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JPS61183961A - 電極の製造方法 - Google Patents

電極の製造方法

Info

Publication number
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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tungsten nitride
film
tungsten
sputtering
nitride film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP60023634A
Other languages
English (en)
Inventor
Asako Jitsukawa
實川 朝子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP60023634A priority Critical patent/JPS61183961A/ja
Publication of JPS61183961A publication Critical patent/JPS61183961A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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]
    • 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]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/674Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/675Group III-V materials, Group II-VI materials, Group IV-VI materials, selenium or tellurium
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • 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
    • H10D62/85Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/64Electrodes comprising a Schottky barrier to a semiconductor

Landscapes

  • 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。

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。
〔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
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。
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」〕
。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。
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。
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。
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。
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。
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
好な電極構造の製造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・/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。
〔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、3×1017CIIl−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。
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。
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)〕。
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。
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)〕。
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。
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。
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。
〔発明の効果〕
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。
【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。
JP60023634A 1985-02-12 1985-02-12 電極の製造方法 Pending JPS61183961A (ja)

Priority Applications (1)

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JP60023634A JPS61183961A (ja) 1985-02-12 1985-02-12 電極の製造方法

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JP60023634A JPS61183961A (ja) 1985-02-12 1985-02-12 電極の製造方法

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JPS61183961A true JPS61183961A (ja) 1986-08-16

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JP60023634A Pending JPS61183961A (ja) 1985-02-12 1985-02-12 電極の製造方法

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JP (1) JPS61183961A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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US6258219B1 (en) * 1993-09-09 2001-07-10 Applied Materials, Inc. Two-step deposition process for preventing arcs
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