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JP4147441B2 - Compound semiconductor device - Google Patents

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JP4147441B2
JP4147441B2 JP19547599A JP19547599A JP4147441B2 JP 4147441 B2 JP4147441 B2 JP 4147441B2 JP 19547599 A JP19547599 A JP 19547599A JP 19547599 A JP19547599 A JP 19547599A JP 4147441 B2 JP4147441 B2 JP 4147441B2
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compound semiconductor
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物半導体装置に関するものであり、特に、低接触抵抗で熱的安定性に優れたノンアロイ電極をリフトオフ法を用いて形成するための金属材料の組合せに特徴のある化合物半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、通信の高速化或いは大容量化等の要請に応えるため、通信システムを構築する半導体デバイスとして、GaAs電界効果型トランジスタ或いはHEMT(高電子移動度トランジスタ)等の高周波化合物半導体装置や、偏波無依存性半導体レーザ或いはPINフォトダイオード等の化合物光半導体装置が用いられている。
【0003】
この様な化合物半導体装置に形成される電極としては、AuGe/Ni/Au電極やTi/Al電極等のアロイ電極、或いは、Ti/Pt/Au電極等のノンアロイ電極が用いられている。
【0004】
この内、AuGe/Ni/Au電極やTi/Al電極等のアロイ電極は、主にオーミック電極として用いられており、半導体層上に電極となる金属層を形成したのち、熱処理を施して半導体と金属とを反応させ合金化(アロイ化)して電極を形成するものである。
【0005】
そのため、電極形成後の配線形成工程等で加えられる熱によってAuやTi等の電極を構成する金属とInGaAs等の下地半導体層との反応が過剰に進み、高抵抗である金属−半導体の中間化合物が形成されて、接触抵抗値が増大したり、或いは、熱応力により電極の表面にヒロックが現れるなどして表面形状が荒れるなどの熱的安定性に問題があった。
【0006】
一方、Ti/Pt/Au電極等のノンアロイ電極は、オーミック電極やショットキー電極として用いられているが、下地となる半導体層との接触部を構成するTi層は、高融点金属であるので電子ビーム蒸着法等によって形成しており、成膜工程が高速成膜工程となる。したがって、薄膜形成時の膜厚制御が困難となるため、電極としての均一性を確保するためには5nm以上の膜厚とする必要がある。
【0007】
しかし、5nm以上の膜厚のTi層をInGaAsやInAlAs等の金属との反応性の高い半導体層上に形成すると、電極形成後の配線形成工程等において加えられる熱によりTiと半導体との中間化合物が形成される反応が起こり、接触抵抗値が増大したり或いはショットキー障壁の高さが変化したりするなど熱的安定性に問題があった。
【0008】
この様な熱的安定性の問題を解決するために、半導体との反応性の小さいWや、WSi或いはWSiN等のW化合物を利用したノンアロイ電極を用いることも提案されているので、この様な従来のW系材料を用いたノンアロイ電極の形成工程を図4を参照して説明する(必要ならば、特開平2−234442号公報参照)。
なお、図4は、従来のGaAs電界効果型トランジスタの製造工程の説明図であり、GaAs電界効果型トランジスタのショットキーバリアゲート電極としてW系材料を用いたノンアロイ電極が用いられている。
【0009】
図4(a)参照
まず、半絶縁性GaAs基板31上に、MBE(モレキュラ・ビーム・エピタキシー)法を用いて、厚さ0.5μmのアンドープGaAs層32及び厚さ20nmで2×1018cm-3の不純物濃度のn型GaAs層32を順次成長させる。次いで、スパッタ法を用いてWSi層34を堆積させたのち、蒸着法を用いて応力を緩和するための高融点のLaB6 層35を堆積させ、次いで、再び、スパッタ法を用いてW層36を堆積させたのち、全面にレジストを塗布し、露光・現像することによってゲート電極に対応する形状のレジストパターン37を形成する。
【0010】
図4(b)参照
次いで、レジストパターン37をマスクとして、CF4 を用いたドライ・エッチングを施すことによってW層36を選択的にエッチングし、次いで、Arイオンを用いたイオンミリングによってLaB6 層35を選択的に除去し、再び、CF4 を用いたエッチングガス38によるドライ・エッチングを施すことによってWSi層34を選択的にエッチングしてノンアロイのショットキーバリアゲート電極を形成する。
【0011】
図4(c)参照
次いで、レジストパターン37を除去したのち、Ni/Au/Geからなるオーミック電極をゲート電極の両側に選択的に形成してソース電極39及びドレイン電極40とすることによって、GaAs電界効果型トランジスタを基本構造が完成する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の電極のパターニング工程においては、ドライ・エッチング法及びイオンミリング法を用いているため、微細パターンを加工性良く形成することが困難であり、また、ドライ・エッチング工程或いはイオンミリング工程において半導体層の表面をイオン等の粒子がたたくので、半導体層にダメージが及ぶという問題がある。
【0013】
この様な問題を解決するためにはリフトオフ法を用いれば良いが、W系の電極材料を用いた場合、W系材料は高融点で且つ蒸気圧が低いので抵抗加熱や電子ビーム加熱等による蒸着法によって電極を形成することができず、上記の様にスパッタ法を用いて電極膜を堆積させる必要がある。そして、スパッタ法を用いた場合には、スパッタ時の熱によってレジストが変成し、通常のレジスト除去液では除去できなくなってしまうのでリフトオフ法を使用することができないという問題がある。
【0014】
また、WやWSiN等の高融点金属は、応力の強い金属であるため、電極と半導体層との界面に大きな応力が加わることになるが、この応力により半導体素子の信頼性に影響を与えたり、電極が剥離しやすくなる等の問題がある。
したがって、上述のノンアロイゲート電極の場合には、応力を緩和するためにLaB6 層35を介在させているが、スパッタ法の採用に伴う微細パターンの加工性が悪いという問題は依然として解決されないものである。
【0015】
したがって、本発明は、電極材料を選択することによって、微細加工が可能で且つ応力の小さなノンアロイ電極を形成することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
(1)本発明は、化合物半導体装置において、化合物半導体層1上に設ける電極として、Wより蒸気圧の高い第1の耐熱性金属層2、非耐熱性金属層3、及び、Wより蒸気圧の高い第2の耐熱性金属層4を順次積層した積層構造からなる電極を用い、化合物半導体層1と第1の耐熱性金属層2との間に、厚さが5nm以下のPdからなるバインダー導電層5を設けたことを特徴とする。
【0017】
この様に、耐熱性金属としてWより蒸気圧の高い金属を用いることによって、蒸着による成膜が可能になるので、リフトオフ法を用いることができ、それによって、熱的安定性に優れた微細パターンのノンアロイ電極を精度良く形成することができる。
また、応力を緩和するために、第1の耐熱性金属層2と第2の耐熱性金属層4との間に、低抵抗の非耐熱性金属層3を設けているので、良導電性を損なうことなく、応力を緩和することができる。
特に、化合物半導体層1と第1の耐熱性金属層2との間に、厚さが5nm以下の蒸着により形成が可能なPdからなるバインダー導電層5、即ち、化合物半導体層1の露出表面における自己酸化物を還元して電極の密着性を改善するための導電層を設けているので、電極の密着性を向上することによって電極の剥離を防止することができ、また、酸化物に伴う接触抵抗値の増大を解消することができるので、化合物半導体装置の特性及び信頼性を向上することができる。
【0018】
(2)また、本発明は、上記(1)において、第1の耐熱性金属層2及び第2の耐熱性金属層4の内の少なくとも一方が、Mo或いはMo合金のいずれかから構成され、また、非耐熱性金属層3がAl、Ag、及び、Auの内のいずれか1つから構成されることを特徴とする。
【0019】
この様に、第1の耐熱性金属層2或いは第2の耐熱性金属層4としては、蒸着法による堆積が可能なMoや、Mo・Al等のMo合金を用いることが望ましく、また、非耐熱性金属層3としては、Al,Ag,Auからなる低抵抗でソフトな金属を用いることによって、良導電性を損なうことなく応力を緩和することができる。
また、第2の耐熱性金属層4として、Al、Ag及びAuより熱膨張係数の小さなMoやMo合金を用いることによって、熱の印加によって電極の表面に形成されるヒロックの発生を抑制することができる。
なお、第1の耐熱性金属層2及び第2の耐熱性金属層4は、互いに異なった材料によって構成しても良いものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
ここで、図2を参照して本発明の第1の実施の形態の製造工程を説明するが、説明を簡単にするためにデバイス構造の説明は省略する。
図2(a)参照
まず、InGaAs層11の全面にレジストを塗布し、露光・現像することによって、幅が、例えば、0.15μmの電極形成用の開口部13を有するレジストパターン12を形成する。
【0023】
図2(b)参照
次いで、抵抗加熱蒸着法を用いて、厚さが5nm以下、例えば、1.0nmのPd層20を堆積させたのち、電子ビーム蒸着法を用いて、第1の耐熱性金属層として、厚さが2〜50nm、例えば10nmのMo層14を堆積させ、次いで、抵抗加熱蒸着法を用いて、厚さが100〜600nm、例えば、300nmのAl層15を堆積させ、次いで、再び電子ビーム蒸着法を用いて、第2の耐熱性金属層として、厚さが2〜50nm、例えば10nmのMo層16を堆積させる。
なお、この蒸着工程において、レジストパターン12の平坦面にも、Pd層21、Mo層17、Al層18、及び、Mo層19からなる多層膜が堆積する。
【0024】
図2(c)参照
次いで、レジスト剥離液を用いてレジストパターン12を除去することによって、Pd層21、Mo層17、Al層18、及び、Mo層19からなる多層膜も同時に除去して、Pd層20、Mo層14、Al層15、及び、Mo層16からなるノンアロイ電極が形成される。
【0025】
この様に、本発明の第1の実施の形態においては、第1に、リフトオフ法によって電極を形成しているので、半導体層にダメージを与えることなく、且つ、加工精度良く形成することができる。
【0026】
また、第2に、Mo層14は、Al層15に対するバリア層となるので、InGaAs層を構成するInとAlとが反応して高抵抗な中間化合物を形成することがなく、熱的安定性に優れた電極となる。
【0027】
因に、このノンアロイ電極の接触抵抗率を測定したところ、6.59×10 -8 Ω・cm 2 であり、このノンアロイ電極を配線形成工程における熱処理温度を想定して350℃で5分間のアニールを行ったところ、アニール後の接触抵抗率は3.68×10 -8 Ω・cm 2 となり、接触抵抗率が改善される傾向が見られた。
【0028】
一方、比較のために形成した、35nmのAuGe層、11nmのNi層、及び、254nmのAu層からなる従来のアロイ電極の接触抵抗率は1.32×10-6Ω・cm2 であり、同じく350℃で5分間のアニールを行った後の接触抵抗率は3.19×10-6Ω・cm2 となり、接触抵抗率が増加する傾向が見られた。
これは、従来のアロイ電極の場合には、アニールによってAuとInの反応が過剰になり、それによって高抵抗の中間化合物が生成されるためと考えられ、一方、本発明の第2の実施の形態においては、Mo層14がバリア層となるのでAlとInとが反応することがなく、したがって、熱的に安定な特性が得られるものと考えられる。
【0029】
また、第3に、Mo層14,16を上下に形成することによって、中間のAl層15に加わる上下からの応力差を緩和し、且つ、Mo(線膨張係数α=3.7〜5.3×10-6/K)はAl(α=23.1×10-6/K)より熱膨張係数が小さいので、電極表面におけるヒロックの発生を抑制することができる。
【0030】
また、第4に、Moに比べてソフトであるAlは応力が小さく、応力の大きなMoを電極として用いても電極全体にかかる応力を小さくすることできるので、電極の剥離を抑制することができ、それによって、化合物半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0035】
また、このノンアロイ電極の密着度を測定するために、最上層のMo層16にAl片を接着剤で接着し、Al片を引張上げて電極を剥がす力を測定したところ、密着度は792kg重/cm2 であった。
一方、上述の比較のために形成したアロイ電極の密着力は、694kg重/cm2 であり、したがって、本発明のノンアロイ電極によって従来のアロイ電極と同等以上の密着度を得ることができることが確認された。
【0036】
この様な密着性及び低接触抵抗率の向上は、バインダー導電層として還元性の強いPd層を用いたためと考えられ、PdがInGaAs層11の表面に形成されている自然酸化膜を還元してInGaAs層11と反応するので、密着性が改善されるとともに、抵抗率も低下するものと考えられる。
【0037】
また、上記の350℃における5分間のアニール後のノンアロイ電極の表面状態を観察したところヒロックは見られなかったが、比較のために形成したPd/Mo/Al三層構造電極においては、アニール処理後にヒロックが観察された。これは、本発明のノンアロイ電極の場合には、最上層にAl層15より熱膨張係数が小さいMo層16を設けているため、このMo層が熱応力に起因するヒロックの発生を抑制するためと考えられる。
【0038】
なお、この第の実施の形態におけるバインダー導電層としてのPd層20は、350℃、5分間のアニール工程において、下地のInGaAs層11と反応するが、Pd層20の厚さを5nm以下にしているので、InGaAs層11とPd層20との反応が過剰に進行して電気的特性を劣化させることがない。
【0039】
この様に、本発明の第の実施の形態においては、第1の耐熱性金属層と下地半導体層との間にPdからなるバインダー導電層を設けているので、密着性を改善することができ、特に、バッチ処理によって化合物半導体装置を製造する場合には、半導体層の露出表面に自然酸化膜が形成されるので重要になる。
【0040】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、第1の耐熱性金属層及び第2の耐熱性金属層として、Moを用いているが、Moに限られるものはなく、Mo・Al等のMo合金を用いても良いものであり、さらには、蒸気圧が高く、したがって、蒸着法によって成膜が可能で、下地半導体層との反応性が小さな耐熱性金属を用いても良いものである。
【0041】
また、上記の実施の形態においては、第1の耐熱性金属層と第2の耐熱性金属層とを同じMo層によって構成しているが、必ずしも同じ金属である必要はなく、互いに、異なった金属を用いても良いものである。
【0042】
また、上記の実施の形態においては、応力を緩和するための非耐熱性金属としてAl層を用いているが、Al層に限られるものではなく、Alと同様にソフトで低抵抗なAu或いはAgを用いても良いものである。
【0043】
また、上記の実施の形態においては、説明を簡単にするために化合物半導体装置の素子構造の説明を省略したが、本発明は、HEMT、MESFET、或いは、HBT(ヘテロ接合バイポーラトランジスタ)等の高周波用化合物半導体装置のオーミック電極或いはショットキーバリアゲート電極として用いるものであり、さらには、InGaAs層等をキャップ層とする半導体レーザ等の化合物光半導体装置に適用されるものである。
【0044】
また、電極の下地半導体は、InGaAs層に限られるものではなく、InAlAs層或いはInGaP層等のInを構成元素として含むIII-V族化合物半導体層の場合に好適であるが、Inを含まないGaAs層等にも適用されるものであり、また、下地半導体層の導電型としてもn型層であってもp型層であっても適用されるものである。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、化合物半導体層上に設ける電極として、蒸着法により成膜が可能なWより蒸気圧の高い第1の耐熱性金属層、非耐熱金属層、及び、Wより蒸気圧の高い第2の耐熱性金属層による多層構造電極を用いているので、熱的安定性に優れた電極をリフトオフ法によって形成することができ、それによって、半導体デバイスにダメージを与えることなく微細加工が可能になる。
【0046】
また、下地半導体層と第1の耐熱性金属層との間にPd層等のバインダー導電層を設けることによって、下地半導体層の表面の自然酸化膜を還元することができるので、電極の密着性を改善することができるとともに、接触抵抗率を低減することができ、それによって、電極の剥離を防止することができる。
【0047】
この様な効果が相乗的に発揮されることによって、良好な電気特性と高い信頼性を有する加工性の良い電極構造を実現することができ、それによって、化合物半導体装置の性能向上と信頼性向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図3】 従来のGaAs電界効果型トランジスタの製造工程の説明図である。
【符号の説明】
1 化合物半導体層
2 第1の耐熱性金属層
3 非耐熱性金属層
4 第2の耐熱性金属層
5 バインダー導電層
11 InGaAs層
12 レジストパターン
13 開口部
14 Mo層
15 Al層
16 Mo層
17 Mo層
18 Al層
19 Mo層
20 Pd層
21 Pd層
31 半絶縁性GaAs基板
32 アンドープGaAs層
33 n型GaAs層
34 WSi層
35 LaB6
36 W層
37 レジストパターン
38 エッチングガス
39 ソース電極
40 ドレイン電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compound semiconductor device, and more particularly to a compound semiconductor device characterized by a combination of metal materials for forming a non-alloy electrode having low contact resistance and excellent thermal stability using a lift-off method. is there.
[0002]
[Prior art]
In recent years, high-frequency compound semiconductor devices such as GaAs field effect transistors or HEMTs (High Electron Mobility Transistors), polarization devices, etc. are used as semiconductor devices for constructing communication systems in order to meet demands for high-speed or large-capacity communication. A compound optical semiconductor device such as an independent semiconductor laser or a PIN photodiode is used.
[0003]
As an electrode formed in such a compound semiconductor device, an alloy electrode such as an AuGe / Ni / Au electrode or a Ti / Al electrode, or a non-alloy electrode such as a Ti / Pt / Au electrode is used.
[0004]
Among these, alloy electrodes such as AuGe / Ni / Au electrodes and Ti / Al electrodes are mainly used as ohmic electrodes, and after forming a metal layer to be an electrode on the semiconductor layer, heat treatment is applied to the semiconductor and An electrode is formed by reacting with a metal and alloying (alloying) it.
[0005]
Therefore, the reaction between the metal constituting the electrode such as Au and Ti and the underlying semiconductor layer such as InGaAs proceeds excessively due to heat applied in the wiring formation process after the electrode formation, etc., and the metal-semiconductor intermediate compound having high resistance There is a problem in thermal stability such that the contact resistance value increases or hillocks appear on the surface of the electrode due to thermal stress and the surface shape becomes rough.
[0006]
On the other hand, non-alloy electrodes such as Ti / Pt / Au electrodes are used as ohmic electrodes and Schottky electrodes. However, since the Ti layer constituting the contact portion with the underlying semiconductor layer is a refractory metal, The film deposition process is a high-speed film deposition process. Therefore, it is difficult to control the film thickness when forming a thin film, and it is necessary to set the film thickness to 5 nm or more in order to ensure uniformity as an electrode.
[0007]
However, when a Ti layer having a thickness of 5 nm or more is formed on a semiconductor layer having high reactivity with a metal such as InGaAs or InAlAs, an intermediate compound between Ti and the semiconductor by heat applied in a wiring forming process after electrode formation There is a problem in thermal stability, such as a reaction in which the contact resistance is increased, the contact resistance value is increased, or the height of the Schottky barrier is changed.
[0008]
In order to solve such a problem of thermal stability, it has been proposed to use a non-alloy electrode using W having a low reactivity with a semiconductor or a W compound such as WSi or WSiN. A conventional process for forming a non-alloy electrode using a W-based material will be described with reference to FIG. 4 (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2-234442 if necessary).
FIG. 4 is an explanatory view of a manufacturing process of a conventional GaAs field effect transistor, and a non-alloy electrode using a W-based material is used as a Schottky barrier gate electrode of the GaAs field effect transistor.
[0009]
4A. First, an undoped GaAs layer 32 having a thickness of 0.5 μm and a thickness of 2 × 10 18 cm are formed on a semi-insulating GaAs substrate 31 by using MBE (Molecular Beam Epitaxy) method. The n-type GaAs layer 32 having an impurity concentration of −3 is grown sequentially. Next, after depositing the WSi layer 34 using the sputtering method, the LaB 6 layer 35 having a high melting point for relieving stress is deposited using the vapor deposition method, and then again the W layer 36 using the sputtering method. Then, a resist is applied on the entire surface, and exposed and developed to form a resist pattern 37 having a shape corresponding to the gate electrode.
[0010]
Next, referring to FIG. 4B, using the resist pattern 37 as a mask, the W layer 36 is selectively etched by performing dry etching using CF 4 , and then the LaB 6 layer is formed by ion milling using Ar ions. 35 is selectively removed, and dry etching is performed again with an etching gas 38 using CF 4 to selectively etch the WSi layer 34 to form a non-alloy Schottky barrier gate electrode.
[0011]
4C. Next, after removing the resist pattern 37, an ohmic electrode made of Ni / Au / Ge is selectively formed on both sides of the gate electrode to form a source electrode 39 and a drain electrode 40, whereby GaAs The basic structure of the field effect transistor is completed.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described electrode patterning process, it is difficult to form a fine pattern with good processability because the dry etching method and the ion milling method are used, and in the dry etching process or the ion milling process. Since particles such as ions strike the surface of the semiconductor layer, there is a problem that the semiconductor layer is damaged.
[0013]
In order to solve such a problem, a lift-off method may be used. However, when a W-based electrode material is used, the W-based material has a high melting point and a low vapor pressure, so that vapor deposition by resistance heating or electron beam heating is performed. An electrode cannot be formed by this method, and it is necessary to deposit an electrode film using a sputtering method as described above. When the sputtering method is used, there is a problem that the lift-off method cannot be used because the resist is modified by heat during sputtering and cannot be removed by a normal resist removing solution.
[0014]
In addition, refractory metals such as W and WSiN are highly stressed metals, and a large stress is applied to the interface between the electrode and the semiconductor layer. This stress may affect the reliability of the semiconductor element. There is a problem that the electrode is easily peeled off.
Therefore, in the case of the above-described non-alloy gate electrode, the LaB 6 layer 35 is interposed in order to relieve stress, but the problem that the workability of the fine pattern due to the adoption of the sputtering method is still not solved. It is.
[0015]
Accordingly, an object of the present invention is to form a non-alloy electrode that can be finely processed and has low stress by selecting an electrode material.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
Refer to FIG. 1. (1) In the compound semiconductor device of the present invention, as an electrode provided on the compound semiconductor layer 1, the first heat-resistant metal layer 2, the non-heat-resistant metal layer 3, and the W Pd having a thickness of 5 nm or less is interposed between the compound semiconductor layer 1 and the first refractory metal layer 2 using an electrode having a laminated structure in which the second refractory metal layer 4 having higher vapor pressure is sequentially laminated. A binder conductive layer 5 is provided .
[0017]
In this way, by using a metal having a higher vapor pressure than W as the heat-resistant metal, it becomes possible to form a film by vapor deposition, so that the lift-off method can be used, and thereby a fine pattern with excellent thermal stability. This non-alloy electrode can be formed with high accuracy.
Moreover, since the low-resistance non-heat-resistant metal layer 3 is provided between the first heat-resistant metal layer 2 and the second heat-resistant metal layer 4 in order to relieve stress, good conductivity can be obtained. Stress can be relaxed without loss.
In particular, the binder conductive layer 5 made of Pd that can be formed by vapor deposition with a thickness of 5 nm or less between the compound semiconductor layer 1 and the first refractory metal layer 2, that is, on the exposed surface of the compound semiconductor layer 1. Since a conductive layer is provided to reduce the self-oxide and improve the adhesion of the electrode, peeling of the electrode can be prevented by improving the adhesion of the electrode, and contact with the oxide Since the increase in resistance value can be eliminated, the characteristics and reliability of the compound semiconductor device can be improved.
[0018]
(2) Moreover, the present invention is the above (1), wherein at least one of the first heat-resistant metal layer 2 and the second heat-resistant metal layer 4 is composed of either Mo or Mo alloy, Further, the non-heat resistant metal layer 3 is characterized by being composed of any one of Al, Ag, and Au.
[0019]
Thus, as the first heat-resistant metal layer 2 or the second heat-resistant metal layer 4, it is desirable to use Mo that can be deposited by a vapor deposition method, or a Mo alloy such as Mo · Al. As the refractory metal layer 3, stress can be relaxed without impairing good conductivity by using a soft metal with low resistance made of Al, Ag, and Au.
Further, by using Mo or Mo alloy having a thermal expansion coefficient smaller than that of Al, Ag and Au as the second heat-resistant metal layer 4, generation of hillocks formed on the surface of the electrode by application of heat is suppressed. Can do.
The first refractory metal layer 2 and the second refractory metal layer 4 may be made of different materials.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, the manufacturing process of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, but the description of the device structure will be omitted for the sake of simplicity.
2A, first, a resist is applied to the entire surface of the InGaAs layer 11, and exposed to light and developed to form a resist pattern 12 having an electrode forming opening 13 having a width of, for example, 0.15 μm. .
[0023]
Refer to FIG.
Next, after depositing a Pd layer 20 having a thickness of 5 nm or less, for example, 1.0 nm using a resistance heating vapor deposition method, a thickness of the first heat-resistant metal layer is obtained using an electron beam vapor deposition method. but 2 to 50 nm, for example, is deposited Mo layer 14 of 10 nm, then, by the resistance heating evaporation method, a thickness of 100-600 nm, for example, it is deposited Al layer 15 of 300 nm, then again, the electron beam evaporation By using this method, a Mo layer 16 having a thickness of 2 to 50 nm, for example, 10 nm is deposited as the second refractory metal layer.
In this vapor deposition step, a multilayer film composed of the Pd layer 21, the Mo layer 17, the Al layer 18, and the Mo layer 19 is also deposited on the flat surface of the resist pattern 12.
[0024]
Next, referring to FIG. 2C, by removing the resist pattern 12 using a resist stripping solution, the multilayer film composed of the Pd layer 21, the Mo layer 17, the Al layer 18, and the Mo layer 19 is also removed simultaneously. A non-alloy electrode composed of the Pd layer 20, the Mo layer 14, the Al layer 15, and the Mo layer 16 is formed.
[0025]
Thus, in the first embodiment of the present invention, first, since the electrode is formed by the lift-off method, it can be formed without damaging the semiconductor layer and with high processing accuracy. .
[0026]
Second, since the Mo layer 14 serves as a barrier layer for the Al layer 15, In and Al constituting the InGaAs layer do not react to form a high-resistance intermediate compound, and thermal stability is improved. Excellent electrode.
[0027]
Incidentally, the contact resistivity of this non-alloy electrode was measured to be 6.59 × 10 −8 Ω · cm 2 , and this non-alloy electrode was annealed at 350 ° C. for 5 minutes assuming the heat treatment temperature in the wiring formation process. As a result, the contact resistivity after annealing was 3.68 × 10 −8 Ω · cm 2 , indicating that the contact resistivity tended to be improved.
[0028]
On the other hand, the contact resistivity of a conventional alloy electrode made of 35 nm AuGe layer, 11 nm Ni layer, and 254 nm Au layer formed for comparison is 1.32 × 10 −6 Ω · cm 2 , Similarly, the contact resistivity after annealing at 350 ° C. for 5 minutes was 3.19 × 10 −6 Ω · cm 2 , indicating a tendency for the contact resistivity to increase.
In the case of the conventional alloy electrode, it is considered that the reaction between Au and In becomes excessive due to annealing, thereby generating a high-resistance intermediate compound, while the second embodiment of the present invention is performed. In the form, since the Mo layer 14 becomes a barrier layer, Al and In do not react, and it is considered that a thermally stable characteristic can be obtained.
[0029]
Third, by forming the Mo layers 14 and 16 vertically, the stress difference from above and below applied to the intermediate Al layer 15 is reduced, and Mo (linear expansion coefficient α = 3.7-5. Since 3 × 10 −6 / K) has a smaller thermal expansion coefficient than Al (α = 23.1 × 10 −6 / K), generation of hillocks on the electrode surface can be suppressed.
[0030]
Fourth, Al, which is softer than Mo, has low stress, and even if Mo, which has a large stress, is used as an electrode, the stress applied to the entire electrode can be reduced, so that peeling of the electrode can be suppressed. Thereby, the reliability of the compound semiconductor device can be improved.
[0035]
Further, in order to measure the adhesion of the non-alloy electrode, an Al piece was adhered to the uppermost Mo layer 16 with an adhesive, and the force for pulling up the Al piece and peeling the electrode was measured. / Cm 2 .
On the other hand, the adhesion force of the alloy electrode formed for the above comparison is 694 kgf / cm 2 , and therefore, it is confirmed that the non-alloy electrode of the present invention can obtain an adhesion degree equal to or higher than that of the conventional alloy electrode. It was done.
[0036]
Such an improvement in adhesion and low contact resistivity is thought to be due to the use of a highly reducing Pd layer as the binder conductive layer. Pd reduces the natural oxide film formed on the surface of the InGaAs layer 11. Since it reacts with the InGaAs layer 11, it is considered that the adhesion is improved and the resistivity is also lowered.
[0037]
In addition, when the surface state of the non-alloy electrode after annealing at 350 ° C. for 5 minutes was observed, no hillock was observed, but the Pd / Mo / Al three-layer structure electrode formed for comparison was annealed. Later hillocks were observed. This is because, in the case of the non-alloy electrode of the present invention, the Mo layer 16 having a smaller thermal expansion coefficient than the Al layer 15 is provided as the uppermost layer, so that this Mo layer suppresses generation of hillocks due to thermal stress. it is conceivable that.
[0038]
The Pd layer 20 as the binder conductive layer in the first embodiment reacts with the underlying InGaAs layer 11 in the annealing process at 350 ° C. for 5 minutes, but the Pd layer 20 has a thickness of 5 nm or less. Therefore, the reaction between the InGaAs layer 11 and the Pd layer 20 does not proceed excessively to deteriorate the electrical characteristics.
[0039]
Thus, in the first embodiment of the present invention, since the binder conductive layer made of Pd is provided between the first heat-resistant metal layer and the underlying semiconductor layer, the adhesion can be improved. In particular, when a compound semiconductor device is manufactured by batch processing, a natural oxide film is formed on the exposed surface of the semiconductor layer, which is important.
[0040]
Having thus described the implementation of the embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and conditions described in the form of implementation, it can be variously modified in the.
For example, Mo is used as the first heat-resistant metal layer and the second heat-resistant metal layer, but there is no limitation to Mo, and Mo alloys such as Mo / Al may be used. Furthermore, a heat-resistant metal having a high vapor pressure and therefore capable of being formed by an evaporation method and having a low reactivity with the base semiconductor layer may be used.
[0041]
Further, in the implementation described above, although the first refractory metal layer and the second refractory metal layer constituted by the same Mo layer, not necessarily the same metal, to each other, different A metal may be used.
[0042]
Further, in the implementation described above, is used an Al layer as a non-refractory metal to reduce the stress, it is not limited to Al layer, low resistance Au or soft like the Al Ag may be used.
[0043]
Further, in the implementation of the above it is not described in the element structure of a compound semiconductor device in order to simplify the description, the invention, HEMT, MESFET, or, HBT (heterojunction bipolar transistor) such as It is used as an ohmic electrode or a Schottky barrier gate electrode of a high-frequency compound semiconductor device, and further applied to a compound optical semiconductor device such as a semiconductor laser having an InGaAs layer or the like as a cap layer.
[0044]
The underlying semiconductor of the electrode is not limited to an InGaAs layer, but is suitable for a III-V group compound semiconductor layer containing In as a constituent element such as an InAlAs layer or an InGaP layer, but does not contain In. The present invention can be applied to a layer or the like, and can be applied to an n-type layer or a p-type layer as the conductivity type of the underlying semiconductor layer.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, as the electrode provided on the compound semiconductor layer, the first heat-resistant metal layer having a higher vapor pressure than W that can be formed by vapor deposition, the non-heat-resistant metal layer, and the vapor pressure higher than that of W. Because it uses a multilayer structure electrode with a second refractory metal layer, an electrode with excellent thermal stability can be formed by the lift-off method, thereby enabling fine processing without damaging the semiconductor device. become.
[0046]
Further, by providing a binder conductive layer such as a Pd layer between the base semiconductor layer and the first refractory metal layer, the natural oxide film on the surface of the base semiconductor layer can be reduced, so that the adhesion of the electrode Can be improved, and the contact resistivity can be reduced, whereby peeling of the electrode can be prevented.
[0047]
By synergistically exhibiting such effects, it is possible to realize a workable electrode structure with good electrical characteristics and high reliability, thereby improving the performance and reliability of compound semiconductor devices. The place that contributes to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the first embodiment of this invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a conventional GaAs field effect transistor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compound semiconductor layer 2 1st heat resistant metal layer 3 Non heat resistant metal layer 4 2nd heat resistant metal layer 5 Binder conductive layer 11 InGaAs layer 12 Resist pattern 13 Opening 14 Mo layer 15 Al layer 16 Mo layer 17 Mo Layer 18 Al layer 19 Mo layer 20 Pd layer 21 Pd layer 31 Semi-insulating GaAs substrate 32 Undoped GaAs layer 33 n-type GaAs layer 34 WSi layer 35 LaB 6 layer 36 W layer 37 Resist pattern 38 Etching gas 39 Source electrode 40 Drain electrode

Claims (2)

化合物半導体層上に設ける電極として、Wより蒸気圧の高い第1の耐熱性金属層、非耐熱性金属層、及び、Wより蒸気圧の高い第2の耐熱性金属層を順次積層した積層構造からなる電極を用い、前記化合物半導体層と前記第1の耐熱性金属層との間に、厚さが5nm以下のPdからなるバインダー導電層を設けたことを特徴とする化合物半導体装置。As an electrode provided on the compound semiconductor layer, a laminated structure in which a first heat-resistant metal layer having a vapor pressure higher than W, a non-heat-resistant metal layer, and a second heat-resistant metal layer having a vapor pressure higher than W are sequentially laminated. And a binder conductive layer made of Pd having a thickness of 5 nm or less is provided between the compound semiconductor layer and the first refractory metal layer . 上記第1の耐熱性金属層及び第2の耐熱性金属層の内の少なくとも一方が、Mo或いはMo合金のいずれかから構成され、また、上記非耐熱性金属層がAl、Ag、及び、Auの内のいずれか1つから構成されることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体装置。  At least one of the first heat-resistant metal layer and the second heat-resistant metal layer is made of either Mo or Mo alloy, and the non-heat-resistant metal layer is made of Al, Ag, and Au. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device comprises any one of the above.
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