(57)【要約】【課題】銅金属化の製造工程との組み合わせが可能であり、銅拡散を効果的に防ぎ、抵抗値が低く、放熱特性と機械的強度に優れ、半導体素子の特性を向上させるヒ化ガリウム半導体のショットキー構造を提供する。【解決手段】ヒ化ガリウム半導体基板と、該ヒ化ガリウム半導体基板上に分布してショットキー・コンタクトを形成するチタン金属層と、該チタン金属層上に分布して金属層の拡散を防ぐ拡散バリア層と、該拡散バリア層上に分布してショットキー構造を形成する第１銅金属層とによりヒ化ガリウム半導体上に形成されるショットキー構造を構成する。該チタン金属層はスパッタリング又は蒸着によって形成する。該拡散バリア層はタングステン、窒化タングステン、タンタル、窒化タンタル又はモリブデンなどの耐火金属材料から選択し、スパッタリング又は蒸着によって形成する。該第１銅拡散バリア層もスパッタリング又は蒸着で形成する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒ化ガリウム半導体上に形成されるショットキー構造であって、
ヒ化ガリウム半導体基板と、
該ヒ化ガリウム半導体基板上に分布してショットキー・コンタクトを形成するチタン金属層と、
該チタン金属層上に分布して金属層の拡散を防ぐ拡散バリア層と、
該拡散バリア層上に分布してショットキー構造を形成する第１銅金属層とを含んでなり、
後続の銅金属製造工程において該第１銅金属層上に直接メッキすることを特徴とするヒ化ガリウム半導体のショットキー構造。
【請求項２】
前記チタン金属層の膜厚が、５０ｎｍ〜１００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１に記載のヒ化ガリウム半導体のショットキー構造。
【請求項３】
前記チタン金属層の製造工程が、スパッタリング又は蒸着を含むことを特徴とする請求項１に記載のヒ化ガリウム半導体のショットキー構造。
【請求項４】
前記拡散バリア層の材料が、タングステン、窒化タングステン、タンタル、窒化タンタル及びモリブデンから選択される少なくとも一種の耐火金属材料であることを特徴とする請求項１に記載のヒ化ガリウム半導体のショットキー構造。
【請求項５】
前記拡散バリア層の製造工程が、スパッタリング又は蒸着を含むことを特徴とする請求項１に記載のヒ化ガリウム半導体のショットキー構造。
【請求項６】
前記拡散バリア層の膜厚が、３０ｎｍから１００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１に記載のヒ化ガリウム半導体のショットキー構造。
【請求項７】
前記第１銅金属層の膜厚が、２００ｎｍから３５０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１に記載のヒ化ガリウム半導体のショットキー構造。
【請求項８】
前記第１銅拡散バリア層の製造工程が、スパッタリング又は蒸着を含むことを特徴とする請求項１に記載のヒ化ガリウム半導体のショットキー構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体のショットキー構造に関すものであり、さらに詳しくは、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）素子上に適用されて、その他の製造工程との組み合わせが容易なヒ化ガリウム半導体のショットキー構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒ化ガリウム（ＧａＡＳ）素子のショットキー構造は、主にチタン／白金／金（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）から構成されたものが用いられている。この構造のなかで、チタン（Ｔｉ）による金属層は、主にヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）とショットキー・コンタクトを形成し、白金（Ｐｔ）による金属層は拡散バリア層として作用する。また、金（Ａｕ）による金属層は、全体の抵抗を低減させる作用を有するものである。従来のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）ユニットの伝送線は、主に金を使用している。しかし、銅は金に比してさらに優れた導電性、放熱性および機械的強度を有し、かつ価格も低いという利点がある。従って、銅の拡散の問題を改善することができれば、銅を金属化のための金属とすることができる。また、ユニットの性能をさらに高めることもできるが、仮に金（Ａｕ）を銅（Ｃｕ）に変更した場合、銅の製造工程におけるニーズに合わせ、ショットキー構造も修正しなければならないという問題がある。
【０００３】
Ｓｈｉｍａｄａらのアメリカ合衆国特許第５０４９９６４号明細書（“ＧａＡｓ　ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｄｅｖｉｃｅ　ｈａｖｉｎｇ　Ｓｃｈｏｔｔｋｙ　ｇａｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”）は、ヒ化ガリウム上にチタン（Ｔｉ）の金属層を積層させ、さらに耐火金属層及びその窒化物又は炭化物を積層させたショットキーゲート構造を開示したものである。
【０００４】
また、Ｄｕｂｉｎらのアメリカ合衆国特許第５６９５８１０号明細書（“Ｕｓｅ　ｏｆ　ｃｏｂａｌｔ　ｔｕｎｇｓｔｅｎ　ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ　ａｓ　ａ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｆｏｒ　ｃｏｐｐｅｒ　ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ”）にはＣｏＷＰの金属層を以って銅の拡散を防ぐバリア層が開示されている。
【０００５】
さらに、Ｂｈｏｗｍｉｋらのアメリカ合衆国特許第６２８８４４９号明細書（“Ｂａｒｒｉｅｒ　ｆｏｒ　ｃｏｐｐｅｒ　ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ”）は、Ｔａ／ＴａＮ／ＴｉＮの多重層構造を拡散バリア層とすることを開示している。
【０００６】
しかしながら、前記の先行技術である３件のアメリカ合衆国特許明細書に記載されたショットキー構造には、例えば、銅製造工程を直接組み合わせてショットキー構造の全体的抵抗を低減させるか、又は多重層構造を耐火金属層材料に変えることを含め製造工程を単純化するなどの改良すべき余地を未だ残している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、銅金属化の製造工程と、その他の製造工程とを組み合わせることができ、低コストで、かつ製造する素子の特性を高めることのできるヒ化ガリウム半導体のショットキー構造を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の課題は、銅拡散を効果的に防ぐとともに、抵抗値が低く、好ましい放熱特性と機械的強度を有するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の課題は、高周波数素子への応用に適するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、ヒ化ガリウム半導体基板と、該ヒ化ガリウム半導体基板上に分布してショットキー・コンタクトを形成するチタン金属層と、該チタン金属層上に分布して金属層の拡散を防ぐ拡散バリア層と、該拡散バリア層上に分布してショットキー構造を形成する第１銅金属層とによってなるヒ化ガリウム半導体のショットキー構造によって前記課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発明を完成に到達した。
【００１１】
かくして、本発明により、
ヒ化ガリウム半導体上に形成されるショットキー構造であって、
ヒ化ガリウム半導体基板と、
該ヒ化ガリウム半導体基板上に分布してショットキー・コンタクトを形成するチタン金属層と、
該チタン金属層上に分布して金属層の拡散を防ぐ拡散バリア層と、
該拡散バリア層上に分布してショットキー構造を形成する第１銅金属層とを含んでなり、
後続の銅金属製造工程において該第１銅金属層上に直接メッキすることを特徴とするヒ化ガリウム半導体のショットキー構造
が提供される。
【００１２】
図１に開示するように、本発明に係るヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、例えば高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　以下、「ＨＥＭＴ」と略称する）などに応用され、半絶縁ヒ化ガリウム半導体基板（１）と、ショットキー構造（２）と、銅金属空気ブリッジ（３）と、銅金属層（５）と、ｎ型ヒ化ガリウム（６）と、窒化物（７）とを含み、後続の銅金属製造工程と組み合わせることができる。図面に開示するように、素子の電極と金属ワイヤとの結線部分が既に従来の金を銅に代えることによって、さらに低い抵抗値と、放熱特性を具え、素子の特性を大きく高める作用を有するショットキー構造が得られる。
【００１３】
また、本発明に係るショットキー構造は、前記の構成によって銅が拡散してヒ化ガリウムに浸透して起きる深準位アクセプタ（ｄｅｅｐ　ａｃｃｅｐｔｏｒ）の問題を解決することができる。すなわち、銅金属のヒ化ガリウム単結晶マイクロウェーブ集積回路に対する適用を可能とし、銅をヒ化ガリウム素子金属化の金属とすることによって、抵抗値が低く、低コストで、好ましい放熱特性と機械的強度を有し、ヒ化ガリウム素子の製造工程の水準を高めることができるショットキー構造が得られる。
【００１４】
以下、本発明について具体的に説明する。
請求項１に記載するヒ化ガリウム半導体上に形成されるショットキー構造は、ヒ化ガリウム半導体基板と、該ヒ化ガリウム半導体基板上に分布してショットキー・コンタクトを形成するチタン金属層と、該チタン金属層上に分布して金属層の拡散を防ぐ拡散バリア層と、該拡散バリア層上に分布してショットキー構造を形成する第１銅金属層とからなり、後続の銅金属製造工程において該第１銅金属層上に直接メッキすることができるように構成されたものである。
【００１５】
請求項２に記載するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍのチタン金属層を有するものである。
請求項３に記載するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、スパッタリング又は蒸着を用いる製造工程により得られるチタン金属層を有するものである。
【００１６】
請求項４に記載するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、タングステン、窒化タングステン、タンタル、窒化タンタル又はモリブデンなどの耐火金属材料を用いる拡散バリア層を有するものである。
請求項５に記載するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、スパッタリング又は蒸着を用いる製造工程により得られる拡散バリア層を有するものである。請求項６に記載するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、膜厚が３０ｎｍから１００ｎｍの拡散バリア層を有するものである。
【００１７】
請求項７に記載するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、膜厚が２００ｎｍから３５０ｎｍの第１銅金属層を有するものである。
請求項８に記載するヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、スパッタリング又は蒸着を用いる製造工程により得られた第１銅拡散バリア層を有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、ヒ化ガリウム半導体上に形成されるショットキー構造に関し、ヒ化ガリウム半導体基板と、チタン金属層と、拡散バリア層と、第１銅金属層とから構成される。
かかるショットキー構造の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図面を参照して以下にさらに具体的に説明する。
【００１９】
【実施例】
図２に、本発明に係るヒ化ガリウム半導体上に形成されるショットキー構造を示す。該構造は、半絶縁ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）半導体基板（１）と、該半絶縁ヒ化ガリウム半導体基板（１）上に分布するｎ型ヒ化ガリウム（６）と、該ｎ型ヒ化ガリウム（６）上に分布し、ショットキー・コンタクトを形成するチタン（Ｔｉ）金属層（２１）と、該チタン金属層（２１）上に分布して金属の拡散を防ぐ拡散バリア層（２２）と、該拡散バリア層（２２）上に分散する第１銅（Ｃｕ）金属層（２３）とからなり、該拡散バリア層（２２）によって第１銅金属層（２３）の拡散問題を解決し、本発明の構造に後続の銅製造工程で直接メッキを施すことができるようにしたものである。
【００２０】
図３に従来のヒ化ガリウム半導体上に形成されるショットキー構造を開示する。図面によれば、従来の構造は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）半導体基板（３０）と、該ヒ化ガリウム半導体基板（３０）上に分布してショットキー・コンタクトを形成するチタン（Ｔｉ）金属層（３１）と、該チタン金属層（３１）上に分布して拡散バリア層を形成する白金（Ｐｔ）金属層（３２）と、該白金金属層（３２）上に分布してショットキー構造を形成する金（Ａｕ）金属構造（３３）とからなる。かかる半導体素子に銅製造工程を施す場合、金属接続と空気ブリッジなどは、いずれも金から銅に変更する必要がある。従って、図３に開示する従来のショットキー構造では、表面の金属が金であるため、銅ワイヤをボンディングする場合は、中間に金と銅の拡散を防ぐバリア層を形成しなければならない。
【００２１】
これに対し、本発明によるショットキー構造は、後続の銅金属製造工程においてショットキー構造上に直接メッキすることができる。図４に、本発明の好ましい実施例を示す。図面によれば、実施例の構造は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）半導体基板（３０）と、該ヒ化ガリウム半導体基板（３０）上に分布し、ショットキー・コンタクトを形成するチタン（Ｔｉ）金属層（３１）と、該チタン金属層（３１）上に分布して金属の拡散を防ぐ拡散バリア層（３２１）と、該拡散バリア層（３２１）上に分散してショットキー構造を形成する第１銅（Ｃｕ）金属層（３４）とによってなり、実施例の構造に後続の銅付着工程で直接メッキを施すことができるようにする。
【００２２】
さらに詳しく説明すると、図４に開示するようにチタン金属層（３１）はヒ化ガリウム半導体基板（３０）上に分布し、その厚さは５０ｎｍ〜１００ｎｍの間である。工程としてはスパッタリング又は蒸着などの方法を用いる。該拡散バリア層（３２１）は、金属チタン層（３１）上に分布し、本発明においては従来の白金（Ｐｔ）金属に代わってタングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、コバルト（Ｃｏ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）又はモリブデン（Ｍｏ）などの耐火金属材料によって形成する、その厚さは３０ｎｍ〜１００ｎｍの間とし、かつ従来の金金属に代わり、第１銅金属層（３４）を最上層として該拡散バリア層（３２１）上に分布させる。その厚さは２００ｎｍ〜５００ｎｍの間とする。タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）などの耐火金属材料は、白金（Ｐｔ）に比して比較的低い抵抗値を有し、同時に銅金属と容易に反応しない。また、銅金属と金金属とを比較した場合比較的低い抵抗値と好ましい熱伝導性を有し、半導体素子の製造工程を銅製造工程に変更した場合、本発明による構造は、銅製造工程と直接組み合わせることができる。本発明による構造の全体的抵抗値は、同等の厚さにおいて、図３に開示する従来の構造に比して低いことから半導体素子の特性を大幅に高めることができる。
従って、本発明は、合理的で、完璧な創作ということができるので、好ましい実用性を具え、その設計は従来にない新規性を具えたものである。
【００２３】
図３に開示する従来のヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、蒸着によりメッキ膜を形成したものである。しかし、仮に、スパッタリングを応用することができれば、メッキ膜を形成するチップ表面の温度が低くなり、フォトマスクの形状を容易に破壊することがない。本発明における拡散バリア層（３２１）は、スパッタリングを応用し、チタン金属層（３１）及び第１銅金属層（３４）はスパッタリング又は蒸着を応用してメッキすることができる。
【００２４】
本発明に係るショットキー構造を応用する半導体素子に銅製造工程を施す場合、図３に開示する従来の構造は、仮に表面の金金属層（３３）に銅ワイヤをボンディングするのであれば、中間に金と銅の拡散を防ぐ阻害層を形成しなければならない。本発明によれば、ヒ化ガリウム半導体上のショットキー構造は、後続の銅金属付着工程でゲート上に直接メッキすることができる。すなわち、合理的で完璧な製造工程が得られる創作であって、従来の技術においてネックとなる障害を打ち破った高度な創作ということができ、進歩性を有するものである。
【００２５】
以上は、本発明の好ましい実施例であって、これにより本発明の実施の範囲を限定するものではない。従って、当業者のなし得る修正又は変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明に属するものとする。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係るヒ化ガリウム半導体のショットキー構造は、銅金属の製造工程と、その他製造工程とを組み合わせることができ、低コストで、合理的な製造工程が得られる。また、銅拡散を効果的に防ぐとともに、抵抗値が低く、好ましい放熱特性と機械的強度を具え、製造する素子の特性を高めることができ、特に、高周波数素子への応用に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るショットキー構造を応用したＨＥＭＴの構造を表す説明図である。
【図２】本発明に係るショットキー構造を表わす説明図である。
【図３】従来のヒ化ガリウム半導体上に形成されるショットキー構造を表わす説明図である。
【図４】本発明の好ましい実施例の構造を表わす説明図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　半絶縁ヒ化ガリウム半導体基板
２　　　　　　　　　　　　ショットキー構造
３　　　　　　　　　　　　銅金属空気ブリッジ
４　　　　　　　　　　　　空気
５　　　　　　　　　　　　銅金属層
６　　　　　　　　　　　　ｎ型ヒ化ガリウム
７　　　　　　　　　　　　窒化物
３０　　　　　　　　　　ヒ化ガリウム半導体基板
２１、３１　　　　チタン金属層
３２　　　　　　　　　　白金金属層
３３　　　　　　　　　　金金属層
２２、３２１　　拡散バリア層
２３、３４　　　　第１銅金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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