專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別地涉及具有在以GaAs為主材料的化合物半導(dǎo)體層的基板上形成的電極的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著高頻通信需要的增加，利用具有以GaAs為主材料的化合物半導(dǎo)體層(以下簡稱[GaAs層])的基板的半導(dǎo)體裝置的開發(fā)也在不斷地進(jìn)步。特別地，追求在高頻通信用的振蕩器中使用的放大器的高功率化，但是放大器的高功率化容易使半導(dǎo)體裝置內(nèi)部的溫度上升。電極整體的耐熱性差，例如，半導(dǎo)體裝置的溫度上升容易影響電極和半導(dǎo)體層的接合界面。
特別地，在肖特基接觸于GaAs層的肖特基電極(高功率FET的柵電極等)中，由于接合界面的微小的特性變化對于肖特基特性有很大的影響，所以容易受到半導(dǎo)體裝置溫度上升的影響。因此，肖特基電極的材質(zhì)傾向于選用W、WSi、WSiN等的高熔點(diǎn)金屬。特別地，對于WSiN，因?yàn)榻饘倥渚€的一般材質(zhì)即Au和半導(dǎo)體的勢壘性高，肖特基特性也好，所以作為肖特基電極的材質(zhì)被廣泛使用。
利用具有GaAs層的基板的肖特基電極的半導(dǎo)體裝置，例如公開于下面的專利文獻(xiàn)1～3。
專利文獻(xiàn)1特開昭58-188157號公報專利文獻(xiàn)2特開昭60-81859號公報專利文獻(xiàn)3特開昭61-117868號公報但是，根據(jù)使用WSiN作為肖特基電極材料的以往的半導(dǎo)體裝置，WSiN中的W以及Si容易被水氧化、膨脹、洗脫，所以存在耐濕性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述的問題而提出，目的在于得到具有高耐濕性的電極的半導(dǎo)體。特別地，目的在于得到一種半導(dǎo)體裝置，肖特基特性沒有大幅下降或者提高肖特基特性，同時提高肖特基電極的耐濕性。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的特征在于，包括具有GaAs為主材料的化合物半導(dǎo)體層的基板、和在上述化合物半導(dǎo)體層上形成的電極，上述電極具有與上述化合物半導(dǎo)體層接觸的TaNx(氮含有率x＜0.8)層。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，能夠提高電極以及半導(dǎo)體裝置整體的耐濕性。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2是表示以往柵電極結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3是表示以往柵電極結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的變形例的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1圖1是表示與本發(fā)明實(shí)施方式1相關(guān)的半導(dǎo)體裝置(高功率FET)結(jié)構(gòu)的剖視圖。高功率FET，根據(jù)溝道結(jié)構(gòu)的不同而分類為MESFET、HFET、HEMT等，本發(fā)明對于所有的結(jié)構(gòu)都適用。參照圖1，基板100具有由異質(zhì)接合而層疊的AlGaAs層1、GaAs層2以及n+-GaAs層3。基板100，可以是GaAs基板，也可以是借助外延成長等而在Si基板(未圖示)上層疊GaAs類的化合物半導(dǎo)體層的基板。即，具有GaAs為主材料的化合物半導(dǎo)體層的基板就可以。GaAs層2是在AlGaAs層1上形成的。作為源區(qū)和漏區(qū)起作用的n+-GaAs層3是在GaAs層2上形成的。在n+-GaAs層3上，形成了源電極4以及漏極5。
在基板100上，形成有肖特基電極即T字形的柵電極8。柵電極8包括TaNx(關(guān)于x后面有記述)層6和Au層7。TaNx層6與AlGaAs層1以及GaAs層2相接觸。Au層7是在TaNx層6上形成的。TaNx層6，是為了防止Au層7內(nèi)的Au原子向基板100擴(kuò)散反應(yīng)，起勢壘金屬的作用。
Au層7是為降低柵電極8整體的電阻而設(shè)計的。即，在高電阻的TaNx層6上，形成比TaNx層6電阻低的Au層7，由此降低柵電極8整體的電阻值。但是，可以形成Al層、Cu層、或者Ag層等來代替Au層7。Au的電阻率為2.2×10-6Ω·cm、Al的電阻率為2.8×10-6Ω·cm、Cu的電阻率為1.7×10-6Ω·cm、Ag的電阻率為1.6×10-6Ω·cm，它們的電阻率都比TaNx的電阻率(后面會有說明)要低很多。WSiN的電阻率為100～200-6Ω·cm。
為了降低柵電極8整體的電阻率，最好較薄地形成TaNx層6，較厚地形成Au層7。例如，最好是TaNx層6的膜厚在100nm以下，Au層7的膜厚在600nm以上。與WSiN相比，TaNx在Au層7-基板100間的勢壘性高，所以與形成WSiN層的情況相比，可較薄地設(shè)定TaNx層6的膜厚。其結(jié)果，與具有WSiN層的以往的柵電極相比較，降低了柵電極8的電阻值。以往的柵電極中的WSiN層的膜厚為200nm左右。
圖2和圖3是表示的以往柵電極結(jié)構(gòu)的剖視圖。WSiN層9的膜厚為200nm左右，如果柵電極的柵長在300nm以下，如圖2中的虛線所示，以柵電極的T字形為起因產(chǎn)生的WSiN層9的中央凹部由WSiN層9自身所填充。其結(jié)果，WSiN層9的膜厚相應(yīng)地變厚，柵電極的電阻值上升?；蛘呷鐖D3所示，在WSiN層9的中央部，產(chǎn)生因懸垂引起的空洞10，同樣地，柵電極的電阻值上升。針對于這些情況，本實(shí)施方式的柵電極8，設(shè)定TaNx層6的膜厚在100nm以下，由此，即使柵電極8的柵長在300nm以下的情況時，也不會產(chǎn)生圖2和圖3所示的問題。
下面對TaNx層6的適宜的氮含有率(原子比)x進(jìn)行說明，TaNx的電阻值隨著氮含有率x的增加而上升。TaNx層6的電阻值的上升會引起柵電極8整體電阻值的上升，從而引起高頻特性中增益的減少，所以有必要在增益減少的容許范圍內(nèi)設(shè)定氮含有率x的上限值。
準(zhǔn)備氮含有率x不相同的多種TaNx層6，對于各TaNx層6測定電阻值的結(jié)果如下表1所示。
表1

氮含有率為0.8的情況下，TaNx層6的電阻率為1000×10-6Ω·cm。TaNx層6應(yīng)用在柵電極8上的時候，由在TaNx層6上形成的Au層7來降低柵電極8的整體電阻值。因此，從電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，氮含有率x的優(yōu)選范圍是小于0.8(0＜x＜0.8)。在這里，因工藝的偏差會使TaNx層6內(nèi)的氮含有率x有±0.1左右的變動。因此，希望設(shè)定氮含有率x的范圍為x＜0.7，即使向值增加的方向變動也包含在合適的范圍之內(nèi)。
另外，Ta的電阻率為150×10-6Ω·cm，與氮含有率x0.1時的TaNx層6的電阻率相同。因此，從電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，可以用Ta層代替TaNx層6。但是，TaNx層6是非晶體，而Ta層是多晶體，因此Ta層與TaNx層6相比，在Au層7——基板100之間的勢壘性低。在本實(shí)施方式的柵電極8里，TaNx層6起勢壘金屬的作用，所以用Ta層代替TaNx層6來使用并非上策。
本發(fā)明者通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，在使用GaAs或AlGaAs等的高界面態(tài)密度的化合物半導(dǎo)體的情況下，肖特基電極和化合物半導(dǎo)體之間的肖特基勢壘的高度Φb，隨著氮含有率x的增加而降低。因此，需要在Φb降低的允許范圍內(nèi)設(shè)定氮含有率x的上限值。制成了使用氮含有率x不相同的多個TaNx層6的肖特基二極管結(jié)構(gòu)，對于各TaNx層6評價Φb的結(jié)果，如下表2所示。
表2

氮含有率x為0.8的情況下，TaNx層6的Φb為0.49eV，可以判定是在允許范圍之內(nèi)。因此，從Φb的觀點(diǎn)出發(fā)，氮含有率x的優(yōu)選范圍是小于0.8。如上所述，考慮到工藝的偏差，最好設(shè)定為x＜0.7。
WSiN的Φb為0.57eV，若氮含有率x設(shè)定為0.5，則TaNx層6的Φb(＝0.58eV)比WSiN層的Φb高。因此，從比具有WSiN層的以往的柵電極更增高Φb的觀點(diǎn)出發(fā)，氮含有率x的優(yōu)選范圍為0.5以下(0＜x≤0.5)?？紤]工藝的偏差，最好設(shè)定為x≤0.4。氮含有率x為0.5情況時的TaNx層6的電阻率為180×10-6Ω·cm(參照表1)，是氮含有率x為0.8情況時的電阻率的1/5以下，非常小。
根據(jù)本實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置，肖特基電極即柵電極8具有TaNx層6。TaNx的構(gòu)成金屬Ta在pH-電位圖(Pourvaix圖)上沒有腐蝕點(diǎn)，所以與含有W、Si等容易腐蝕材料的WSiN相比耐濕性高。因此，根據(jù)本實(shí)施方式1的柵電極8，與具有WSiN層的以往的柵電極相比，可增高耐濕性。以上，以肖特基電極為例進(jìn)行了說明，但在歐姆接觸于基板100的歐姆電極(例如HBT的發(fā)射極)的情況下，通過設(shè)置TaNx層6也能達(dá)到提高耐濕性的效果。
通過設(shè)定氮含有率x小于0.8(考慮工藝偏差則小于0.7)，與以往的柵電極相比可以避免肖特基特性的大幅度降低?；蛘?，氮含有率x在0.5以下(考慮工藝偏差則0.4以下)的范圍內(nèi)，與以往的柵電極相比可以提高肖特基特性。
實(shí)施方式2圖4是本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖視圖。以圖1所示的上述實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置為基礎(chǔ)，在柵電極8和基板100之間的界面上追加形成有Ti膜20。具體來說，在基板100上形成有具有由AlGaAs層1限定的底面和由GaAs層2限定的側(cè)面的凹部，在該凹部的底面及側(cè)面形成了與之接觸的Ti膜20。本實(shí)施方式2中，在Ti膜20上形成柵電極8。
根據(jù)在GaAs基板上形成有具有WSiN層的柵電極的以往半導(dǎo)體裝置，隨著肖特基界面態(tài)的電荷狀態(tài)的變化，會產(chǎn)生柵電極和漏極之間的逆方向電壓——電流特性隨著時間變動的問題。即，施加恒定的偏轉(zhuǎn)電壓時流動的電流根據(jù)時間而漂移(以下稱為[擊穿電壓的時間變動])。
針對于此，根據(jù)本申請的發(fā)明者所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)確認(rèn)在柵電極8和基板100之間的界面上形成Ti膜20可以抑制擊穿電壓的時間變化。這是考慮到反應(yīng)性高的Ti與基板100的GaAs反應(yīng)而發(fā)揮抑制擊穿電壓的時間變化的作用。根據(jù)本申請的發(fā)明者進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了Ti膜20的膜厚較薄為宜，膜厚在2～5nm的范圍內(nèi)能夠得到良好的特性。
這樣，根據(jù)本實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置，利用在柵電極8和基板100之間加裝的Ti膜20來抑制擊穿電壓的時間變化，由此能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定性高的晶體管動作。形成Ta膜取代Ti膜20也能夠得到同樣的效果。
實(shí)施方式3圖5是本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的剖視圖。以上述圖1所示的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置為基礎(chǔ)，覆蓋柵電極8和基板100的各露出表面，追加形成硅氮化膜30。硅氮化膜30，是由催化劑CVD法(Cat-CVD法)形成的，耐濕性比較好。由催化劑CVD法形成硅氮化膜30，則對于基板100的損壞減少，其結(jié)果可形成致密的絕緣膜而提高耐濕性。
根據(jù)本實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置，由催化劑CVD法形成的耐濕性高的硅氮化膜30覆蓋柵電極8以及基板100的各露出表面。因此，與TaNx層6的耐濕性相輔相成，半導(dǎo)體裝置的耐濕性也上升。
在柵電極8沒有Au層7的情況下，無需形成覆蓋柵電極8的露出表面的部分的硅氮化膜30。另一方面，圖5所示的柵電極8具有低電阻金屬層(圖5所示的Au層7)的情況下，可能因Au/TaN/化合物半導(dǎo)體層間的電池效果而使GaAs腐蝕。因此，該情況下如圖5所示，形成覆蓋柵電極8的露出表面的硅氮化膜30很有效。
變形例圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的變形例的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖1所示的TaNx層6分割為第一TaNx層6a和第二TaNx層6b。第一TaNx層6a與基板100接觸，第二TaNx層6b在第一TaNx層6a上形成。第一TaNx層6a的氮含有率x的范圍是0＜x＜0.2，第二TaNx層6b的氮含有率x的范圍是0.4＜x＜0.8，舉一個例子，第一TaNx層6a的氮含有率x為0.1時，第二TaNx層6b的氮含有率x為0.5。
通過將與基板100相接觸的第一TaNx層6a的氮含有率x設(shè)定得比較低，能夠確保比較高的Φb，能夠?qū)崿F(xiàn)肖特基特性的提高。再者，通過形成氮含有率x比較高的第二TaNx層6b，由此提高勢壘性，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性的提高。
以上述實(shí)施方式1為基礎(chǔ)對變形例進(jìn)行了說明，此變形例也可應(yīng)用于上述實(shí)施方式2和3。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括具有以GaAs為主材料的化合物半導(dǎo)體層的基板、和在上述化合物半導(dǎo)體層上形成的電極，上述電極具有與上述化合物半導(dǎo)體層接觸的TaNx層，氮含有率x＜0.8。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，上述電極是以歐姆接觸方式與上述化合物半導(dǎo)體層接觸的電極。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，上述電極是以肖特基接觸方式與上述化合物半導(dǎo)體層接觸的電極。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，作為TaNx層，上述電極具有氮含有率x≤0.5的TaNx層。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，上述TaNx層包括第一TaNx層，與上述化合物半導(dǎo)體層相接觸，氮含有率為第一值；和第二TaNx層，在上述第一TaNx層上形成，氮含有率為比上述第一值高的第二值。
6.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，還包括在上述電極與上述化合物半導(dǎo)體層的界面上形成的Ti膜或Ta膜。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，上述電極還具有形成在上述TaNx層上且比上述TaNx層電阻低的金屬層。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，還具有借助催化劑CVD法形成以覆蓋上述電極的露出表面的硅氮化膜。
9.如權(quán)利要求1～8中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，還具有借助催化劑CVD法形成以覆蓋上述化合物半導(dǎo)體層的露出表面的硅氮化膜。
全文摘要
提高肖特基電極的耐濕性而得到半導(dǎo)體裝置。肖特基電極即柵電極(8)包括TaNx層(6)和Au層(7)。TaNx層(6)為了防止Au層(7)和基板(100)之間的原子擴(kuò)散，起勢壘金屬的作用。TaNx不含Si，所以比含有Si的WSiN的耐濕性高。因此柵電極(8)與具有WSiN層的以往的柵電極相比耐濕性高。另外，設(shè)定氮含有率x小于0.8，與以往的柵電極相比可以避免肖特基特性的大幅度降低。或者氮含有率x在小于0.5的范圍之內(nèi)，與以往的柵電極相比能夠提高肖特基特性。
文檔編號H01L29/40GK1855530SQ20061007354
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日
發(fā)明者天清宗山, 志賀俊彥, 國井徹郎, 奧友希 申請人:三菱電機(jī)株式會社