JP3768348B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3768348B2 JP3768348B2 JP04211598A JP4211598A JP3768348B2 JP 3768348 B2 JP3768348 B2 JP 3768348B2 JP 04211598 A JP04211598 A JP 04211598A JP 4211598 A JP4211598 A JP 4211598A JP 3768348 B2 JP3768348 B2 JP 3768348B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- ohmic contact
- semiconductor device
- iii
- manufacturing
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノンアロイ系のオーミックコンタクトを有するIII−V族系化合物半導体よりなる半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III−V族系化合物半導体デバイスは、高速動作が要求される種々のプロダクトに応用されている。例えば、ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴは携帯電話などの移動体通信システムなどに、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）は衛星放送受信用アンテナなどに広く利用されている。
【０００３】
これら半導体装置からの配線の引き出しは、III−V族化合物半導体層表面にオーミックコンタクト領域を設けることにより金属配線層と化合物半導体層との間のショットキーバリア幅を低減することにより行われている。高速動作が要求される上記の半導体装置では、オーミックコンタクトの性能がデバイス特性に直接影響を及ぼすため、よりコンタクト抵抗が低く、且つ、よりオーミック性に優れたオーミックコンタクトの形成が望まれている。
【０００４】
以下、III−V族系化合物半導体の代表的なものであるｎ形ＧａＡｓを例に挙げ、従来のオーミックコンタクトの構造及び製造方法について説明する。
ＧａＡｓは、その表面に多くの界面準位を有するため、ＧａＡｓ上に金属膜を直接形成するとフェルミレベルピンニングにより金属の種類によらず約０．８ｅＶ程度の高いショットキー障壁が形成される。このため、ｎ形ＧａＡｓの場合には、ＧａＡｓ上に例えばＡｕＧｅＮｉ合金を堆積してＧａＡｓとの間でアロイ化し、オーミックコンタクト層を形成している。
【０００５】
アロイ化によりオーミックコンタクトを形成する上記の系では、ＧａＡｓ表面近傍にｎ形ドーパントのＧｅを高濃度に拡散させることでショットキー障壁層を薄くし、電子をトンネルしやすくすることでオーミックコンタクトを実現するものである。しかしながら、熱処理によるＧｅの拡散の制御は困難なため、製造過程における制御性や信頼性を高めるためには熱処理を施さないノンアロイによりオーミックコンタクトを形成することが望ましい。
【０００６】
ノンアロイによるオーミックコンタクトを形成するためには、フェルミレベルピンニングを解除し、ＧａＡｓとの仕事関数差の小さい金属を接触させることによりショットキー障壁の高さを低減することが必要である。
本願発明者等は、かかる観点からノンアロイによるオーミックコンタクトの形成を試みており、特願平８−２４８１７０号明細書において、原料にターシャリブチルガリウムサルファイドキュベン（tertiary-butyl-gallium-sulfide cubane、化学式：（（ｔ−Ｂｕ）ＧａＳ）4）を用いたＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長：Molecular Beam Epitaxy）法によりＧａＡｓ上にＧａＳ層を堆積することにより、ＧａＡｓ表面の表面準位密度を５×１０10ｅＶ-1ｃｍ-2まで低減できることを示している。
【０００７】
また、図１２に示すように、仕事関数の異なる金属（Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ）をＧａＡｓ上のＧａＳ層上に形成した場合には、これら組み合わせによるＩ−Ｖ特性が顕著な変化をすることから、ＧａＳ層をＧａＡｓ上に形成することによりＧａＡｓ表面のフェルミレベルピンニングが解除されることが明らかとなっている。
そして、上記の組み合わせにおいて、ＧａＡｓとの仕事関数差が最も小さいＴｉ層をＧａＳ層上に形成した場合には、オーミックライクなＩ−Ｖ特性が得られており、このときのコンタクト抵抗率は約４×１０-3Ωｃｍ2であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｔｉ層／ＧａＳ層／ｎ+−ＧａＡｓ構造によりオーミックコンタクトを形成する上記従来の半導体装置では、コンタクト抵抗率が、従来のＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系の場合に得られる１０-6Ωｃｍ2台のコンタクト抵抗率と比較して極めて高く、アロイ系のオーミックコンタクトに置き換えるに十分な特性を有しているとはいえない。
【０００９】
本発明の目的は、アロイ系のオーミックコンタクトにより得られるコンタクト抵抗率と遜色のないコンタクト抵抗率を得られるノンアロイのオーミックコンタクトを有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、III−V族化合物半導体層と、前記III−V族化合物半導体層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、前記オーミックコンタクト層上に形成された金属層とを有することを特徴とする半導体装置によって達成される。このようにして半導体装置を構成することにより、III−V族化合物半導体層と金属層との間のコンタクト抵抗を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しい程度にまで低減することができる。
【００１１】
また、上記目的は、半導体基板上に形成されたチャネル層と、前記チャネル層上に形成された電子供給層と、前記電子供給層上に形成されたIII−V族化合物半導体よりなるコンタクト層と、前記コンタクト層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、前記オーミックコンタクト層上に形成されたソース／ドレイン電極と前記ソース／ドレイン電極の間の前記電子供給層上に形成されたゲート電極とを有することを特徴とする半導体装置によっても達成される。このようにして半導体装置を構成することにより、ソース／ドレイン電極とコンタクト層との間のコンタクト抵抗を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しい程度にまで低減することができる。これにより、信頼性に優れた低抵抗のオーミックコンタクト層を有する半導体装置を制御性よく形成することができる。
【００１２】
また、上記の半導体装置において、前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＳ層、又はＴｉＳ層であることが望ましい。
また、上記の半導体装置において、前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＳｅ層、又はＴｉＳｅ層であることが望ましい。
また、上記の半導体装置において、前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＴｅ層、又はＴｉＴｅ層であることが望ましい。
【００１３】
また、上記の半導体装置において、前記III−V族化合物半導体層は、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＡｌＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、ＩｎＡｌＰ層、ＩｎＧａＡｌＡｓ層、ＩｎＧａＡｌＰ層、ＩｎＰ層、ＧａＰ層又はＡｌＰ層であることが望ましい。
また、上記目的は、III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物を含む層よりなるオーミックコンタクト層を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法によっても達成される。このようにして半導体装置を製造することにより、III−V族化合物半導体層上に、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しいコンタクト抵抗を有するオーミックコンタクト層を形成することができる。
【００１４】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記オーミックコンタクト層は、分子線エピタキシャル成長法により成長することが望ましい。上記のオーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＭＢＥ法により直に形成することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＳ層を形成する工程と、前記ＧａＳ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、前記ＧａＳ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＳを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程とを有することが望ましい。上記のオーミックコンタクト層は、ＧａＳ層とＴｉ層を反応させることにより形成することができる。
【００１５】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＳｅ層を形成する工程と、前記ＧａＳｅ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、前記ＧａＳｅ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＳｅを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程とを有することが望ましい。上記のオーミックコンタクト層は、ＧａＳｅ層とＴｉ層を反応させることにより形成することができる。
【００１６】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＴｅ層を形成する工程と、前記ＧａＴｅ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、前記ＧａＴｅ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＴｅを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程とを有することが望ましい。上記のオーミックコンタクト層は、ＧａＴｅ層とＴｉ層を反応させることにより形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による半導体装置及びその製造方法について図１乃至図８を用いて説明する。
図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図２乃至図４は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図５はオーミックコンタクト層の形成過程における反応形態を示す概略断面図、図６は本実施形態による半導体装置の電気特性を測定するために用いた測定パターンの構造を示す概略断面図、図７は本実施形態による半導体装置におけるオーミックコンタクト層の電気特性を示すグラフ、図８はコンタクト抵抗率と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【００１８】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図１を用いて説明する。
ＧａＡｓ基板１０上には、アンドープのＧａＡｓよりなるバッファ層１２が形成されている。バッファ層１２上には、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓよりなるチャネル層１４が形成されている。チャネル層１４上には、ｎ+−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓよりなる電子供給層１６が形成されている。電子供給層１６上には、ｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８が形成されている。コンタクト層１８にはリセス領域２２が設けられており、リセス領域２２内に露出する電子供給層上にはＡｌよりなるゲート電極３６が形成されている。コンタクト層１８上には、ＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０が形成されている。オーミックコンタクト層３０上には、ソース／ドレイン電極３２が形成されている。こうして、高電子移動度トランジスタが構成されている。
【００１９】
ここで、本実施形態による半導体装置は、半導体層と金属層との間のオーミック接続を実現するために設けるオーミックコンタクト層３０として、ＴｉＧａＳ層が用いられていることに特徴がある。すなわち、ＴｉＧａＳ層中のＳ（硫黄）はコンタクト層１８のパッシベーションとして機能してＧａＡｓの表面準位密度の低減に寄与する。また、ＴｉＧａＳ層は金属的な振舞いをし、オーミックコンタクトの抵抗値自体が低減される。したがって、このように半導体装置を構成することにより、コンタクト特性を大幅に向上することができる。
【００２０】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図２乃至図４を用いて説明する。
まず、ＧａＡｓ基板１０上に、ＭＢＥ法により、膜厚約５００ｎｍのアンドープのＧａＡｓよりなるバッファ層１２と、膜厚約１５ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓよりなるチャネル層１４と、膜厚約１５ｎｍ、ドナー濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ+−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓよりなる電子供給層１６と、膜厚約１０ｎｍ、ドナー濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８とを順次エピタキシャル成長する（図２（ａ））。成長条件は、例えば、基板温度を５８０℃、ＧａＡｓの成長速度を１μｍ／ｈ、ＡｌＧａＡｓの成長速度を１．３μｍ／ｈとする。
【００２１】
次いで、このようにエピタキシャル結晶層を成長したＧａＡｓ基板１０を、ＧａＳ層の成膜用のＭＢＥ装置に導入し、トリスジメチルアミノ砒素（Trisdimethylaminoarsine、化学式：Ａｓ［Ｎ（ＣＨ3）2］3）を用いた基板表面のクリーニングを行う。トリスジメチルアミノ砒素は、低温で酸化膜を除去する効果を有しており、トリスジメチルアミノ砒素を基板表面に照射することにより表面酸化膜を除去することができる。クリーニングの条件は、例えば、基板温度を５００℃、トリスジメチルアミノ砒素の流量を０．２ｓｃｃｍ、処理時間を５分間とする。
【００２２】
続いて、ｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８上に、ＭＢＥ法により、膜厚約１５ｎｍのアモルファスＧａＳ層２０を堆積する（図２（ｂ））。例えば、基板温度を３５０℃とし、１００℃に加熱したクヌードセンセル（Knudsen cell）のＰＢＮクルーシブル（crucible）内に載置された原料の（（ｔ−Ｂｕ）ＧａＳ）4をシャッター開放により基板上に照射し、ＧａＳ層２０を成長する。
【００２３】
この後、ＧａＳ層２０とコンタクト層１８とをエッチングし、電子供給層１６上にゲート電極を形成するためのリセス領域２２を形成する（図２（ｃ））。
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、膜厚約１００ｎｍのＳｉＯＮ膜２４を形成する（図３（ａ））。ＳｉＯＮ膜２４は層間絶縁膜として機能する。
続いて、コンタクト層１８上のＳｉＯＮ膜２４に、オーミックコンタクト領域を形成するための開口部２６を形成する。
【００２４】
この後、全面に、膜厚約１０ｎｍのＴｉ（チタン）層と、膜厚約４０ｎｍのＰｔ（プラチナ）層と、膜厚約３００ｎｍのＡｕ（金）層とを順次蒸着する。
次いで、リフトオフにより、開口部２６内にのみＡｕ層／Ｐｔ層／Ｔｉ層よりなる導電層２８を残存させる（図３（ｂ））。
続いて、例えば３００℃１０分間の熱処理を行い、ＧａＳ層２０とＴｉ層との反応層であるオーミックコンタクト層３０と、Ａｕ層／Ｐｔ層／Ｔｉ層よりなるソース／ドレイン電極３２とを形成する。
【００２５】
この熱処理では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｔｉ層２８ａ中のＴｉとＧａＳ層２０中のＧａとの置換反応が生じ、ｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８上には、ＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０が形成される。また、オーミックコンタクト層３０上には、一部のＴｉがＧａと置換されたＴｉＧａ層２８ｃが形成される。このようにＴｉＧａＳ層が形成されると、ＴｉＧａＳ層中のＳ（硫黄）はコンタクト層１８のパッシベーションとして機能して、ＧａＡｓの表面準位密度が低減される。また、ＴｉＧａＳ層は、金属的な振舞いをすることになる。これにより、Ｐｔ層とコンタクト層１８との間にはオーミックコンタクトが形成されることとなる。
【００２６】
この後、リセス領域２２上のＳｉＯＮ膜２４に、ゲート電極を形成するための開口部３４を形成する。
次いで、全面に、例えば真空蒸着法により、膜厚約２００ｎｍのＡｌ（アルミ）層を堆積してリフトオフし、開口部３４内にＡｌ層よりなるゲート電極３６を形成する。
【００２７】
これにより、オーミックコンタクト層３０のコンタクト抵抗及びオーミック性が改善されたＨＥＭＴを形成することができる。
このようにして形成したオーミックコンタクト層３０における電気的特性を測定するため、図６に示すような測定用パターンを形成した。
図６に示す測定用パターンは、ＧａＡｓ基板４０上に、ｎ+−ＧａＡｓ層４２をエピタキシャル成長し、上述した方法と同様の方法により、ＧａＳ層４４、導電層４６を形成し、この後、オーミックコンタクト層を形成するための熱処理を行ったものである。また、一部の試料については、比較のためオーミックコンタクト層を形成するための熱処理を行わなかった。
【００２８】
このようにして形成した測定用パターンについて電流−電圧特性を測定したところ、図７に示すように、熱処理を行わなかった試料ではコンタクト抵抗率が約４×１０-3Ωｃｍ2であったが、熱処理を行った試料ではコンタクト抵抗率を約４×１０-6Ωｃｍ2まで低減することができた。この値は、従来のＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系の場合に得られる１０-6Ωｃｍ2台のコンタクト抵抗率と遜色のないものである。
【００２９】
図８はコンタクト抵抗率と熱処理時間との関係を示したグラフである。図中、○は熱処理温度を３５０℃とした場合を、●は熱処理温度を３００℃とした場合を示している。
図示するように、熱処理温度を３００℃とした場合、最初の約十分間はコンタクト抵抗率は徐々に低下するが、その後、コンタクト抵抗率は上昇する。これは、熱処理の初期段階ではコンタクト層１８上にＴｉＧａＳ層が形成されることによりコンタクト抵抗率が低下するが、更に熱処理を続けるとコンタクト層１８内にまでＴｉが拡散し、コンタクト層１８内の抵抗値増加させるためと考えられる。
【００３０】
また、熱処理温度を３５０℃とした場合、約１分間の熱処理によってコンタクト抵抗率を約３×１０-6Ωｃｍ2まで低減することができるが、熱処理時間の増加とともに急激に増加する。
このように、オーミックコンタクト層３０のコンタクト抵抗率は、熱処理条件やＧａＳ層の膜厚によって大きく変化する。したがって、オーミックコンタクト層３０を形成するための熱処理条件は、ＧａＳ層の膜厚などに応じて適宜設定することが望ましい。すなわち、コンタクト層１８内にまでＴｉが拡散するとコンタクト層１８内の抵抗値を上昇させることとなるので、熱処理条件は、少なくともＴｉ層中のＴｉとＧａＳ層中のＧａとの置換反応が生じる条件であって、Ｔｉ層中のＴｉがコンタクト層１８中に拡散しない範囲で設定する必要がある。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、ｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８上にＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０を形成するので、コンタクト領域におけるコンタクト抵抗率を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系の場合に得られるコンタクト抵抗率とほぼ等しいほどにまで低減することができる。これにより、信頼性に優れたオーミックコンタクト層を制御性よく形成することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、ＧａＡｓ上に、ＧａＳ層、Ｔｉ層を堆積し、熱処理によってＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０を形成したが、ＧａＳ層２０中のＧａをすべてＴｉにより置換し、ＴｉＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０を形成してもよい。ＧａＡｓの表面準位をパッシベーションする効果を有するＳを含み、ＧａＡｓに対する仕事関数差の小さいＴｉが含まれていれば上述と同様の効果を得ることができるので、少なくともオーミックコンタクト層３０には、Ｔｉ及びＳが含まれていればよい。
【００３３】
また、ＧａＡｓの表面準位をパッシベーションする効果を有する他の元素として、例えば、Ｓｅ（セレン）やＴｅ（テルル）を用いることもできる。
すなわち、ＧａＡｓのコンタクト層１８上に、ＧａＳｅ層又はＧａＴｅ層と、Ｔｉ層とを堆積して熱処理を行い、ＴｉＧａＳｅ層（或いはＴｉＳｅ層）よりなるオーミックコンタクト層３０ａを形成し（図９）、又はＴｉＧａＴｅ層（或いはＴｉＴｅ層）よりなるオーミックコンタクト層３０ｂを形成することによっても（図１０）、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
これらの膜を堆積する際には、原料として、例えばターシャリブチルガリウムセレナイドキュベン（tertiary-butyl-gallium-selenide cubane、化学式：（（ｔ−Ｂｕ）ＧａＳｅ）4）、ターシャリブチルガリウムテルライドキュベン（tertiary-butyl-gallium-telluride cubane、化学式：（（ｔ−Ｂｕ）ＧａＴｅ）4）、固体Ｇａ、固体Ｓｅ、固体Ｔｅを用いることができる。
【００３５】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置及びその製造方法について図１１を用いて説明する。
図１１は本実施形態による半導体装置の構造及び製造方法を示す概略断面図である。
【００３６】
第１実施形態による半導体装置及びその製造方法では、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応させてコンタクト層１８上にＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３２を形成したが、ＴｉＧａＳ層のもたらす上述の効果は、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応しなければ得られないというものではない。すなわち、ＧａＡｓ上に、ＴｉＧａＳ層を直接成長することによっても上述したと同様の低抵抗のオーミックコンタクト層３０を形成することができる。
【００３７】
すなわち、図２（ｂ）に示す工程において、ＧａＳ層２０を形成する代わりにＴｉＧａＳ層を直に形成してこれをオーミックコンタクト層３０とし（図１１（ａ））、その上層にソース／ドレイン電極３２を堆積することによっても、コンタクト抵抗率が低く信頼性に優れたオーミックコンタクト層を制御性よく形成することができる（図１１（ｂ））。
【００３８】
なお、ＴｉＧａＳ層４８の形成には、固体Ｇａ、Ｔｉ（Ｓ−ｔ−Ｂｕ）4を原料に用いたＭＢＥ法を適用することができる。
このように、本実施形態によれば、ＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０を、ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８上に直に形成するので、コンタクト領域におけるコンタクト抵抗率を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系の場合に得られるコンタクト抵抗率とほぼ等しいほどにまで低減することができる。これにより、信頼性に優れたオーミックコンタクト層を制御性よく形成することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、オーミックコンタクト層３０として、ＴｉＧａＳ層４８を適用したが、第１実施形態において示したように、ＴｉＧａＳ層の代わりにＴｉＳ層を形成することによっても同様の効果を得ることができる。また、ＧａＡｓ上に、ＴｉＧａＳｅ層（或いはＴｉＳｅ層）又はＴｉＧａＴｅ層（或いはＴｉＴｅ層）よりなるオーミックコンタクト層３０を形成することによっても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記第１及び第２上記実施形態では、ＧａＡｓ上にオーミックコンタクト層を形成する場合を例に説明したが、ＧａＡｓと同族である他のIII−V族化合物半導体によっても同様の効果を得ることができる。例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＰ、ＧａＰ又はＡｌＰなどの化合物半導体であっても、上述の構造により低抵抗のオーミックコンタクト層を形成することができる。
【００４１】
また、上記第１及び第２実施形態では、本発明によるオーミックコンタクト層をＨＥＭＴに適用した場合について示したが、III−V族系化合物半導体と金属層とのオーミックコンタクトを有する種々の半導体装置に適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、III−V族化合物半導体層と、III−V族化合物半導体層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、オーミックコンタクト層上に形成された金属層とにより半導体装置を構成するので、III−V族化合物半導体層と金属層との間のコンタクト抵抗を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しい程度にまで低減することができる。
【００４３】
また、半導体基板上に形成されたチャネル層と、チャネル層上に形成された電子供給層と、電子供給層上に形成されたIII−V族化合物半導体よりなるコンタクト層と、コンタクト層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、オーミックコンタクト層上に形成されたソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極の間の電子供給層上に形成されたゲート電極とにより半導体装置を構成するので、ソース／ドレイン電極とコンタクト層との間のコンタクト抵抗を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しい程度にまで低減することができる。これにより、信頼性に優れた低抵抗のオーミックコンタクト層を有する半導体装置を制御性よく形成することができる。
【００４４】
また、III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層を形成する工程を有する半導体装置の製造方法により半導体装置を製造することにより、III−V族化合物半導体層上に、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しいコンタクト抵抗を有するオーミックコンタクト層を形成することができる。
【００４５】
また、上記の半導体装置の製造方法において、オーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＭＢＥ法により直に形成することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、オーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＧａＳ層を形成する工程と、ＧａＳ層上にＴｉ層を形成する工程と、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応させる工程とにより形成することができる。
【００４６】
また、上記の半導体装置の製造方法において、オーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＧａＳ層を形成する工程と、ＧａＳｅ層上にＴｉ層を形成する工程と、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応させる工程とにより形成することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、オーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＧａＳ層を形成する工程と、ＧａＴｅ層上にＴｉ層を形成する工程と、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応させる工程とにより形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図５】オーミックコンタクト層の形成過程における反応形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による半導体装置の電気特性を測定するために用いた測定パターンの構造を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による半導体装置におけるオーミックコンタクト層の電気特性を示すグラフである。
【図８】コンタクト抵抗率と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図９】第１実施形態の変形例による半導体装置及びその製造方法を示す概略断面図（その１）である。
【図１０】第１実施形態の変形例による半導体装置及びその製造方法を示す概略断面図（その２）である。
【図１１】本発明の第２実施形態による半導体装置の構造及びその製造方法を示す概略断面図である。
【図１２】従来の半導体装置におけるコンタクト部の電流−電圧特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…ＧａＡｓ基板
１２…バッファ層
１４…チャネル層
１６…電子供給層
１８…コンタクト層
２０…ＧａＳ層
２２…リセス領域
２４…ＳｉＯＮ膜
２６…開口部
２８…導電層
３０…オーミックコンタクト層
３２…ソース／ドレイン電極
３４…開口部
３６…ゲート電極
４０…ＧａＡｓ基板
４２…ｎ+−ＧａＡｓ層
４４…ＧａＳ層
４６…導電層
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノンアロイ系のオーミックコンタクトを有するIII−V族系化合物半導体よりなる半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III−V族系化合物半導体デバイスは、高速動作が要求される種々のプロダクトに応用されている。例えば、ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴは携帯電話などの移動体通信システムなどに、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）は衛星放送受信用アンテナなどに広く利用されている。
【０００３】
これら半導体装置からの配線の引き出しは、III−V族化合物半導体層表面にオーミックコンタクト領域を設けることにより金属配線層と化合物半導体層との間のショットキーバリア幅を低減することにより行われている。高速動作が要求される上記の半導体装置では、オーミックコンタクトの性能がデバイス特性に直接影響を及ぼすため、よりコンタクト抵抗が低く、且つ、よりオーミック性に優れたオーミックコンタクトの形成が望まれている。
【０００４】
以下、III−V族系化合物半導体の代表的なものであるｎ形ＧａＡｓを例に挙げ、従来のオーミックコンタクトの構造及び製造方法について説明する。
ＧａＡｓは、その表面に多くの界面準位を有するため、ＧａＡｓ上に金属膜を直接形成するとフェルミレベルピンニングにより金属の種類によらず約０．８ｅＶ程度の高いショットキー障壁が形成される。このため、ｎ形ＧａＡｓの場合には、ＧａＡｓ上に例えばＡｕＧｅＮｉ合金を堆積してＧａＡｓとの間でアロイ化し、オーミックコンタクト層を形成している。
【０００５】
アロイ化によりオーミックコンタクトを形成する上記の系では、ＧａＡｓ表面近傍にｎ形ドーパントのＧｅを高濃度に拡散させることでショットキー障壁層を薄くし、電子をトンネルしやすくすることでオーミックコンタクトを実現するものである。しかしながら、熱処理によるＧｅの拡散の制御は困難なため、製造過程における制御性や信頼性を高めるためには熱処理を施さないノンアロイによりオーミックコンタクトを形成することが望ましい。
【０００６】
ノンアロイによるオーミックコンタクトを形成するためには、フェルミレベルピンニングを解除し、ＧａＡｓとの仕事関数差の小さい金属を接触させることによりショットキー障壁の高さを低減することが必要である。
本願発明者等は、かかる観点からノンアロイによるオーミックコンタクトの形成を試みており、特願平８−２４８１７０号明細書において、原料にターシャリブチルガリウムサルファイドキュベン（tertiary-butyl-gallium-sulfide cubane、化学式：（（ｔ−Ｂｕ）ＧａＳ）4）を用いたＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長：Molecular Beam Epitaxy）法によりＧａＡｓ上にＧａＳ層を堆積することにより、ＧａＡｓ表面の表面準位密度を５×１０10ｅＶ-1ｃｍ-2まで低減できることを示している。
【０００７】
また、図１２に示すように、仕事関数の異なる金属（Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ）をＧａＡｓ上のＧａＳ層上に形成した場合には、これら組み合わせによるＩ−Ｖ特性が顕著な変化をすることから、ＧａＳ層をＧａＡｓ上に形成することによりＧａＡｓ表面のフェルミレベルピンニングが解除されることが明らかとなっている。
そして、上記の組み合わせにおいて、ＧａＡｓとの仕事関数差が最も小さいＴｉ層をＧａＳ層上に形成した場合には、オーミックライクなＩ−Ｖ特性が得られており、このときのコンタクト抵抗率は約４×１０-3Ωｃｍ2であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｔｉ層／ＧａＳ層／ｎ+−ＧａＡｓ構造によりオーミックコンタクトを形成する上記従来の半導体装置では、コンタクト抵抗率が、従来のＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系の場合に得られる１０-6Ωｃｍ2台のコンタクト抵抗率と比較して極めて高く、アロイ系のオーミックコンタクトに置き換えるに十分な特性を有しているとはいえない。
【０００９】
本発明の目的は、アロイ系のオーミックコンタクトにより得られるコンタクト抵抗率と遜色のないコンタクト抵抗率を得られるノンアロイのオーミックコンタクトを有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、III−V族化合物半導体層と、前記III−V族化合物半導体層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、前記オーミックコンタクト層上に形成された金属層とを有することを特徴とする半導体装置によって達成される。このようにして半導体装置を構成することにより、III−V族化合物半導体層と金属層との間のコンタクト抵抗を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しい程度にまで低減することができる。
【００１１】
また、上記目的は、半導体基板上に形成されたチャネル層と、前記チャネル層上に形成された電子供給層と、前記電子供給層上に形成されたIII−V族化合物半導体よりなるコンタクト層と、前記コンタクト層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、前記オーミックコンタクト層上に形成されたソース／ドレイン電極と前記ソース／ドレイン電極の間の前記電子供給層上に形成されたゲート電極とを有することを特徴とする半導体装置によっても達成される。このようにして半導体装置を構成することにより、ソース／ドレイン電極とコンタクト層との間のコンタクト抵抗を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しい程度にまで低減することができる。これにより、信頼性に優れた低抵抗のオーミックコンタクト層を有する半導体装置を制御性よく形成することができる。
【００１２】
また、上記の半導体装置において、前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＳ層、又はＴｉＳ層であることが望ましい。
また、上記の半導体装置において、前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＳｅ層、又はＴｉＳｅ層であることが望ましい。
また、上記の半導体装置において、前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＴｅ層、又はＴｉＴｅ層であることが望ましい。
【００１３】
また、上記の半導体装置において、前記III−V族化合物半導体層は、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＡｌＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、ＩｎＡｌＰ層、ＩｎＧａＡｌＡｓ層、ＩｎＧａＡｌＰ層、ＩｎＰ層、ＧａＰ層又はＡｌＰ層であることが望ましい。
また、上記目的は、III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物を含む層よりなるオーミックコンタクト層を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法によっても達成される。このようにして半導体装置を製造することにより、III−V族化合物半導体層上に、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しいコンタクト抵抗を有するオーミックコンタクト層を形成することができる。
【００１４】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記オーミックコンタクト層は、分子線エピタキシャル成長法により成長することが望ましい。上記のオーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＭＢＥ法により直に形成することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＳ層を形成する工程と、前記ＧａＳ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、前記ＧａＳ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＳを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程とを有することが望ましい。上記のオーミックコンタクト層は、ＧａＳ層とＴｉ層を反応させることにより形成することができる。
【００１５】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＳｅ層を形成する工程と、前記ＧａＳｅ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、前記ＧａＳｅ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＳｅを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程とを有することが望ましい。上記のオーミックコンタクト層は、ＧａＳｅ層とＴｉ層を反応させることにより形成することができる。
【００１６】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＴｅ層を形成する工程と、前記ＧａＴｅ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、前記ＧａＴｅ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＴｅを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程とを有することが望ましい。上記のオーミックコンタクト層は、ＧａＴｅ層とＴｉ層を反応させることにより形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による半導体装置及びその製造方法について図１乃至図８を用いて説明する。
図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図２乃至図４は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図５はオーミックコンタクト層の形成過程における反応形態を示す概略断面図、図６は本実施形態による半導体装置の電気特性を測定するために用いた測定パターンの構造を示す概略断面図、図７は本実施形態による半導体装置におけるオーミックコンタクト層の電気特性を示すグラフ、図８はコンタクト抵抗率と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【００１８】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図１を用いて説明する。
ＧａＡｓ基板１０上には、アンドープのＧａＡｓよりなるバッファ層１２が形成されている。バッファ層１２上には、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓよりなるチャネル層１４が形成されている。チャネル層１４上には、ｎ+−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓよりなる電子供給層１６が形成されている。電子供給層１６上には、ｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８が形成されている。コンタクト層１８にはリセス領域２２が設けられており、リセス領域２２内に露出する電子供給層上にはＡｌよりなるゲート電極３６が形成されている。コンタクト層１８上には、ＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０が形成されている。オーミックコンタクト層３０上には、ソース／ドレイン電極３２が形成されている。こうして、高電子移動度トランジスタが構成されている。
【００１９】
ここで、本実施形態による半導体装置は、半導体層と金属層との間のオーミック接続を実現するために設けるオーミックコンタクト層３０として、ＴｉＧａＳ層が用いられていることに特徴がある。すなわち、ＴｉＧａＳ層中のＳ（硫黄）はコンタクト層１８のパッシベーションとして機能してＧａＡｓの表面準位密度の低減に寄与する。また、ＴｉＧａＳ層は金属的な振舞いをし、オーミックコンタクトの抵抗値自体が低減される。したがって、このように半導体装置を構成することにより、コンタクト特性を大幅に向上することができる。
【００２０】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図２乃至図４を用いて説明する。
まず、ＧａＡｓ基板１０上に、ＭＢＥ法により、膜厚約５００ｎｍのアンドープのＧａＡｓよりなるバッファ層１２と、膜厚約１５ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓよりなるチャネル層１４と、膜厚約１５ｎｍ、ドナー濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ+−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓよりなる電子供給層１６と、膜厚約１０ｎｍ、ドナー濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８とを順次エピタキシャル成長する（図２（ａ））。成長条件は、例えば、基板温度を５８０℃、ＧａＡｓの成長速度を１μｍ／ｈ、ＡｌＧａＡｓの成長速度を１．３μｍ／ｈとする。
【００２１】
次いで、このようにエピタキシャル結晶層を成長したＧａＡｓ基板１０を、ＧａＳ層の成膜用のＭＢＥ装置に導入し、トリスジメチルアミノ砒素（Trisdimethylaminoarsine、化学式：Ａｓ［Ｎ（ＣＨ3）2］3）を用いた基板表面のクリーニングを行う。トリスジメチルアミノ砒素は、低温で酸化膜を除去する効果を有しており、トリスジメチルアミノ砒素を基板表面に照射することにより表面酸化膜を除去することができる。クリーニングの条件は、例えば、基板温度を５００℃、トリスジメチルアミノ砒素の流量を０．２ｓｃｃｍ、処理時間を５分間とする。
【００２２】
続いて、ｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８上に、ＭＢＥ法により、膜厚約１５ｎｍのアモルファスＧａＳ層２０を堆積する（図２（ｂ））。例えば、基板温度を３５０℃とし、１００℃に加熱したクヌードセンセル（Knudsen cell）のＰＢＮクルーシブル（crucible）内に載置された原料の（（ｔ−Ｂｕ）ＧａＳ）4をシャッター開放により基板上に照射し、ＧａＳ層２０を成長する。
【００２３】
この後、ＧａＳ層２０とコンタクト層１８とをエッチングし、電子供給層１６上にゲート電極を形成するためのリセス領域２２を形成する（図２（ｃ））。
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、膜厚約１００ｎｍのＳｉＯＮ膜２４を形成する（図３（ａ））。ＳｉＯＮ膜２４は層間絶縁膜として機能する。
続いて、コンタクト層１８上のＳｉＯＮ膜２４に、オーミックコンタクト領域を形成するための開口部２６を形成する。
【００２４】
この後、全面に、膜厚約１０ｎｍのＴｉ（チタン）層と、膜厚約４０ｎｍのＰｔ（プラチナ）層と、膜厚約３００ｎｍのＡｕ（金）層とを順次蒸着する。
次いで、リフトオフにより、開口部２６内にのみＡｕ層／Ｐｔ層／Ｔｉ層よりなる導電層２８を残存させる（図３（ｂ））。
続いて、例えば３００℃１０分間の熱処理を行い、ＧａＳ層２０とＴｉ層との反応層であるオーミックコンタクト層３０と、Ａｕ層／Ｐｔ層／Ｔｉ層よりなるソース／ドレイン電極３２とを形成する。
【００２５】
この熱処理では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｔｉ層２８ａ中のＴｉとＧａＳ層２０中のＧａとの置換反応が生じ、ｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８上には、ＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０が形成される。また、オーミックコンタクト層３０上には、一部のＴｉがＧａと置換されたＴｉＧａ層２８ｃが形成される。このようにＴｉＧａＳ層が形成されると、ＴｉＧａＳ層中のＳ（硫黄）はコンタクト層１８のパッシベーションとして機能して、ＧａＡｓの表面準位密度が低減される。また、ＴｉＧａＳ層は、金属的な振舞いをすることになる。これにより、Ｐｔ層とコンタクト層１８との間にはオーミックコンタクトが形成されることとなる。
【００２６】
この後、リセス領域２２上のＳｉＯＮ膜２４に、ゲート電極を形成するための開口部３４を形成する。
次いで、全面に、例えば真空蒸着法により、膜厚約２００ｎｍのＡｌ（アルミ）層を堆積してリフトオフし、開口部３４内にＡｌ層よりなるゲート電極３６を形成する。
【００２７】
これにより、オーミックコンタクト層３０のコンタクト抵抗及びオーミック性が改善されたＨＥＭＴを形成することができる。
このようにして形成したオーミックコンタクト層３０における電気的特性を測定するため、図６に示すような測定用パターンを形成した。
図６に示す測定用パターンは、ＧａＡｓ基板４０上に、ｎ+−ＧａＡｓ層４２をエピタキシャル成長し、上述した方法と同様の方法により、ＧａＳ層４４、導電層４６を形成し、この後、オーミックコンタクト層を形成するための熱処理を行ったものである。また、一部の試料については、比較のためオーミックコンタクト層を形成するための熱処理を行わなかった。
【００２８】
このようにして形成した測定用パターンについて電流−電圧特性を測定したところ、図７に示すように、熱処理を行わなかった試料ではコンタクト抵抗率が約４×１０-3Ωｃｍ2であったが、熱処理を行った試料ではコンタクト抵抗率を約４×１０-6Ωｃｍ2まで低減することができた。この値は、従来のＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系の場合に得られる１０-6Ωｃｍ2台のコンタクト抵抗率と遜色のないものである。
【００２９】
図８はコンタクト抵抗率と熱処理時間との関係を示したグラフである。図中、○は熱処理温度を３５０℃とした場合を、●は熱処理温度を３００℃とした場合を示している。
図示するように、熱処理温度を３００℃とした場合、最初の約十分間はコンタクト抵抗率は徐々に低下するが、その後、コンタクト抵抗率は上昇する。これは、熱処理の初期段階ではコンタクト層１８上にＴｉＧａＳ層が形成されることによりコンタクト抵抗率が低下するが、更に熱処理を続けるとコンタクト層１８内にまでＴｉが拡散し、コンタクト層１８内の抵抗値増加させるためと考えられる。
【００３０】
また、熱処理温度を３５０℃とした場合、約１分間の熱処理によってコンタクト抵抗率を約３×１０-6Ωｃｍ2まで低減することができるが、熱処理時間の増加とともに急激に増加する。
このように、オーミックコンタクト層３０のコンタクト抵抗率は、熱処理条件やＧａＳ層の膜厚によって大きく変化する。したがって、オーミックコンタクト層３０を形成するための熱処理条件は、ＧａＳ層の膜厚などに応じて適宜設定することが望ましい。すなわち、コンタクト層１８内にまでＴｉが拡散するとコンタクト層１８内の抵抗値を上昇させることとなるので、熱処理条件は、少なくともＴｉ層中のＴｉとＧａＳ層中のＧａとの置換反応が生じる条件であって、Ｔｉ層中のＴｉがコンタクト層１８中に拡散しない範囲で設定する必要がある。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、ｎ+−ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８上にＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０を形成するので、コンタクト領域におけるコンタクト抵抗率を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系の場合に得られるコンタクト抵抗率とほぼ等しいほどにまで低減することができる。これにより、信頼性に優れたオーミックコンタクト層を制御性よく形成することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、ＧａＡｓ上に、ＧａＳ層、Ｔｉ層を堆積し、熱処理によってＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０を形成したが、ＧａＳ層２０中のＧａをすべてＴｉにより置換し、ＴｉＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０を形成してもよい。ＧａＡｓの表面準位をパッシベーションする効果を有するＳを含み、ＧａＡｓに対する仕事関数差の小さいＴｉが含まれていれば上述と同様の効果を得ることができるので、少なくともオーミックコンタクト層３０には、Ｔｉ及びＳが含まれていればよい。
【００３３】
また、ＧａＡｓの表面準位をパッシベーションする効果を有する他の元素として、例えば、Ｓｅ（セレン）やＴｅ（テルル）を用いることもできる。
すなわち、ＧａＡｓのコンタクト層１８上に、ＧａＳｅ層又はＧａＴｅ層と、Ｔｉ層とを堆積して熱処理を行い、ＴｉＧａＳｅ層（或いはＴｉＳｅ層）よりなるオーミックコンタクト層３０ａを形成し（図９）、又はＴｉＧａＴｅ層（或いはＴｉＴｅ層）よりなるオーミックコンタクト層３０ｂを形成することによっても（図１０）、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
これらの膜を堆積する際には、原料として、例えばターシャリブチルガリウムセレナイドキュベン（tertiary-butyl-gallium-selenide cubane、化学式：（（ｔ−Ｂｕ）ＧａＳｅ）4）、ターシャリブチルガリウムテルライドキュベン（tertiary-butyl-gallium-telluride cubane、化学式：（（ｔ−Ｂｕ）ＧａＴｅ）4）、固体Ｇａ、固体Ｓｅ、固体Ｔｅを用いることができる。
【００３５】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置及びその製造方法について図１１を用いて説明する。
図１１は本実施形態による半導体装置の構造及び製造方法を示す概略断面図である。
【００３６】
第１実施形態による半導体装置及びその製造方法では、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応させてコンタクト層１８上にＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３２を形成したが、ＴｉＧａＳ層のもたらす上述の効果は、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応しなければ得られないというものではない。すなわち、ＧａＡｓ上に、ＴｉＧａＳ層を直接成長することによっても上述したと同様の低抵抗のオーミックコンタクト層３０を形成することができる。
【００３７】
すなわち、図２（ｂ）に示す工程において、ＧａＳ層２０を形成する代わりにＴｉＧａＳ層を直に形成してこれをオーミックコンタクト層３０とし（図１１（ａ））、その上層にソース／ドレイン電極３２を堆積することによっても、コンタクト抵抗率が低く信頼性に優れたオーミックコンタクト層を制御性よく形成することができる（図１１（ｂ））。
【００３８】
なお、ＴｉＧａＳ層４８の形成には、固体Ｇａ、Ｔｉ（Ｓ−ｔ−Ｂｕ）4を原料に用いたＭＢＥ法を適用することができる。
このように、本実施形態によれば、ＴｉＧａＳ層よりなるオーミックコンタクト層３０を、ＧａＡｓよりなるコンタクト層１８上に直に形成するので、コンタクト領域におけるコンタクト抵抗率を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系の場合に得られるコンタクト抵抗率とほぼ等しいほどにまで低減することができる。これにより、信頼性に優れたオーミックコンタクト層を制御性よく形成することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、オーミックコンタクト層３０として、ＴｉＧａＳ層４８を適用したが、第１実施形態において示したように、ＴｉＧａＳ層の代わりにＴｉＳ層を形成することによっても同様の効果を得ることができる。また、ＧａＡｓ上に、ＴｉＧａＳｅ層（或いはＴｉＳｅ層）又はＴｉＧａＴｅ層（或いはＴｉＴｅ層）よりなるオーミックコンタクト層３０を形成することによっても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記第１及び第２上記実施形態では、ＧａＡｓ上にオーミックコンタクト層を形成する場合を例に説明したが、ＧａＡｓと同族である他のIII−V族化合物半導体によっても同様の効果を得ることができる。例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＰ、ＧａＰ又はＡｌＰなどの化合物半導体であっても、上述の構造により低抵抗のオーミックコンタクト層を形成することができる。
【００４１】
また、上記第１及び第２実施形態では、本発明によるオーミックコンタクト層をＨＥＭＴに適用した場合について示したが、III−V族系化合物半導体と金属層とのオーミックコンタクトを有する種々の半導体装置に適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、III−V族化合物半導体層と、III−V族化合物半導体層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、オーミックコンタクト層上に形成された金属層とにより半導体装置を構成するので、III−V族化合物半導体層と金属層との間のコンタクト抵抗を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しい程度にまで低減することができる。
【００４３】
また、半導体基板上に形成されたチャネル層と、チャネル層上に形成された電子供給層と、電子供給層上に形成されたIII−V族化合物半導体よりなるコンタクト層と、コンタクト層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、オーミックコンタクト層上に形成されたソース／ドレイン電極とソース／ドレイン電極の間の電子供給層上に形成されたゲート電極とにより半導体装置を構成するので、ソース／ドレイン電極とコンタクト層との間のコンタクト抵抗を、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しい程度にまで低減することができる。これにより、信頼性に優れた低抵抗のオーミックコンタクト層を有する半導体装置を制御性よく形成することができる。
【００４４】
また、III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層を形成する工程を有する半導体装置の製造方法により半導体装置を製造することにより、III−V族化合物半導体層上に、ＡｕＧｅＮｉを用いたアロイ系のオーミックコンタクトにより得られる値とほぼ等しいコンタクト抵抗を有するオーミックコンタクト層を形成することができる。
【００４５】
また、上記の半導体装置の製造方法において、オーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＭＢＥ法により直に形成することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、オーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＧａＳ層を形成する工程と、ＧａＳ層上にＴｉ層を形成する工程と、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応させる工程とにより形成することができる。
【００４６】
また、上記の半導体装置の製造方法において、オーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＧａＳ層を形成する工程と、ＧａＳｅ層上にＴｉ層を形成する工程と、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応させる工程とにより形成することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、オーミックコンタクト層は、III−V族化合物半導体層上にＧａＳ層を形成する工程と、ＧａＴｅ層上にＴｉ層を形成する工程と、ＧａＳ層とＴｉ層とを反応させる工程とにより形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図５】オーミックコンタクト層の形成過程における反応形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による半導体装置の電気特性を測定するために用いた測定パターンの構造を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による半導体装置におけるオーミックコンタクト層の電気特性を示すグラフである。
【図８】コンタクト抵抗率と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図９】第１実施形態の変形例による半導体装置及びその製造方法を示す概略断面図（その１）である。
【図１０】第１実施形態の変形例による半導体装置及びその製造方法を示す概略断面図（その２）である。
【図１１】本発明の第２実施形態による半導体装置の構造及びその製造方法を示す概略断面図である。
【図１２】従来の半導体装置におけるコンタクト部の電流−電圧特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…ＧａＡｓ基板
１２…バッファ層
１４…チャネル層
１６…電子供給層
１８…コンタクト層
２０…ＧａＳ層
２２…リセス領域
２４…ＳｉＯＮ膜
２６…開口部
２８…導電層
３０…オーミックコンタクト層
３２…ソース／ドレイン電極
３４…開口部
３６…ゲート電極
４０…ＧａＡｓ基板
４２…ｎ+−ＧａＡｓ層
４４…ＧａＳ層
４６…導電層
Claims (11)
- III−V族化合物半導体層と、
前記III−V族化合物半導体層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、
前記オーミックコンタクト層上に形成された金属層と
を有することを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板上に形成されたチャネル層と、
前記チャネル層上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上に形成されたIII−V族化合物半導体よりなるコンタクト層と、
前記コンタクト層上に形成され、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層と、
前記オーミックコンタクト層上に形成されたソース／ドレイン電極と、
前記ソース／ドレイン電極の間の前記電子供給層上に形成されたゲート電極と
を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＳ層、又はＴｉＳ層である
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＳｅ層、又はＴｉＳｅ層である
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記オーミックコンタクト層は、ＴｉＧａＴｅ層、又はＴｉＴｅ層である
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記III−V族化合物半導体層は、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＡｌＡｓ層、ＩｎＧａＰ層、ＩｎＡｌＰ層、ＩｎＧａＡｌＡｓ層、ＩｎＧａＡｌＰ層、ＩｎＰ層、ＧａＰ層又はＡｌＰ層である
ことを特徴とする半導体装置。 - III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉを含む硫化物、セレン化物又はテルル化物よりなるオーミックコンタクト層を形成する工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記オーミックコンタクト層は、分子線エピタキシャル成長法により成長する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＳ層を形成する工程と、
前記ＧａＳ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、
前記ＧａＳ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＳを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＳｅ層を形成する工程と、
前記ＧａＳｅ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、
前記ＧａＳｅ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＳｅを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記III−V族化合物半導体層上に、ＧａＴｅ層を形成する工程と、
前記ＧａＴｅ層上に、Ｔｉ層を形成する工程と、
前記ＧａＴｅ層と前記Ｔｉ層とを反応させ、前記III−V族化合物半導体層上に、少なくともＴｉ及びＴｅを含む層よりなる前記オーミックコンタクト層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04211598A JP3768348B2 (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US09/110,685 US6207976B1 (en) | 1997-12-17 | 1998-07-07 | Semiconductor device with ohmic contacts on compound semiconductor and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04211598A JP3768348B2 (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11243096A JPH11243096A (ja) | 1999-09-07 |
| JP3768348B2 true JP3768348B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=12626962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04211598A Expired - Fee Related JP3768348B2 (ja) | 1997-12-17 | 1998-02-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3768348B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118620617B (zh) * | 2024-08-09 | 2025-03-04 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种晶态GaTiS-AEP有机开放骨架绿色光致发光源及其制备方法 |
-
1998
- 1998-02-24 JP JP04211598A patent/JP3768348B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11243096A (ja) | 1999-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5920105A (en) | Compound semiconductor field effect transistor having an amorphous gas gate insulation layer | |
| US4186410A (en) | Nonalloyed ohmic contacts to n-type Group III(a)-V(a) semiconductors | |
| US6207976B1 (en) | Semiconductor device with ohmic contacts on compound semiconductor and manufacture thereof | |
| US8823013B2 (en) | Second Schottky contact metal layer to improve GaN schottky diode performance | |
| EP0725432B1 (en) | Refractory gate heterostructure field effect transistor and method | |
| US20080169485A1 (en) | Field effect transistor device and method of producing the same | |
| US4714948A (en) | HEMT with epitaxial narrow bandgap source/drain contacts isolated from wide bandgap layer | |
| CN114203548B (zh) | 半导体器件及制造半导体器件的方法 | |
| JP3177951B2 (ja) | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 | |
| US5767007A (en) | Method for fabricating ohmic electrode and multi-layered structure for ohmic fabricating electrode | |
| JP3147036B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
| EP0789387A1 (en) | Laminate for forming ohmic electrode and ohmic electrode | |
| KR920010671B1 (ko) | 반도체장치 | |
| US5459331A (en) | Semiconductor device, heterojunction bipolar transistor, and high electron mobility transistor | |
| US20050189651A1 (en) | Contact formation method and semiconductor device | |
| JP3768348B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| EP0638937B1 (en) | Ohmic electrode, its fabricating method and semiconductor device using this electrode | |
| JPH10163468A (ja) | 膜状複合構造体 | |
| JP4631104B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US6410946B1 (en) | Semiconductor device with source and drain electrodes in ohmic contact with a semiconductor layer | |
| US4811070A (en) | Heterojunction bipolar transistor with inversion layer base | |
| JP2904156B2 (ja) | オーミック電極の製造方法 | |
| EP1936697B1 (en) | A field effect transistor device, and methods of production thereof | |
| JP3180501B2 (ja) | オーミック電極の形成方法 | |
| JP4714959B2 (ja) | 半導体装置とその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041208 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050502 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050524 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050722 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060131 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060201 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090210 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100210 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110210 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110210 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120210 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130210 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130210 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140210 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |