JPS61183961A - 電極の製造方法 - Google Patents
電極の製造方法Info
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- JPS61183961A JPS61183961A JP60023634A JP2363485A JPS61183961A JP S61183961 A JPS61183961 A JP S61183961A JP 60023634 A JP60023634 A JP 60023634A JP 2363485 A JP2363485 A JP 2363485A JP S61183961 A JPS61183961 A JP S61183961A
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- tungsten
- sputtering
- nitride film
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/6729—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
- H10D30/6737—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the electrode materials
- H10D30/6738—Schottky barrier electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/674—Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
- H10D30/675—Group III-V materials, Group II-VI materials, Group IV-VI materials, selenium or tellurium
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/85—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/64—Electrodes comprising a Schottky barrier to a semiconductor
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (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。
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
電極構造の製造方法に関する。
電極構造の製造方法に関する。
m−v族化合物半導体、とりわけ砒化ガリウムは超高速
築積回路を構成する素子用材料として注目されている。
築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、動作層と同一電導型を有する不
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。
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、動作層と同一電導型を有する不
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。
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」〕
。また、特特開59−203231号「半導体装置の製
造方法」 (野崎、実用)の中では、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W2 N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ットキー特性を示
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、W2 N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。
。また、特特開59−203231号「半導体装置の製
造方法」 (野崎、実用)の中では、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W2 N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ットキー特性を示
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、W2 N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。
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W2 N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W2N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
0” dyn/cm2台の圧縮応力が測定された。
素分率を増大させる事によりW2 N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W2N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
0” dyn/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
ー接合の特性はアルミニウ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。
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
ー接合の特性はアルミニウ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lと印加電圧■の
関係式は、 1oCexp (eV/nkT) と書ける。但しkはボルツマン定数、Tは絶対温度、e
は単位電荷で、nは理想値〔ジー(S、M、5Ze)著
、フィジクスオプ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(JOHN 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。
関係式は、 1oCexp (eV/nkT) と書ける。但しkはボルツマン定数、Tは絶対温度、e
は単位電荷で、nは理想値〔ジー(S、M、5Ze)著
、フィジクスオプ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(JOHN 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
ショットキーダイオード10個についてI−V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
トキーをヨリ定した値も示した。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.
09、逆方向耐圧がl、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。
定し求めた。また参考データとしてアルミニウムショッ
トキーをヨリ定した値も示した。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.
09、逆方向耐圧がl、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。
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。
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
好な電極構造の製造方法を提供する事にある。
化膜とm−v族化合物半導体との界面の耐熱性がより良
好な電極構造の製造方法を提供する事にある。
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・/トとして用い放電ガス中に
窒素ガスを導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、スパッタ中の放電ガ
ス圧を2段階に変える事を特徴としている。
に、高融点金属をターゲ・/トとして用い放電ガス中に
窒素ガスを導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、スパッタ中の放電ガ
ス圧を2段階に変える事を特徴としている。
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。
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、3×1017CIIl−3の電子
濃度を有するSi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1:3:1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。
濃度を有するSi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1:3:1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、砒化ガリウム基板lの表面に窒化タングステン
薄膜2を100人の厚さに反応性スパッタリングにより
堆積させた〔第1図(b)〕。反応性スパッタリングは
次の条件で行った。砒化ガリウム基板1をスパッタ装置
内に導入した後、試料室を10−7torrまで排気し
、アルゴン及び窒素の混合ガスを5 X 10−3to
rrの圧力まで導入した。
薄膜2を100人の厚さに反応性スパッタリングにより
堆積させた〔第1図(b)〕。反応性スパッタリングは
次の条件で行った。砒化ガリウム基板1をスパッタ装置
内に導入した後、試料室を10−7torrまで排気し
、アルゴン及び窒素の混合ガスを5 X 10−3to
rrの圧力まで導入した。
窒素分率を30%にしたこの−ような混合雰囲気中でタ
ングステンターゲットをスパッタリングする事により1
00人厚0窒化タングステン薄膜2を形成させた。次い
で窒素分率は30%に維持した状態で試料室の圧力を1
0−2torrにし再びスパッタリングを行う事により
、5000人厚の窒化タングステン膜3を形成させた〔
第1図(C)〕。
ングステンターゲットをスパッタリングする事により1
00人厚0窒化タングステン薄膜2を形成させた。次い
で窒素分率は30%に維持した状態で試料室の圧力を1
0−2torrにし再びスパッタリングを行う事により
、5000人厚の窒化タングステン膜3を形成させた〔
第1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リング装置であり、パワー600
W、基板温度200℃の条件で行った。
マグネトロンスパッタリング装置であり、パワー600
W、基板温度200℃の条件で行った。
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SF6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)〕。
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SF6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)〕。
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とのオーミック電極6の形成は次の
手順で行った。基板裏面に金(A u) ・ゲルマニ
ウム(Ge)及びニッケル(Ni)を蒸着し400℃で
2分間、水素雰囲気下でアロイ処理を施した。
手順で行った。基板裏面に金(A u) ・ゲルマニ
ウム(Ge)及びニッケル(Ni)を蒸着し400℃で
2分間、水素雰囲気下でアロイ処理を施した。
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)〕。
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窒化タングステン膜を2段階の放
電ガス圧で形成させる方法をとる事により、W2N10
0%の組成よりなる窒化タングステン膜を砒化ガリウム
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
部応力は放電ガス圧に依存し、放電ガス圧の低い領域で
は圧縮応力が現れ、圧力を増大させるとそれが引張り応
力に変わる(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、放電
ガス圧5 X 10’torrで窒化タングステン膜2
を形成させた後に、放電ガス圧1O−2torrで所望
の厚さに窒化タングステン膜3を形成させる。スパッタ
中の放電ガス圧の違いから、窒化タングステン膜2は圧
縮応力を示し、窒化タングステン膜3は引張り応力を示
す。その結果、合計される窒化タングステン膜の応力は
相殺され、砒化ガリウム基板上に剥離する事なく窒化タ
ングステン膜を形成させる事ができる。
電ガス圧で形成させる方法をとる事により、W2N10
0%の組成よりなる窒化タングステン膜を砒化ガリウム
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
部応力は放電ガス圧に依存し、放電ガス圧の低い領域で
は圧縮応力が現れ、圧力を増大させるとそれが引張り応
力に変わる(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、放電
ガス圧5 X 10’torrで窒化タングステン膜2
を形成させた後に、放電ガス圧1O−2torrで所望
の厚さに窒化タングステン膜3を形成させる。スパッタ
中の放電ガス圧の違いから、窒化タングステン膜2は圧
縮応力を示し、窒化タングステン膜3は引張り応力を示
す。その結果、合計される窒化タングステン膜の応力は
相殺され、砒化ガリウム基板上に剥離する事なく窒化タ
ングステン膜を形成させる事ができる。
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。
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InPあるいは■nGaAs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。
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InPあるいは■nGaAs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。また、放電ガス圧は5×10 ’ t
orrs 10−2torrの2段階を用いたが、放電
ガス圧と発生する応力の関係はスパッタ装置依存性があ
り、有効な放電ガス圧は装置によって異なる事は明らか
である。
言うまでもない。また、放電ガス圧は5×10 ’ t
orrs 10−2torrの2段階を用いたが、放電
ガス圧と発生する応力の関係はスパッタ装置依存性があ
り、有効な放電ガス圧は装置によって異なる事は明らか
である。
以上説明したように、本発明によればm−v族化合物半
導体基板上に100%の高融点金属窒化物より成る膜を
形成することができるので、耐熱性が良好でかつ基板よ
り剥離することのない安定した電極構造を製造すること
ができる。
導体基板上に100%の高融点金属窒化物より成る膜を
形成することができるので、耐熱性が良好でかつ基板よ
り剥離することのない安定した電極構造を製造すること
ができる。
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
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)
- (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導入させる
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、スパッタ中の放電ガス圧を2段階に変える
事を特徴とする電極の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60023634A JPS61183961A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60023634A JPS61183961A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 電極の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61183961A true JPS61183961A (ja) | 1986-08-16 |
Family
ID=12116008
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60023634A Pending JPS61183961A (ja) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | 電極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61183961A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63181480A (ja) * | 1987-01-12 | 1988-07-26 | アイテイーテイー・インダストリーズ・インコーポレーテツド | 自己整列ひ化ガリウム装置の製造方法 |
US5341015A (en) * | 1989-03-29 | 1994-08-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device with reduced stress on gate electrode |
US6258219B1 (en) * | 1993-09-09 | 2001-07-10 | Applied Materials, Inc. | Two-step deposition process for preventing arcs |
US7851831B2 (en) | 2007-04-03 | 2010-12-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Transistor |
-
1985
- 1985-02-12 JP JP60023634A patent/JPS61183961A/ja active Pending
Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
JPS63181480A (ja) * | 1987-01-12 | 1988-07-26 | アイテイーテイー・インダストリーズ・インコーポレーテツド | 自己整列ひ化ガリウム装置の製造方法 |
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US6258219B1 (en) * | 1993-09-09 | 2001-07-10 | Applied Materials, Inc. | Two-step deposition process for preventing arcs |
US7851831B2 (en) | 2007-04-03 | 2010-12-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Transistor |
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