au薄膜，Au/Ti薄膜等等。
非單晶半導(dǎo)體層上邊的薄膜即金屬薄膜，氮化金屬薄膜，高熔點(diǎn)金屬薄膜等等可以用濺射法或真空蒸鍍法，特別是電子束蒸鍍法形成。在用濺射法形成這些金屬薄膜，氮化金屬薄膜和高熔點(diǎn)金屬薄膜等等的情況下，除了可以應(yīng)用把由與上述那些膜相同的材料構(gòu)成的單一的靶用作靶的通常的濺射法之外，還可以應(yīng)用采用了由這些各構(gòu)成元素構(gòu)成的多個(gè)靶的同時(shí)濺射法。另外，在用真空蒸鍍法形成這些金屬薄膜，氮化金屬薄膜、高熔點(diǎn)金屬薄膜等等的情況下，可以應(yīng)用由與它們相同的材料構(gòu)成的單一蒸鍍?cè)椿蛘哂伤鼈兊母鳂?gòu)成元素構(gòu)成的多個(gè)蒸鍍?cè)?。另外，高熔點(diǎn)金屬薄膜，在有的情況下也可用CVD法形成。
倘采用本發(fā)明，由于在III-V族化合物半導(dǎo)體基體上邊形成了上述歐姆電極形成用疊層體之后，在比如說500～600℃左右的溫度下進(jìn)行熱處理，故可以容易地形成在實(shí)用上滿足器件所要求的特性，即熱穩(wěn)定性、低接觸電阻，表面的平坦性等等的特性的歐姆電極。此外，在這種情況下，由于歐姆電極的形成所必需的熱處理的溫度低到約500～600℃，故可以防止該熱處理之際產(chǎn)生雜質(zhì)的擴(kuò)散，可以防止雜質(zhì)的再分布。
下面簡(jiǎn)單說明附圖。
圖1的剖面圖用來說明應(yīng)用AuGe/Ni作為歐姆電極材料的現(xiàn)有的歐姆電極形成方法應(yīng)用到GaAs JFET的制造工藝中的歐姆電極的形成中去時(shí)所存在的問題。圖2是理想的歐姆電極的能帶圖。圖3的剖面圖示出了在現(xiàn)有的歐姆電極的形成方法中所用的InAs/Ni/W構(gòu)造的歐姆電極形成用疊層體。圖4是用來說明本發(fā)明的第1實(shí)施例的歐姆電極的形成方法的剖面圖。圖5的曲線圖示出了用本發(fā)明的第1實(shí)施例的歐姆電極的形成方法形成的歐姆電極的接觸電阻對(duì)熱處理溫度的依賴關(guān)系的一例測(cè)定結(jié)果。圖6的光學(xué)顯微鏡照片拍攝的是在本發(fā)明的第1實(shí)施例的歐姆電極的形成方法中，在形成了歐姆電極形成用疊層體之后，采用在550℃下進(jìn)行1秒鐘熱處理的辦法形成電極，再在400℃下進(jìn)行了10個(gè)小時(shí)熱處理之后的歐姆電極的表面。圖7的曲線圖示出的是用本發(fā)明的第1實(shí)施例的歐姆電極的形成方法形成的歐姆電極的熱穩(wěn)定性的一例測(cè)定結(jié)果。圖8的剖面圖示出了在本發(fā)明的第2實(shí)施例的歐姆電極的形成方法中所用的歐姆電極形成用疊層體。圖9的剖面圖示出了在本發(fā)明的第3實(shí)施例中所用的歐姆電極形成用疊層體。圖10是用于說明本發(fā)明的第4實(shí)施例的GaAs MESFET的制造方法的剖面圖。
以下邊參看附圖邊說明本發(fā)明的實(shí)施例。另外，在實(shí)施例的所有附圖中，對(duì)相同或相應(yīng)的部分賦以相同的標(biāo)號(hào)。
圖4示出了本發(fā)明的第1實(shí)施例的歐姆電極的形成方法。
在該第1實(shí)施例中，首先，如圖4A所示，在n+型GaAs襯底1上邊涂覆上光刻膠之后。用光刻技術(shù)使該光刻膠形成圖形，以在與應(yīng)形成的歐姆電極相對(duì)應(yīng)的部分上形成有窗口的光刻膠圖形2。該光刻膠圖形2的厚度被選擇為比后邊要講的非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6的總體厚度還足夠地厚。另外，在光刻中的曝光用比如說縮小投影曝光裝置(所謂的步進(jìn)曝光機(jī))之類的光學(xué)式曝光裝置進(jìn)行。該光刻膠圖形2的形成也可以用電子射線光刻膠和電子束光刻法進(jìn)行。
其次，如圖4B所示，首先，用以比如說In0.7Ga0.3As為靶的濺射法(例如磁控管濺射法)在整個(gè)面上形成非單晶In0.7Ga0.3As層3，接著用比如說濺射法或電子束蒸鍍法在整個(gè)面上依次形成Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6。在這里，在用濺射法，比如說用磁控管濺射法形成非單晶In0.7Ga0.3As層3的情況下，在對(duì)成膜室內(nèi)進(jìn)行真空排氣到比如說基(base)壓為2×10-5Pa之后，向該成膜室內(nèi)導(dǎo)入Ar氣直到壓力達(dá)到比如說3×10-1Pa，并使該Ar氣DC放電。這時(shí)所使用的功率比如說為150W。此外，成膜在比如說室溫下進(jìn)行。這時(shí)，成膜速度例如為7nm/分。此外，在用濺射法，例如用磁控管濺射法形成WN薄膜5的情況下，在把成膜室內(nèi)真空排氣到比如說基壓為2×10-5Pa之后，向該成膜室內(nèi)導(dǎo)入N2氣體，直到壓力達(dá)到比如說3×10-1Pa，并使該N2氣體進(jìn)行DC放電。這時(shí)的使用功率例如為150W，成膜在比如說室溫下進(jìn)行。另外，也可以不用N2氣體而代之以用N2氣體與Ar氣的混合氣體。另外，上邊所舉出的濺射法雖然是所謂DC濺射法，但在某些情況下，也可不用DC濺射而代之以RF濺射法。
其次，采用把上述那樣處理后形成了非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6的n+型GaAs襯底1浸泡于比如說丙酮之類的有機(jī)溶劑之中使之溶解除去光刻膠圖形2的辦法，除去已形成于該光刻膠圖形2上邊的非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6。結(jié)果如圖4C所示，僅僅在與光刻膠圖形2的窗口部分相對(duì)應(yīng)的部分上的n+型GaAs襯底1上邊剩下了非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6。
其次，把已形成了這些非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6，即已形成了歐姆電極形成用疊層體的n+型GaAs襯底1，用比如說RTA(快速熱退火)法或一般的電爐法，在比如說500～600℃下進(jìn)行短時(shí)間，比如說1秒～數(shù)分鐘的熱處理。作為進(jìn)行該熱處理的氣氛應(yīng)用比如說N2氣體或由已摻進(jìn)了微量的H2氣體的N2氣體組成的氣氛。這一熱處理的結(jié)果，如圖4D所示，形成了歐姆電極7。
圖5示出的是用本第1實(shí)施例的方法形成的歐姆電極7的接觸電阻對(duì)熱處理溫度的依賴性的一例測(cè)定結(jié)果。測(cè)定時(shí)所用的樣品是這樣一種樣品把非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6的厚度分別固定為14nm、25nm和50nm，使Ni薄膜4的厚度在9nm，10nm和11nm這3個(gè)水準(zhǔn)上變化，把這些非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6形成在n+型GaAs襯底1上邊之后，用RTA法在450～655℃的范圍內(nèi)改變溫度進(jìn)行1秒鐘的熱處理，形成了歐姆電極。但是，作為進(jìn)行這些熱處理時(shí)的氣氛，用的是已摻入了5％的H2氣體的N2氣體氣氛。另外，作為n+型GaAs襯底1，向面方位(100)的半絕緣性GaAs襯底中注入Si離子使之已n型化，雜質(zhì)濃度為2×1018cm-3。接觸電阻的測(cè)定用TLM(傳輸線法)進(jìn)行。從圖5可知，在熱處理溫度為550℃時(shí)接觸電阻變得最低，已經(jīng)得到了0.2Ωmm這一極其之低的接觸電阻值。
圖6示出的光學(xué)顯微鏡照片，拍攝的是在n+型GaAs襯底1上邊形成了由非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體之后，用RTA法在550℃下進(jìn)行1秒鐘的熱處理形成歐姆電極7，再在400℃下進(jìn)行了10個(gè)小時(shí)的熱處理之后的歐姆電極7的表面。但是，非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6的厚度分別為14nm，10nm，25nm和25nm。由圖6可知，不僅在400℃下進(jìn)行10個(gè)小時(shí)的熱處理之后的狀態(tài)下的歐姆電極7的表面幾何形狀極其良好，就熱穩(wěn)定性來說也極其之好。能得到這么好的表面幾何形狀的理由是，由于歐姆電極形成用疊層體中的WN薄膜5的存在，可以防止在熱處理時(shí)In從非單晶In0.7Ga0.3As層3，向電極表面一側(cè)擴(kuò)散。
在形成了歐姆電極7之后，在對(duì)在400℃下進(jìn)行了10個(gè)小時(shí)的熱處理時(shí)的該歐姆電極下的接觸電阻的時(shí)間性變化，即對(duì)歐姆電極7的熱穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)定時(shí)得到了示于圖7的那樣的結(jié)果。其中，非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6的厚度分別為25nm，10nm，25m和50nm。在圖7中，為了進(jìn)行比較，還示出了用不含WN薄膜的歐姆電極形成用疊層體形成的歐姆電極，具體地說，用在厚度為25nm的非單晶In0.7Ga0.3As層上邊形成了厚15nm的Ni薄膜和厚50nm的W薄膜的歐姆電極形成用疊層體形成的歐姆電極，和用在厚度為23nm的非單晶InAs層上邊已形成了厚15nm的Ni薄膜和厚50nm的W薄膜的歐姆電極形成用疊層體形成的歐姆電極的熱穩(wěn)定性的測(cè)定結(jié)果。
從圖7可知，用在厚度25nm的非單晶In0.7Ga0.3As層上邊形成了厚度15nm的Ni薄膜和厚度50nm的W薄膜的歐姆電極形成用疊層體形成的歐姆電極的接觸電阻在熱處理開始后1個(gè)小時(shí)左右開始增加，熱穩(wěn)定性不好。另外，用在厚度23nm的非單晶InAs層上邊形成了厚度15nm的Ni薄膜和厚度50nm的W薄膜的歐姆電極形成用疊層體形成的歐姆電極的接觸電阻，雖在熱處理開始經(jīng)過了10個(gè)小時(shí)也保持恒定值因而熱穩(wěn)定性是良好的。但接觸電阻約為0.45Ωmm，不太低。對(duì)此，用含有WN薄膜的歐姆電極形成用疊層體形成的本第1實(shí)施例的歐姆電極7的接觸電阻，除去在熱處理開始后即使經(jīng)過10個(gè)小時(shí)也保持恒定值因而熱穩(wěn)定性良好之外，接觸電阻也極其之低，約為0.2Ωmm。之所以能得到這樣良好的熱穩(wěn)定性，是由于在用AuGe/Ni形成了歐姆電極的情況下，在歐姆電極7中不含有在該歐姆電極中含有的β-AuGa那樣的低熔點(diǎn)的化合物，以及用WN薄膜5可以防止In從非單晶In0.7Ga0.3As層3向電極表面一側(cè)擴(kuò)散的緣故。
如上所述，倘采用本第1實(shí)施例，則通過采用在n+型GaAs襯底1上邊形成了由非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5和W薄膜6構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體之后，用比如說RTA法進(jìn)行1秒鐘的500～600℃的熱處理的辦法，就可以容易地形成低接觸電阻且低膜電阻且表面的平坦性或者表面幾何形狀也良好，熱穩(wěn)定性也好的歐姆電極7。該歐姆電極7具有近于圖2所示的理想的能帶構(gòu)造的能帶構(gòu)造。該歐姆電極7由于其最上部還由本身為高熔點(diǎn)金屬的W構(gòu)成，故可以直接連接金屬布線而無需用阻擋金屬。由于用于形成歐姆電極7的非單晶In0.7Ga0.3As層3用可用高速成膜的濺射法形成，故這種歐姆電極7可用高的生產(chǎn)性來形成。這樣一來，由于該歐姆電極7的接觸電阻與用AuGe/Ni形成的現(xiàn)有的歐姆電極具有同等的低值，故也不會(huì)損害應(yīng)用了這種歐姆電極7的半導(dǎo)體器件的特性。另外，由于形成歐姆電極7所需的熱處理的溫度低到500～600℃，故可以有效地防止該熱處理時(shí)產(chǎn)生雜質(zhì)的擴(kuò)散，產(chǎn)生雜質(zhì)的再分布。
其次，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施例進(jìn)行說明。
在該第2實(shí)施例中，不用在第1實(shí)施例中用的示于圖4C的那樣的歐姆電極形成用疊層體，而代之以用示于圖8的那樣的歐姆電極形成用疊層體。該示于圖8的歐姆電極形成用疊層體與示于圖4C的歐姆電極形成用疊層體不同之處是沒有形成W薄膜6。除此之外與第1實(shí)施例相同，故略去說明。
即便是采用本第2實(shí)施例，也可以容易且高生產(chǎn)性地形成具有和第1實(shí)施例幾乎同樣良好的特性的歐姆電極。
接著，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施例進(jìn)行說明。
在本第3實(shí)施例中，不用在第1實(shí)施例中用的示于圖4C的那樣的歐姆電極形成用疊層體，而代之以用示于圖9的那樣的歐姆電極形成用疊層體。該示于圖9的歐姆電極形成用疊層體與示于圖4C的歐姆電極形成用疊層體的不同之處是在W薄膜6上邊還形成有Al薄膜8。
在該第3實(shí)施例中，與圖4B所示的相同，在直到形成了W薄膜6之后，在該W薄膜6上邊用比如說濺射法或電子束蒸鍍法形成Al薄膜8。接下來，和在第1實(shí)施例中說過的一樣，采用進(jìn)行剝離的辦法，在歐姆電極形成部分和n+型GaAs襯底1上邊形成由非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4，WN薄膜5，W薄膜6和Al薄膜8構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體。在這種情況下，為使之易于進(jìn)行剝離，在把用于剝離的光刻膠圖形作成為2層構(gòu)造使之變厚，而且該光刻膠圖形比如說由正膠構(gòu)成的情況下，也可動(dòng)一些腦筋，例如把更易于感光的光刻膠用在下層的光刻膠圖形上等等。
倘采用本第3實(shí)施例，由于已在歐姆電極形成用疊層體的最上層上形成有Al薄膜8，故可以降低用這種歐姆電極形成用疊層體形成的歐姆電極7的面電阻。這樣一來，就可以把這種歐姆電極7用作IC的布線或電容器的電極。因此，還具有布線工序簡(jiǎn)化、設(shè)計(jì)自由度展寬的優(yōu)點(diǎn)。
其次，對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施例進(jìn)行說明。
在本第4實(shí)施例中，對(duì)在GaAs MESFET的制造工藝中的歐姆電極形成中應(yīng)用第2實(shí)施例的歐姆電極的形成方法，而且在形成歐姆電極的同時(shí)也形成柵極的情況進(jìn)行說明。
就是說，在本第4實(shí)施例中，首先，如圖10A所示，向半絕緣性GaAs襯底9的n型溝道層形成部分中低濃度地選擇性地離子注入將成為施主的雜質(zhì)，同時(shí)，向半絕緣性GaAs襯底9的源區(qū)和漏區(qū)形成部分中，高濃度地選擇性地離子注入將成為施主的雜質(zhì)。之后，采用在比如說700～800℃的溫度下進(jìn)行熱處理的辦法，使注入雜質(zhì)在電極上激活以形成n型溝道層10，n+型的源區(qū)11和漏區(qū)12。
其次，如圖10B所示，應(yīng)用已在第1實(shí)施例中說過的同樣的剝離法，在歐姆電極形成部分上形成由非單晶In0.7Ga0.3As層3和Ni薄膜4構(gòu)成的疊層體。
接下來，在用比如說濺射法在整個(gè)面上形成了WN薄膜之后，用光刻法形成與應(yīng)形成的柵極電極和歐姆電極對(duì)應(yīng)形狀的光刻膠圖形(沒畫出來)，并以該光刻膠圖形為掩模，用比如說應(yīng)用了CF4/O2系的刻蝕氣體的反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)法對(duì)WN薄膜進(jìn)行刻蝕。之后，去掉光刻膠圖形。這樣一來，如圖10C所示，就可以在歐姆電極形成部分上形成由非單晶In0.7Ga0.3As層3，Ni薄膜4和WN薄膜5構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體，同時(shí)還可在n型溝道層10上邊形成由WN薄膜構(gòu)成的柵極電極13。另外，還可用上述WN薄膜形成布線。
其次，用比如說RTA法在500～600℃的溫度下進(jìn)行熱處理。這樣一來，如圖10D所示，和在第1實(shí)施例中說過的一樣，形成用作源極電極或漏極電極的歐姆電極14，15，完成目的器件GaAs MESFET。
如上所述，倘采用本第4實(shí)施例，則可容易地形成用作源極電極或漏極電極且具有滿意的良好的特性的歐姆電極14，15，而且在形成用于形成這些歐姆電極14，15的歐姆電極形成用疊層體時(shí)，可以同時(shí)形成柵極電極13。因此可以簡(jiǎn)化GaAs MESFET的制造工序。
其次，對(duì)本發(fā)明的第5實(shí)施例進(jìn)行說明。
在本第5實(shí)施例中，在制造需要對(duì)n型III-V族化合物半導(dǎo)體的歐姆電極和對(duì)p型III-V族化合物半導(dǎo)體的歐姆電極這兩者的半導(dǎo)體器件的情況下，用本發(fā)明的歐姆電極形成用疊層體同時(shí)形成這些歐姆電極。
具體地說，比如在GaAs JFET的制造中，在半絕緣性GaAs襯底中形成了p+型的柵極區(qū)和n型的源極區(qū)和漏極區(qū)之后，在這些柵極區(qū)，源極區(qū)和漏極區(qū)上邊分別形成比如說和第1實(shí)施例相同的歐姆電極形成用疊層體，然后，采用在比如說500～600℃的溫度下進(jìn)行熱處理的辦法，就可以在這些柵極區(qū)，源極區(qū)和漏極區(qū)上邊同時(shí)形成各自的歐姆電極。
此外，在應(yīng)用了III-V族化合物半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)，比如說，在發(fā)射極層中用n型AlGaAs層，在基極層中用p型GaAs層，在集電極層中用n型GaAs層，且對(duì)這些發(fā)射極層，基極層和集電極層需要?dú)W姆電極的HBT的制造中，采用在這些發(fā)射極層，基極層和集電極層上邊的歐姆電極形成部分上形成比如說和第1實(shí)施例相同的歐姆電極形成用疊層體。然后，在比如說500～600℃的溫度下進(jìn)行熱處理的辦法，就可以在這些發(fā)射極層，基極層和集電極層上邊同時(shí)形成各自的歐姆電極。
以上，雖然對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明并不受限于上述的實(shí)施例，以本發(fā)明的技術(shù)思想為基礎(chǔ)的各種變形是可能的。
例如，也可不用上述第1～第4實(shí)施例中所用的Ni薄膜4而代之以用Co薄膜或Al薄膜。
另外，在上述第1～第3實(shí)施例中，雖然用剝離法形成了歐姆電極形成用疊層體，但是該歐姆電極形成用疊層體也可采用在n+型GaAs襯底1的整個(gè)面上用濺射法等等依次形成了構(gòu)成該歐姆電極形成用疊層體的層之后，用刻蝕法把它們作成為歐姆電極形狀的圖形的辦法形成。
還有，上述第1～第4實(shí)施例中，說明的是在形成對(duì)GaAs襯底的歐姆電極時(shí)應(yīng)用了本發(fā)明的情況，但是，在對(duì)比如說用外延生長(zhǎng)等等形成的GaAs層的歐姆電極的形成中應(yīng)用本發(fā)明也是可能的。
還有，在應(yīng)用了III-V族化合物半導(dǎo)體的高電子遷移率晶體管(HEMT)，比如說在對(duì)AlGaAs/GaAs HEMT中的源極區(qū)和漏極區(qū)的歐姆電極形成中應(yīng)用本發(fā)明也是可能的。
如上所述，倘采用本發(fā)明，采用對(duì)由在III-V族化合物半導(dǎo)體基體上已順次形成的非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法。就可容易地形成對(duì)III-V族化合物半導(dǎo)體的，具有實(shí)用上可滿足要求的特性的歐姆電極。
權(quán)利要求
1.一種歐姆電極形成用疊層體，其特征是由在III-V族化合物半導(dǎo)體基體上依次形成的非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1所述的歐姆電極形成用疊層體，其特征是上述III-V族化合物半導(dǎo)體基體由GaAs，AlGaAs或InGaAs構(gòu)成。
3.權(quán)利要求1所述的歐姆電極形成用疊層體，其特征是上述非單晶半導(dǎo)體層是非單晶InxGa1-xAs(0＜x≤1)。
4.權(quán)利要求1所述的歐姆電極形成用疊層體，其特征是上述薄膜具有金屬薄膜和已形成于上述金屬薄膜上的氮化金屬薄膜。
5.權(quán)利要求4所述的歐姆電極形成用疊層體，其特征是在上述氮化金屬薄膜上邊還形成有高熔點(diǎn)金屬薄膜。
6.權(quán)利要求5所述的歐姆電極形成用疊層體，其特征是在上述高熔點(diǎn)金屬薄膜的上邊還形成有布線用金屬薄膜。
7.權(quán)利要求4所述的歐姆電極形成用疊層體，其特征是上述金屬薄膜是Ni薄膜、Co薄膜或Al薄膜；上述氮化金屬薄膜是WN薄膜，WSiN薄膜，TaN薄膜，TaSiN薄膜，TiN薄膜，TiSiN薄膜或TiON薄膜。
8.權(quán)利要求5所述的歐姆電極形成用疊層體，其特征是上述高熔點(diǎn)金屬薄膜是W薄膜，Ta薄膜或Mo薄膜。
9.一種歐姆電極形成用疊層體，其特征是這是一種由已依次形成于III-V族化合物半導(dǎo)體基體上的、非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜，且由在上述非單晶半導(dǎo)體層與上述薄膜之間的能壘的高度比上述III-V族化合物半導(dǎo)體基體與上述薄膜之間的能壘的高度還低的物質(zhì)構(gòu)成。
10.一種歐姆電極，其特征是采用對(duì)由已在III-V族化合物半導(dǎo)體基體上邊依次形成的，非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
11.權(quán)利要求10所述的歐姆電極，其特征是對(duì)上述歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的溫度是500～600℃。
12.權(quán)利要求10所述的歐姆電極，其特征是上述III-V族化合物半導(dǎo)體基體采用對(duì)由GaAs，AlGaAs或InGaAs構(gòu)成的上述歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法得到。
13.權(quán)利要求10所述的歐姆電極，其特征是上述非單晶半導(dǎo)體層用對(duì)本身為非單晶InxGa1-xAs層(0＜x≤1)的上述歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
14.權(quán)利要求10所述的歐姆電極，其特征是上述薄膜采用對(duì)具有金屬薄膜和已形成于上述金屬薄膜上邊的氮化金屬薄膜的上述歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
15.權(quán)利要求14所述的歐姆電極，其特征是采用對(duì)在上述氮化金屬薄膜上邊還形成有高熔點(diǎn)金屬薄膜的上述歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
16.權(quán)利要求15所述的歐姆電極，其特征是采用對(duì)在上述高熔點(diǎn)金屬薄膜上邊還形成有布線用金屬薄膜的上述歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
17.權(quán)利要求14所述的歐姆電極，其特征是采用對(duì)上述金屬薄膜為Ni薄膜、Co薄膜或Al薄膜，上述氮化金屬薄膜為WN薄膜、WSiN薄膜、TaN薄膜、TaSiN薄膜、TiN薄膜、TiSiN薄膜或TiON薄膜的上述歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
18.權(quán)利要求15所述的歐姆電極，其特征是采用對(duì)上述高熔點(diǎn)金屬薄膜為W薄膜、Ta薄膜或Mo薄膜的上述歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法制得。
19.一種歐姆電極，是一種已形成于III-V族化合物半導(dǎo)體基體上邊的歐姆電極，其特征是具有非單晶半導(dǎo)體層和至少含有氮化金屬薄膜的薄膜，且上述非單晶半導(dǎo)體層與上述薄膜之間的能壘的高度采用對(duì)由比上述III-V族化合物半導(dǎo)體基體與上述薄膜之間的能壘的高度低的物質(zhì)構(gòu)成的歐姆電極形成用疊層體進(jìn)行熱處理的辦法得到。
全文摘要
GaAs系等III-V族化合物半導(dǎo)體具有滿足要求特性的歐姆電極的歐姆電極形成用疊層體及該歐姆電極。在n
文檔編號(hào)H01L29/45GK1165583SQ96191112
公開日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1996年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月24日
發(fā)明者中村光宏, 和田勝, 內(nèi)堀千尋, 村上正紀(jì) 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社