DE3882398T2 - Kontakt auf Galliumarsenid und dessen Herstellungsverfahren. - Google Patents

Kontakt auf Galliumarsenid und dessen Herstellungsverfahren.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit Kontakten auf Substraten, die Gallium und Arsen enthalten.
  • Aus Halbleitermaterial gefertigte Vorrichtungen verwenden häufig niederohmige Kontakte, um einen elektrisch leitenden Pfad zwischen dem Halbleitermaterial und den elektrischen Schaltkreisen außerhalb der Vorrichtung herzustellen. Ein Feldeffekttransistor (FET) ist ein allgemeines Beispiel für eine Halbleitervorrichtung mit niederohmigen Kontakten. Die niederohmigen Kontakte sind in der als ohmsche Kontakte bekannten Form ausgeführt und werden bei der Bildung der Source- und Drain-Anschlüsse des Transistors verwendet. Der niederohmige Kontakt bildet einen Pfad zur Halbleitervorrichtung und läßt elektrischen Strom ohne signifikanten Spannungsabfall in das bzw. aus dem Halbleitermaterial fließen.
  • Ein in diesem Zusammenhang besonders interessantes Halbleitermaterial ist Galliumarsenid (GaAs). Niederohmige Kontakte mit GaAs sind wesentlich für die Fertigung vieler optischer, Mikrowellen- und logischer Hochleistungsvorrichtungen. Ein allgemein benutzter niederohmiger Kontakt zu GaAs vom n-Typ setzt sich zusammen aus einem legierten Gold-Nickel-Germanium (Au-Ni-Ge)-System, das einen Übergangs- Widerstand im Bereich von 0,2 - 1,0 Ohm-Millimeter aufweist. Weitere bei der Konstruktion nichtohmiger (Schottky) Kontakte mit GaAs häufig benutzte Stoffe sind Wolframsilizid und Schichten aus Gold, Titan und Platin.
  • Bei Fertigung und kompaktem Zusammenbau einer Halbleitervorrichtung, wie des obengenannten FET, muß die Vorrichtung nach Bildung der niederohmigen Kontakte und nicht-ohmschen (Schottky) Gatter eine erhöhte Temperatur, typisch 400ºC, für Zeiträume zwischen ein paar Minuten bis zu mehreren Stunden aushalten. Dieses Aufheizen über einen größeren Zeitraum erhöht den Widerstand. Z.B. wurde beobachtet, daß der Widerstand eines Au-Ni-Ge Kontakts beim Glühen des Kontakts bei 400ºC über fünf Stunden um einen Faktor 3 anstieg.
  • Bei der Herstellung eines niederohmigen Kontakts wird der Widerstand optimiert durch geeignete Auswahl der Materialzusammensetzung und durch das Reinigen des Substrats vor dem Auftrag des Materials für den niederohmigen Kontakt. Zwar lassen sich bekannte Techniken anwenden, um niederohmige Kontakte mit zulässig niedrigen Widerstandswerten herzustellen, jedoch beschränkt das oben angezogene Problem der Widerstandserhöhung mit längerdauernder Erwärmung den Einsatz derzeit benutzter niederohmiger Kontakte.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen niederohmigen, thermisch stabilen Kontakt mit Gallium- und Arsenhaltigen Substraten zu schaffen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein relativ einfaches Verfahren zur reproduzierbaren Bildung eines niederohmigen, thermisch stabilen Kontakts mit Gallium- und Arsenhaltigen Substraten zu entwickeln.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch einen Kontakt, wie er in Anspruch 1 definiert ist, und durch ein Verfahren, das in Anspruch 5 beansprucht wird.
  • Kontakte vom beanspruchten Typ sind z.B. nützlich für Feldeffekttransistoren mit Metall-Halbleiter-Übergang (Metal Semiconductor Field-Effekt Transistor - MESFET), bei denen Metall in Kontakt mit Halbleitermaterial in einem Source- oder Drain-Anschluß des Transistors gebracht wird.
  • Die erfindungsgemäße Kontaktstruktur sieht einen niederohmigen Widerstand und gute thermische Stabilität vor in dem Sinne, daß der Kontakt wiederholt zwischen Zimmertemperatur und 400ºC zyklisch erwärmt werden kann oder auf erhöhter Temperatur von etwa 400ºC gehalten werden kann, ohne eine signifikante Veränderung im Kontaktwiderstand zu erfahren. Der niederohmige Widerstand wird verursacht durch die Ausbildung der InGaAs-Phasen mit niedriger Potentialschwelle (Energiedifferenz zwischen dem Leitungsband und dem Ferminiveau) an den Metall/GaAs-Grenzflächen. Die thermische Stabilität geht, wie angenommen wird, auf die Ausbildung einer halbleitenden Verbindung zwischen Indium und der Verwendung von schwerschmelzbaren Metallen wie Wolfram oben auf dem Kontakt zurück.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sichert eine gleichmäßige Verteilung der InGaAs-Phasen ohne die Ausbildung von Indiuminseln an der Grenzschicht. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung ist vorteilhaft, weil sie einen niedrigeren Übergangswiderstand mit größerer Gleichförmigkeit der vielen Kontakte erzeugt, die auf dem Wafer ausgebildet werden und eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit der einzelnen Arbeitsgänge des Fertigungsprozesses vorsieht. Indium tendiert zur schnellen Diffundierung in das Galliumarsenid, wenn es direkt auf das GaAs-Substrat aufgebracht wird. Eine Schicht aus z.B. Nickel tendiert zur Reaktion mit Indium und bildet halbleitende Verbindungen und/oder eine einzige Feststoffphase mit hohem Schmelzpunkten während des Erwärmungsprozesses aus, und liefert die erwünschten gleichmäßig verteilten Indium- Nickel-Verbindungen und InGaAs-Phasen an der Grenzfläche. Nickel ist den Beobachtungen nach höchst effektiv beim Regeln des Indiumflusses zum GaAs-Substrat. Zusätzlich zum Regeln der Diffusionsrate des Indium verbessert die Nickelschicht auch die Haftung und Benetzung zwischen dem Kontaktmetall und dem Galliumarsenid.
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Fähigkeit des Nickels zur Reduktion des Übergangswiderstands durch Ausbilden einer gleichmäßigen InGaAs-Schicht niedriger Potentialschwelle zwischen den Nickel-Indiumverbindungen und den GaAs-Substraten. In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform wird der Kontakt durch Einschließen einer Indiumschicht, bzw. einer Schicht aus einem Indium-Nickel- Gemisch, zwischen oberen und unteren Nickelschichten in Sandwichform aufgebaut, wobei die Sandwichstruktur zwischen das Galliumarsenid und eine Schicht leitenden, schwerschmelzbaren Metalls wie Wolfram eingebracht wird. Bei der Kontaktherstellung wird die Temperatur des Materials genügend erhöht, um die Wechselwirkung zwischen dem Indium und dem Nickel hervorzurufen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kontakts und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen geoffenbart.
  • Die obigen Aspekte und weitere erfindungsgemäße Merkmale werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der begleitenden Zeichnungen erklärt, in diesen sind:
  • Fig. 1 eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise in diagrammartiger Darstellung, eines thermisch stabilen, niederohmigen Kontakts, der erfindungsgemäß ausgebildet wurde;
  • Fig. 2 zeigt Schritte in einem Fertigungsverfahren des niederohmigen Kontakts der Fig. 1;
  • Fig. 3 ist ein Graph, der den Übergangswiderstand aufgetragen gegen die Bildungstemperatur für den Kontakt der Fig. 1 zeigt; und
  • Fig. 4 ist ein Graph, der die Stabilität des Übergangswiderstands des Kontakts aus Fig. 1 bei 400ºC, aufgetragen gegen die Erwärmungszeit, zeigt.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Fig. 1 zeigt einen Teil einer Halbleitervorrichtung 10, die ein Transistor, eine Diode oder ein sonstiger Bauteiltyp sein kann. Die Vorrichtung 10 hat einen Kontakt 12, der auf einem Substrat 14 aus Halbleitermaterial angeordnet ist, um die elektrische Verbindung zur Vorrichtung 10 herzustellen. Beispielsweise kann der Kontakt 12 dazu benutzt werden, eine elektrische Verbindung zu einem Source- oder Drain-Bereich eines Feldeffekttransistors herzustellen. In der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleitermaterial des Substrats 14 Galliumarsenid. Alternativ kann das Substrat auch Indium-Galliumarsenid oder Aluminium-Galliumarsenid umfassen.
  • Beim Aufbau des Kontakts 12 ist es üblicherweise erwünscht, den Widerstand in einem Anschluß an die Vorrichtung 10 zu einem äußern (nicht dargestellten) Schaltkreis möglichst klein zu halten. Daher ist im Aufbau des Kontakts 12 gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Erfindung auf eine Konstruktion gerichtet, die den Kontaktwiderstand auf einen niedrigen Wert, auf weniger als etwa 0,5 Ohm-Millimeter reduziert.
  • Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung wird der Kontakt 12 mit der Eigenschaft ausgeführt, daß er wärmestabil ist, d.h. daß er den Widerstandswert sowohl bei normaler Umgebungstemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen, etwa 400ºC, beibehält. Das wird erreicht durch den Aufbau des Kontakts 12 aus einer Schicht 16 aus schwerschmelzbarem Material, das elektrisch leitend ist, und durch Dispergieren wärmestabiler Indium-Nickel-Verbindungen oder einer einzelnen festen Phase in einem Bereich 18, und Anordnen einer InGaAs-Schicht an einer Grenzfläche 20 zwischen der Schicht 18 und dem Halbleitersubstrat 14.
  • Als schwerschmelzbar angesehene Materialien schmelzen oder sublimieren nicht bei erhöhten Temperaturen, wenigstens bis zu etwa 800ºC. Das schwerschmelzbare Material der Wahl in der erf indungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist Wolfram (W), weitere geeignete schwerschmelzbare Materialien sind Wolframsilizid, Titan und Titannitrid.
  • In Fig. 2 wird ein Prozeß zum Aufbau des Kontakts 12 für die Vorrichtung 10 der Fig. 1 gezeigt. Der Aufbau des Kontakts 12 beginnt mit der Ablagerung von Schichten aus Nickel (Ni) und Indium (In) auf Galliumarsenid (GaAs). Die Ablagerung wird in einer (nicht gezeigten) Verdampfungskammer im Vakuum vorgenommen. Das Nickel und das Indium sind in gesonderten Tiegeln 22 und 24 enthalten und werden darin durch herkömmliche Mittel, wie durch einen Elektronenstrahl oder durch elektrische Widerstandsheizung erwärmt. Nickel- und Indium-Atome dampfen aus den entsprechenden Tiegeln 22 bzw. 24 ab und lagern sich auf dem Substrat 14 ab.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird zunächst eine Nickelschicht 26 auf das Rohhalbleitermaterial des Substrats 14 aufgebracht. Darauf werden Indium oder ein Indium-Nickelgemisch als Schicht 28 auf die Schicht 26 aufgedampft. Darauf folgt das Aufbringen einer weiteren Nickelschicht 30 auf die Schicht 28. Das Aufbringen des Nickels und des Indiums sind in Schritt A der Fig. 2 gezeigt.
  • Der Aufbau des Kontakts 12 wird in Schritt B der Fig. 2 fortgesetzt, in der eine Schicht 32 eines schwerschmelzbaren Materials wie Wolfram mittels herkömmlicher Mittel auf die Schicht 30 aufgebracht wird. Die Struktur der vier Schichten 26, 28, 30 und 32 wird dann versiegelt durch Überziehen des ganzen Aufbaus mit einer Schicht 34 aus Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;), um die Struktur und das darunterliegende Grund- Galliumarsenid des Substrats 14 vor Kontaminierung während einer nachfolgenden Erwärmungsstufe zu schützen und auch um das Ausdiffundieren des Arsens aus dem Galliunmarsenid des Substrats 14 zu verhindern.
  • Der Aufbau des ohmschen Kontakts 12 wird dann fortgesetzt mit dem Erhitzen des Kontakts 12 auf eine hinreichend hohe Temperatur, eine Bildungstemperatur im Bereich 700-1200ºC. Diese Bildungstemperatur verursacht eine gegenseitige Wechselwirkung zwischen dem Nickel und dem Indium mit Auswandern von Indiumatomen durch die Nickelschicht 26 in das Galliumarsenid des Materials 14, um eine gleichmäßige InGaAs-Schicht an der Grenzschicht 20 zu bilden. Eine Umgebung aus einem Argon- Wasserstoffgemisch ist nützlich und dient als Vorsichtsmaßnahme gegen die Möglichkeit, daß Verunreinigungen durch Fehler in der Siliziumnitridschicht eindringen, damit die Reinheit des Kontakts 12 während des Erwärmungsvorgangs gesichert ist. Nach Ausbilden des ohmschen Kontakts wird der Überzug 34 wieder entfernt, z.B. durch einen herkömmlichen Ätzvorgang, um den Aufbau des Kontakts 12 abzuschließen, wie in Schritt C der Fig. 2 gezeigt wird. Der Kontakt 12 ist jetzt bereit zur Aufnahme eines Metalleiters wie Gold oder Kupfer zum Anschluß der Vorrichtung 10 an den äußeren Schaltkreis.
  • Bei der Fertigung des Kontakts 12 verwirklicht der obige Prozeß ein Merkmal der Erfindung, in der eine kleine Menge Indium mit dem Galliumarsenid ohne massive Diffusion des Indiums in das Galliumarsenid in Wechselwirkung treten kann. Das führt zur Bildung der verhältnismäßig dünnen Schicht aus dem obengenannten InGaAs an der Grenzschicht 20. Wie bekannt ist, würde Indium bei einer erhöhten Temperatur, wie etwa 800ºC, dazu tendieren, schnell in das Galliumarsenid einzudiffundieren. Jedoch wird erfindungsgemäß ein solches massives Eindiffundieren durch die Nickelschicht 26 auf eine verhältnismäßig langsame Diffusionsrate beschränkt, was zu einer stark gleichmäßigen Verteilung der Indiumatome in der Grenzschicht 20 führt. Die Verteilung der Indiumatome kann in einem Fertigungsprozeß von Arbeitsgang zu Arbeitsgang wiederholt werden, was die Gleichförmigkeit der Merkmale des Kontakts 12, der durch den Prozeß der Fig. 2 hergestellt wird, sicherstellt.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal wird verwirklicht durch eine wechselseitige Wirkung zwischen dem Nickel und dem Indium bei der verhältnismäßig hohen Bildungstemperatur des Kontakts 12, nämlich bei der obigen Temperatur im Bereich von 700ºC bis 1200ºC, um die halbleitenden Verbindungen von Nickel und Indium und/oder einer einzigen Feststoffphase des Nickels und Indium auszubilden. Die halbleitenden Verbindungen und die einzige feste Phase haben hohe Schmelzpunkte, was zu einer verbesserten Wärmestabilität des Kontakts 12 führt. Das Binden von Indium und Nickel ist ein Mechanismus der die Diffusion des Indium durch die Schicht 26 in das Galliumarsenid noch weiter einschränkt, und somit ist es ein bedeutsames Merkmal der Erfindung, die gleichmäßige Verteilung der obigen InGaAs-Schicht an der Metall/GaAs Grenzschicht 20 zu erreichen. Die Kombination der Wirkung der Nickelschicht 26 als Schranke gegen die Diffusion des Indium, plus Binden des überschüssigen Indiums in Schicht 28, dienen zum Regulieren der Indiumdiffusion, um die Ausbildung von Inseln oder Körnchen intensiver Indiumkonzentration an der Grenzfläche 20 zu verhindern. Es wird angenommen, daß die Ausbildung solcher Inseln oder Körnchen intensiver Indiumkonzentration den Übergangswiderstand erhöht und sich von Arbeitsgang zu Arbeitsgang im einem Fertigungsprozeß verändern kann. Wie bereits oben gesagt, verhindert die Regelung der Indiumdiffusion die Ausbildung von Inseln und sichert die geforderte gleichmäßige Feinverteilung der InGaAs-Schicht an der Grenzfläche 20, um den niedrigen Übergangswiderstand und die Gleichmäßigkeit der Merkmale des Kontakts 12 von Arbeitsgang zu Arbeitsgang im Fertigungsprozeß zu sichern.
  • Im Aufbau der geschichteten Struktur der vier Schichten 26, 28, 30 und 32 ist die Gesamthöhe der Struktur etwa 60 nm, wobei in der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform die nachstehenden Dicken für die einzelnen Schichten gelten. Schicht 26 ist 5 nm dick, Schicht 28 ist 10 nm dick und besteht aus reinem Nickel oder einem In-Ni-Gemisch, Schicht 30 ist 10 nm dick und Schicht 32 ist 30 nm dick. Bei Berücksichtigung der Gesamtmenge Nickel und Indium, die innerhalb der drei Schichten 26, 28 und 30 enthalten sind, sind das etwa 90% Nickel in Atomprozent, und 10% Indium. Ein größerer Prozentsatz Indium, bis 70%, kann eingesetzt werden. Halbleitende Verbindungen zwischen Nickel und Indium, die sich im Bereich 18 ausbilden, sind z.B. Ni&sub3;In, NiIn, Ni&sub2;In&sub3; und Ni&sub3;In&sub7;. Wie man aus den obigen Verbindungen ersehen kann, beinhalten sie unterschiedliche Verhältnisse zwischen Nickel und Indium, um sicherzustellen, daß eine Indiumbindung eintreten kann, auch wenn unterschiedliche örtliche Konzentrationen der Indium- und Nickelatome vorkommen, wobei diese Konzentrationsunterschiede innerhalb des Prozesses der gegenseitigen Diffusion unter den Atomen der entsprechenden Schichten 26, 28 und 30 auf natürliche Weise auftreten können. Die gewünschte Form des Kontakts 12 sowie auch für andere Teile des Vorrichtung 10 werden gebildet durch photolithographische Verfahren oder eine reaktive Ionenätztechnik; diese Ätztechniken sind in der Fertigung von Halbleitervorrichtungen wohlbekannt.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß in einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform die Schicht 28 entweder nur aus Indium oder aus einem Indium-Nickel-Gemisch ausgeführt werden kann.
  • Zwar wurde in der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform in der Schicht 26 Nickel verwendet, um als Schranke zwecks Einschränkung der Diffusionsrate des Indium in das Galliumarsenid zu dienen, jedoch ist anzunehmen, daß auch andere Metalle wie Palladium, Titan, Mangan und Platin anstatt Nickel auf ähnliche Weise in der Schicht 26 aufgebracht werden können, um die Indiumdiffusionsrate in das Halbleitermaterial des Substrats 14 durch Ausbilden einer wärmestabilen halbleitenden Verbindung mit Indium zu regeln. Im Hinblick auf das Erwärmen der Struktur des Kontakts 12 auf die kontaktbildende Temperatur ist anzumerken, daß ein stoßweises Erhitzen z.B. für eine Zeitspanne von 1-2 Sekunden durch einen intensiven Strahl bei Infrarotheizung angewendet werden kann. Dieses stoßweise Erhitzen ist bekannt, und Geräte zum Erzeugen dieser stoßweisen Erhitzung sind im Handel erhältlich. Dieses stoßweise Erhitzen ist vorteilhaft, weil dieses verhältnismäßig kurze Aufheizintervall dazu beiträgt, die Menge des ins Galliumarsenid eindiffundierenden Indiums zu beschränken. Ferner ist anzumerken, daß das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ist, weil kein kompliziertes Gerät mit den entsprechenden Prozessen wie z.B. bei Molekularstrahl-Epitaxie oder molekular-organisch-chemischer Dampfabscheidung erforderlich ist. Zu vermerken ist auch, daß die Verwendung von Nickel in der Schicht 26 die Adhäsion und die Benetzung zwischen dem Metall des Kontakts 12 und dem Galliumarsenid-Substrat 14 verbessert.
  • Die oben angesprochenen halbleitenden Verbindungen zwischen Nickel und Indium haben Schmelzpunkte über 800ºC und sichern auf diese Weise eine Wärmestabilität, so daß Veränderungen der Umgebungstemperatur von Zimmertemperatur bis 400ºC im wesentlichen keine Auswirkung auf die Stabilität des Übergangswiderstands haben dürften. Der obige Fertigungsprozeß ergibt einen ohmschen Kontakt mit einem Widerstand von 0,3 Ohm-Millimeter. Fig. 3 zeigt die experimentell ermittelten Widerstandswerte als Funktion der Temperatur beim Bilden des Kontakts. Fig. 4 zeigt die Stabilität des Widerstands bei einer erhöhten Temperatur von 400ºC als Funktion der Zeit. Der erfindungsgemäße Prozeß bietet auch noch einen weiteren Vorteil beim Bau eines MESFET, in dem Source- und Drain- Bereiche mit implantiertem Silizium aufgebaut wurden, wobei das Silizium durch Erhöhen der Temperatur über etwa 800ºC aktiviert werden muß; eine solche Silizium-Implantierung und Aktivierung kann gleichzeitig mit dem Heizschritt im Verfahren der Fig. 2 erfolgen.
  • Ein Faktor, der die Anwendung des Verfahrens nach Fig. 2 erleichtert, ist die Tatsache, daß das Indium bei Temperaturen unter 800ºC schmilzt, wobei diese Temperatur im Bereich der Bildungstemperaturen liegt, die beim Erwärmen der Struktur des Kontakts 12 angewandt werden. Im Gegensatz dazu sind die sich ergebenden halbleitenden Verbindungen bei diesen Temperaturen fest. Daher werden nicht-schwerschmelzbare Metalle, Nickel und Indium, zur Herstellung des Materials für den Legierungsbereich 18 eingesetzt, wobei dieses Metall für die Zwecke der Erfindung als schwer schmelzbar gelten kann.
  • Bei GaAs-Vorrichtungen sind im allgemeinen wärmestabile ohmsche Kontakte mit kleinem Widerstand erforderlich, um die beste Leistung zu erbringen. Die Verringerung des Übergangswiderstands zum GaAs von n-Typ kann erzielt werden durch Erhöhung der Donatordichte an der GaAs-Grenzfläche mit dem Kontaktmetall, und/oder durch Verkleinerung der Potentialschwelle zwischen dem Leitungsband und dem Fermienergieniveau des Metalls, das das GaAs berührt. Eine Steigerung der Donatordichte wird im allgemeinen erzielt durch Steigerung des Eindiffundierens von Donatoren aus dem Metall in das GaAs durch Aufheizen auf höhere Temperaturen. Diese Donatordotierungstechniken werden weitgehend angewandt zur Herstellung von ohmschen Kontakten wie AuNiGe. Die Verkleinerung der Potentialschwelle kann erreicht werden durch Zugabe von Indium zum GaAs, was zur Ausbildung von InGaAs oder InAs an der obigen Grenzfläche führt.
  • Ohmsche Kontakte mit Indium an der Grenzfläche und höhere Temperaturen im Fertigungsprozeß führen infolge der ungleichmäßigen Verteilung des Indium nicht notwendigerweise zu geringerem Widerstand. Ohne die Praxis der Erfindung zur Regelung der Indiumdiffusion in das Galliumarsenid, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, hätten die entstehenden ohmschen Kontakte einen hohem Widerstand. Ein solcher Kontakt weist eine ungleichmäßige Verteilung der InGaAs-Phasen auf.
  • Zwar läßt sich die Wärmestabilität durch Einsatz schwer schmelzbarer Materialien beim Aufbau des Kontakts verbessern, jedoch lassen sich die Kontaktwiderstandswerte nur sehr schwer verkleinern wegen der fehlenden Steigerung der Donatordichte während des Glühverfahrens, sowie auch wegen der Schwierigkeiten beim Verkleinern der Potentialschwelle bei Kontakten, die schwerschmelzbare Materialien einsetzen. Diese Beschränkung wurde in der Praxis durch die Erfindung überwunden.
  • Es ist interessant zu beobachten, daß, falls ein ohmscher Kontakt aus einer verhältnismäßig geringen Menge Indium in schwerschmelzbaren Metallen wie MoGeW oder GeW hergestellt würde, sich verhältnismäßig niedrige Übergangswiderstände mit Wärmestabilität erzielen ließen infolge der Ausbildung von InGaAs-Phasen an der Grenzfläche zwischen dem Kontaktmetall und dem GaAs. Wenn Indium direkt auf GaAs aufgebracht würde, würde das Indium ohne Ausbildung einer InGaAs-Schicht an der Grenzfläche tief in das GaAs-Grundmaterial eindiffundieren. Wenn Germanium zwischen die schichten aus Indium und GaAs eingelegt würde, wirkte die Germaniumschicht als Schranke gegen die Diffusion des Indium in das GaAs. Jedoch, weil Germanium und Indium nicht mischbar sind, diffundiert das Indium durch ausgedünnte Bereiche in der Germaniumschicht oder Korngrenzen in das GaAs und bildet örtliche Inseln mit InGaAs-Phasen aus, die hohe Übergangswiderstände ergeben und Veränderungen bei den entsprechenden Kontakten zwischen den aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen eines Fertigungsprozesses einführen können.
  • Die Erfindung ist in der Lage, die obigen Qualitätsgrenzen für ohmsche Kontakte durch Ausbilden einer gleichmäßigen InGaAs-Schicht an der Metall/GaAs-Grenzschicht, und einer thermisch stabilen Indiumverbindung oben auf dieser Schicht, zu überwinden und somit die Reproduzierbarkeit des Fertigungsprozesses zwischen den einzelnen Arbeitsgängen zu verbessern.

Claims (11)

1. In einer Halbleitervorrichtung mit einem Gallium und Arsen enthaltenden Substrat (14), ein Kontakt (12) zum Substrat, enthaltend:
eine Schicht (16) aus einem leitenden, schwerschmelzbaren Material;
eine metallische Schicht (18) einschließlich mindestens einer thermisch stabilen, halbleitenden Verbindung bestehend aus Indium und aus dem Metall, das in dieser Metallschicht (18) enthalten ist, und/oder eine thermisch stabile, feste Einzelphase, gebildet aus Indium und Metall, das in dieser Metallschicht (18) enthalten ist, wobei diese Schicht zwischen dieser Schicht aus schwer schmelzbarem Material und diesem Substrat (14) angeordnet ist; in der
eine Schicht (20) aus InGaAs zwischen dieser Metallschicht (18) und diesem Substrat (14) angeordnet ist.
2. Ein Kontakt gemäß Anspruch 1, bei dem dieses Substrat eine Verbindung aus Gallium und Arsen aus einem Satz von Verbindungen, bestehend aus Galliumarsenid, Indium-Galliumarsenid und Aluminium-Galliumarsenid umfaßt.
3. Ein Kontakt gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem diese Schicht aus leitendem, schwer schmelzbarem Material ein Material aus einem Satz schwer schmelzbarer Materialien bestehend aus Wolfram, Wolframsilizid, Titannitrid und Titan umfaßt.
4. Ein Kontakt gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, bei dem diese Metallschicht ein Metall aus einem Satz Metalle bestehend aus Nickel, Palladium, Platin, Mangan und Titan umfaßt, wobei Nickel bevorzugt ist.
5. Ein Verfahren zur Ausbildung eines Kontakts (12) auf einem Gallium und Arsen enthaltenden Substrat (14) in einer Halbleitervorrichtung, wobei dieses Verfahren das Binden des Indium mit einem Metall, das wenigstens eine thermisch stabile intermetallische Verbindung mit Indium und/oder eine thermisch stabile feste einfache Phase mit Indium ausbildet, umfaßt und das Verfahren aus folgenden Schritten besteht:
Ablagern einer ersten Schicht (26) dieses Metalls auf diesem Substrat (14);
Ablagern einer zweiten Schicht (28) des Materials, das aus einem Satz Material gezogen wird, der aus Indium und einem Gemisch aus Indium und diesem Metall besteht, auf dieser ersten Schicht (26);
Ablagern einer dritten Schicht (30) dieses Metalls auf dieser zweiten Schicht (28);
Ablagern einer vierten Schicht (32) aus schwer schmelzbarem Material auf der dritten Schicht (30), wobei diese erste und diese zweite und diese dritte und diese vierte Schicht eine Schichtstruktur bilden; und
Erwärmen dieser Schichtstruktur auf eine hinreichende Temperatur um eine Metallwechselwirkung dieser ersten und dritten Schicht mit diesem Indium zu erzielen, wobei diese erste Schicht hinreichend dünn ist, um die Diffusion des Indium zuzulassen, und die gleichzeitig in der Lage ist, die Diffusionsrate des Indium aus dieser zweiten Schicht (28) durch diese erste Schicht (26) in dieses Substrat (14) zu beschränken, um eine gleichmäßig feine Verteilung der InGaAs- Phasen entlang einer Grenzschicht (20) zwischen diesem Substrat (14) und dieser ersten Schicht (26) zu erzeugen.
6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, in dem dieses Metall dieser ersten Schicht und dieser dritten Schicht aus einem Satz Metalle bestehend aus Nickel, Palladium, Mangan, Platin und Titan genommen wird, wobei Nickel bevorzugt ist.
7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, in dem diese zweite Schicht ein metallisches Material umfaßt, das aus dem Satz Material genommen wird, der aus Indium und einem Gemisch dieses Metalls und dem Indium besteht, wobei die zwei Materialien dieses Gemischs vorzugsweise gleichzeitig aufgebracht werden.
8. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 7, in dem dieser Erwärmungsgang die Ausbildung der halbleitenden Verbindungen des Indium mit diesem Metall und/oder einem Einphasenmaterial des Indium und dieses Metalls vorsieht.
9. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 8, der ferner umfaßt einen Schritt zum Aufbringen einer Deckschicht aus Siliziumnitrid auf diese Schichtstruktur und auf diese Substrat noch vor dein Schritt des Erwärmens auf Bildungstemperatur, um damit das Eindiffundieren von Verunreinigungen und das Ausdiffundieren von Arsen zu verhindern.
10. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 9, bei dem diese Bildungstemperatur im Bereich 7000 bis 1200ºC liegt und das Erwärmen durch stoßweises Erhitzen für einen Zeitraum im Bereich von etwa einer bis zehn Sekunden erfolgt.
11. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 10, worin dieser erste Schritt dem Ablagerns eine Schichtdicke von etwa 5 nm, dieser zweite Schritt des Ablagerns eine zweite Schichtdicke von etwa 10 nm, und dieser dritte Schritt des Ablagerns eine Schichtdicke von etwa 10 nm erzeugt.
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