专利名称：化合物半导体装置以及制造该化合物半导体装置的方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体装置以及制造该化合物半导体装置的方法。
背景技术：
包括GaAs等的化合物半导体装置已被广泛用作发光装置。作为化合物半导体装置的电极，已使用由金(Au)合金制成的电极，以获得良好的欧姆接触。通常，将信号从外部直接应用到由Au合金制成的电极上而使化合物半导体装置工作。同时，在诸如装有逻辑电路的发光装置阵列(例如，自扫描型发光装置(SLED)阵列)之类的高集成微装置中，芯片上的布线密度变高，因此，如同传统的硅集成电路那样， 需要形成层间绝缘膜、接触孔和纤细金属布线的组合体。在该组合体中，层间绝缘膜形成在由Au合金制成的电极上，但是Au合金和层间绝缘膜材料之间的粘附性通常较低，因此，需要改善由Au合金制成的电极与层间绝缘膜之间的粘附性。在下面将列出的专利文献1中，披露了这样的方法在具有Au布线的半导体集成电路中，为了改善Au电极与层间绝缘膜之间的粘附性，在半导体装置(其形成在半导体基板上)上形成Au布线之后，将钛膜溅射在所获得的构造体的整个表面上并对该钛膜进行氧化，从而形成氧化钛膜，由此，在该氧化钛膜的整个表面上形成等离子体氧化膜。在下面将列出的专利文献2中披露了这样的内容通过等离子体CVD法，在Au布线上用富含硅的组合物沉积具有Si-H键和N-H键的、厚度为30nm的氮化硅膜，然后在该膜上形成厚度为500nm的氧化硅膜，从而改善Au布线和无机绝缘膜之间的粘附性。在下面将列出的专利文献3中披露了这样的内容在Au布线上形成Cr膜，进而进行热处理，从而在Au布线周围形成对绝缘膜具有优良的附性、并且耐腐蚀性和耐热性优良的反应层，然后，将未反应的Cr膜除去，接着在反应层上形成氧化硅膜。在下面将列出的专利文献4中披露了这样的内容在形成金膜之后，形成构成布线的镀金膜，然后采用离子注入法全面地注入钛离子，从而在镀金膜上形成钛-金合金膜， 接着，在Au-Ti合金膜上形成氧化硅膜作为层间绝缘膜。在下面将列出的专利文献5中披露了这样的内容在Au布线上涂覆薄的硅膜之后，采用等离子体CVD法或者进行热处理，形成由金和硅构成的合金膜，随后形成绝缘膜。[技术文献]
[专利文献]
[专利文献UJP-A1933--109721
[专利文献2] JP-A1933--275547
[专利文献3] JP-A1933--315332
[专利文献4] JP-A1994--061225
[专利文献5] JP-A1994--084905
发明内容
本发明的目的是提供一种Au合金电极和层间绝缘膜之间的粘附性得以改善的化合物半导体装置、以及制造该化合物半导体装置的方法。[1]根据本发明的一个方面，一种化合物半导体装置，包括形成在化合物半导体上的Au合金电极；形成在所述Au合金电极上的层间绝缘膜；通过在所述层间绝缘膜中所形成的接触孔与所述Au合金电极相连接的金属布线；以及形成在所述Au合金电极和层间绝缘膜之间的界面处的氧化膜，并且所述氧化膜的主成分为所述化合物半导体的构成元素。[2]在上述[1]的构成中，所述化合物半导体为AlGaAs，并且所述氧化膜的主成分为Al。[3]在上述[1]的构成中，所述化合物半导体为AlGaAs，并且所述氧化膜的主成分为Ga。[4]在上述[1]的构成中，述化合物半导体为GaAs，并且所述氧化膜的主成分为
Ga0[5]根据本发明的另一方面，一种制造化合物半导体装置的方法，包括在化合物半导体上形成Au合金电极；在氧化性气体的存在下对所述Au合金电极进行退火，从而在所述Au合金电极的表面上形成氧化膜，该氧化膜的主成分为所述化合物半导体的构成元素；在退火后的所述Au合金电极上形成层间绝缘膜；在所述层间绝缘膜中形成接触孔，同时除去一部分所述氧化膜；以及在所述接触孔中形成金属布线。与在Au合金电极和层间绝缘膜之间的界面处未形成主成分为化合物半导体的构成元素的氧化膜的情况相比，采用上述[1]的构成，可以提高Au合金电极和层间绝缘膜之间的粘附性。采用上述[2]的构成，可以形成以下层的构成元素作为主成分的氧化膜，由此，使制造工序简化，而且能够适用于现有的工艺。采用上述[3]的构成，可以形成以下层的构成元素作为主成分的氧化膜，由此，使制造工序简化，而且能够适用于现有的工艺。采用上述W]的构成，可以形成以下层的构成元素作为主成分的氧化膜，由此，使制造工序简化，而且能够适用于现有的工艺。与在Au合金电极和层间绝缘膜之间的界面处未形成主成分为化合物半导体的构成元素的氧化膜的情况相比，采用上述[5]的构成，可以提高Au合金电极和层间绝缘膜之间的粘附性，而不会增加制造工序的步骤数。附图简要说明基于下面的附图对本发明的示例性实施方案进行详细说明，其中
图1是根据本发明的一个示例性实施方案的半导体装置的构成图；图2是图1中的阴极的构成图；图3是图1中的栅电极的构成图4是示出阴极的元素分布的示意图；图5A和5B是栅电极的显微照片图；图6是有针孔生成时的半导体装置的构成图；图7是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的流程图；图8是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的构成图(第一个图)；图9是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的构成图(第二个图)；图10是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的构成图(第三个图)；图11是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的构成图(第四个图)；图12是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的构成图(第五个图)；图13是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的构成图(第六个图)；图14是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的构成图(第七个图)；以及图15是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造方法的构成图(第八个图)。
具体实施例方式以下将对本发明的示例性实施方案进行说明，其中，作为化合物半导体装置的一个例子，对安装在成像装置的打印头中的自扫描型发光装置(SLED)阵列的发光装置进行说明。但是，所述半导体装置并不局限于该发光装置，反而，本发明可适用于包括非发光装置在内的其它半导体装置。1.半导体装置的基本构成图1示出多个发光装置中的任意一个的构成，其中所述发光装置包括在安装在成像装置的打印头中的自扫描型发光装置(SLED)阵列中。具体地说，所述发光装置为发光晶闸管，并且控制所述多个发光晶闸管使得它们以一组(或一块)为单位打开/关闭。在图1中，所述化合物半导体装置包括形成在半导体基板上的AKiaAs栅半导体层10 ；形成在AWaAs栅半导体层10的预定区域上的AWaAs阴极半导体层12 ；形成在 AlGaAs阴极半导体层12上的Au合金阴极14 ；形成在AlGaAs栅半导体层10上的Au合金栅电极16 ；层间绝缘层18 ；形成在阴极14和栅电极16上的Al布线20 ；衬垫21 ；以及保护膜22。所述阴极14和所述栅电极16分别由不同的Au合金制成，例如，所述阴极14由 AuGeNi制成，而栅电极16由AuSbSi制成。所述层间绝缘层18为通过(例如)CVD方法形成的氧化硅膜，并且在所述阴极14 和栅电极16上的层间绝缘层18中，形成接触孔。在这种装置中，所述Au合金阴极14和层
5间绝缘层18之间的粘附性、以及所述Au合金栅电极16和层间绝缘层18之间的粘附性成为问题。因此，本实施方案通过这样的方法来改善所述粘附性在所述Au合金阴极14和栅电极16的表面上分别形成氧化膜15、17，使得所述氧化膜15布置在所述阴极14和层间绝缘膜18之间的界面处，同时使得所述氧化膜17布置在栅电极16和层间绝缘膜18之间的界面处。2.阴极的构成图2是所述Au合金阴极14的放大图。所述阴极14由AuGeNi合金制成，并形成在阴极半导体层12上。所述氧化膜15形成在所述阴极14的表面及周围。除去一部分氧化膜15 (即，将要形成Al布线20的区域中的氧化膜15)，从而在所述Al布线20和阴极14 之间获得欧姆接触。通过蚀刻处理除去将要形成Al布线20的区域中的氧化膜15(换言之， 形成所述氧化膜15的开口)，同时，蚀刻处理在后述的层间绝缘膜18中形成接触孔。在氧化性气体的存在下，对所述的形成在AlGaAs阴极半导体层12上的AuGeNi阴极14进行退火，从而形成所述氧化膜15。也就是说，在MGaAs阴极半导体层12上形成所述AuGeNi阴极14之后，在氧化性气体的存在下，对所获得的构造体进行退火处理，结果，下面的阴极半导体层12的构成元素Al或( 扩散到AuGeNi合金中，并在AuGeNi合金阴极14 的表面处被氧化，从而在所述阴极14的表面上形成所述氧化膜15。形成在所述阴极14的表面及其周围的氧化膜15改善了所述阴极14和层间绝缘膜18之间的粘附性。3.栅电极的构成图3是所述Au合金栅电极16的放大图。所述栅电极16由AuSbSi合金制成，并形成在栅半导体层10上。所述氧化膜17形成在所述栅电极16的表面及其周围。除去一部分氧化膜17 (即，将要形成Al布线20的区域中的氧化膜17)，从而在所述Al布线20和栅电极16之间获得欧姆接触。通过蚀刻处理除去将要形成Al布线20的区域中的氧化膜 17 (换言之，形成氧化膜17的开口)，同时，如同形成氧化膜15的开口时那样，蚀刻处理在层间绝缘膜18中形成接触孔。在氧化性气体的存在下，对形成在AWaAs栅半导体层10上的AuSbSi栅电极16 进行退火，从而形成所述氧化膜17。也就是说，在所述AlGaAs栅半导体层10上形成所述 AuSbSi栅电极16之后，在氧化性气体的存在下，对所获得的构造体进行退火处理，结果，下面的栅半导体层10的构成元素Al或( 扩散到AuSbSi合金中，并在AuSbSi合金层16的表面处被氧化，从而在所述栅电极16的表面上形成所述氧化膜17。形成在所述栅电极16 的表面及其周围的氧化膜17改善了所述栅电极16和层间绝缘膜18之间的粘附性。4.阴极和栅电极的氧化膜图4示出了退火后被氧化的阴极14的分析结果。在该图中，横轴表示对所述阴极 14的表面进行溅射处理时的溅射时间(分钟)，其相当于距离所述阴极14的表面的深度。 纵轴表示原子浓度％。在溅射时间短的情况下，在所述阴极14的表面区域，氧原子0和铝原子Al的原子浓度变高。之后，随着溅射时间增加，氧原子0和铝原子Al的原子浓度降低， 而金原子Au的原子浓度变高。该结果表明，在所述阴极14的表面形成了主成分为Al的氧化膜。此外，本发明的申请人采用与对氧化-退火后的阴极14进行分析的方法相同的方法，对退火后被氧化的栅电极16进行了分析。在溅射时间短的情况下，在栅电极16的表面区域，氧原子0和镓原子( 的原子浓度变高。之后，随着溅射时间增加，氧原子0和镓原子 Ga的原子浓度降低，而金原子Au的原子浓度变高。该结果表明，在栅电极16的表面形成了主成分为( 的氧化膜。据推测，通过氧化退火，下面的AWaAs的构成元素扩散到Au合金后被氧化，从而导致这样的情况在所述阴极14的表面上形成了主成分为Al的氧化膜15，并在所述栅电极16的表面上形成了主成分为( 的氧化膜17。而且，这样的推测基于下面的想法所述阴极14和栅电极16的下面的AKiaAs分别具有互不相同的组成，并且所述阴极14和栅电极16的厚度相互不同。这样，当在氧化性气体的存在下对所述阴极14和栅电极16进行退火处理时，在所述阴极14和栅电极16的表面上，分别形成了主成分互不相同的氧化膜15、17。这种氧化膜 15、17不仅改善了与层间绝缘膜18的粘附性，而且抑制了所述阴极14和栅电极16的缺陷不良(即，所谓的空隙)。图5示出了经氧化-退火的栅电极16的显微照片平面图。图5A示出了在不含氧的N2气存在下退火后的栅电极16的显微照片平面图，而图5B示出了经氧化-退火的栅电极16的显微照片平面图。如图5A所示，在不含氧的队气的存在下退火后的栅电极16中， 特别是，在所述栅电极16的侧面形成了空隙。据认为，这是由于作为所述栅电极16的主成分的Au原子流动造成的。与此相反的是，如图5B所示，在其表面上形成有氧化膜17的经氧化-退火的栅电极16中，基本上未形成任何空隙。据认为，这是由于较硬的氧化膜17抑制了 Au原子的流动、或者氧原子进入到Au原子的晶界中而抑制了 Au原子的移动。此外，当分别在所述阴极14和栅电极16的表面上形成氧化膜15、17时，这种氧化膜15、17起到绝缘膜的作用，从而提高介质击穿电压。图6是在层间绝缘膜18中生成针孔时的半导体装置的构成图，其中所述层间绝缘膜18形成在阴极14上。如上所述，在层间绝缘膜18中形成接触孔时，阴极14表面上的将要形成接触孔的区域中的一部分氧化膜15被除去，因此，除了将要形成接触孔的表面区域之外，所述氧化膜15包覆阴极14的整个表面。由此，在采用CVD法在所述阴极14上形成层间绝缘膜18时，即使由于成膜不良而在层间绝缘膜18中形成有针孔M，介质击穿电压也不会降低而是保持在相同程度，这是因为，由于所述氧化膜15以绝缘方式包覆所述阴极14 的表面，因而所述Al布线20不与阴极14电接触。在未形成针孔M的区域中，由于由氧化膜15和层间绝缘层18构成的双层绝缘结构，因而提高了介质击穿电压。5.制造化合物半导体装置的方法图7是示出根据本发明的一个示例性实施方案的制造发光装置的方法的流程图。首先，在半导体基板上形成栅半导体层10和阴极半导体层12之后，采用沉积法和光刻胶剥离法(resist lift off method)，形成Au合金阴极14和Au合金栅电极16(SlOl)。其次，在氧化性气体的存在下，在预定温度下，对所获得的构造体进行退火处理 (S102)。通过氧化退火，下层的阴极14的构成元素扩散到Au合金中，然后在其表面被氧化， 从而形成氧化膜15。同样，通过氧化退火，下层的栅电极16的构成元素扩散到Au合金中， 然后在其表面被氧化，从而形成氧化膜17。通过这样的氧化退火，形成氧化膜15、17，同时， 所述阴极14与其下面的栅半导体层12之间形成欧姆接触，而且所述栅电极16与其下面的栅半导体层10之间形成欧姆接触。
随后，采用CVD法形成诸如氧化硅膜之类的层间绝缘膜18(S103)。接着，采用光刻法和反应离子刻蚀法，在层间绝缘膜18中在阴极14和栅电极16 上形成接触孔(S104)。此时，同时除去阴极14表面上的一部分氧化膜15以及栅电极16表面上的一部分氧化膜17。然后，在接触孔中形成Al布线20作为金属布线(S105)。而且， 还形成衬垫21。最后，形成保护膜22，并除去衬垫21上的一部分保护膜，从而形成接触孔(S106)。图8至图15示出了根据本发明的一个示例性实施方案的具体的制造发光装置的方法。首先，如图8所示，在半导体基板上，依次层叠AWaAs栅半导体层10和AWaAs阴极半导体层50。其次，如图9所示，蚀刻除去一部分的AWaAs栅半导体层10和AWaAs阴极半导体层50，从而使AKiaAs阴极半导体层12保持在将要形成阴极的区域。随后，如图10所示，采用沉积法和光刻胶剥离法，在AWaAs阴极半导体层12上， 以图案形成方式，形成由AuGeNi合金制成的Au合金阴极14，并且，采用沉积法和光刻胶剥离法，在AlGaAs栅半导体层10上，以图案形成方式，形成由AuSbSi合金制成的Au合金栅电极16。接着，如图11所示，通过在预定的条件下，对所获得的构造体进行氧化退火，从而在Au合金阴极14的表面形成主成分为Al的氧化膜15，同时，在Au合金栅电极16的表面形成主成分为( 的氧化膜17。例如，在预定的条件下的氧化退火为在N2(IOslm)和 02(0.5slm)的气氛下、于400°C的温度退火10分钟。虽然下面的阴极14和栅电极16的半导体基板均由AlGaAs制成，但是下面的阴极14和栅电极16的化合物半导体层中Al的组成比不同，而且阴极14和栅电极16的厚度也相互不同，因此，出现在阴极14和栅电极16的表面处的元素相互不同。总之，下面的AlGaAs半导体层的构成元素扩散到该层上的电极的 Au合金中，并在电极的表面被氧化，从而形成所述氧化膜15、17。下层的构成元素扩散到其上面的膜中、进而在下层对侧的膜表面处形成氧化膜的这种现象与在制造硅集成电路的方法中所使用的钨一多晶硅(其为由WSi2膜和多晶硅膜构成的双层结构)的氧化现象相似。通过氧化退火而形成的主成分为Al的氧化膜15、以及通过氧化退火而形成的主成分为( 的氧化膜17不仅与下面的Au合金层具有优异的粘附性，而且与将在随后形成的层间绝缘膜18具有优异的粘附性。此外，在本实施方案中，由于水蒸气容易到达阴极14和 /或栅电极16的侧面、以及/或者阴极14和/或栅电极16中的微孔的内部空间，在阴极 14和/或栅电极16的整个表面及其周围高密度地形成氧化膜15、17，从而获得优异的包覆性。同时，虽然在未形成Au合金层的区域中，半导体基板暴露于氧化性气体中，但是在基板的表面上仅仅形成薄的自然氧化膜，并且该薄的自然氧化膜不会导致特别的问题，而与化合物半导体制造方法具有良好的适应性。如上所述，由于氧化退火处理起到进行热处理以形成阴极14和栅电极16与下面的半导体基板之间的欧姆接触的作用，因而不需要与该氧化退火处理相独立的其它的用于形成欧姆接触的热处理。换言之，如果为了形成欧姆接触而进行热处理，在该热处理的同时，在阴极14和栅电极16的表面上形成氧化膜15、17。随后，如图12所示，采用CVD法，在半导体基板的整个表面上形成氧化硅膜作为层间绝缘膜18。
接着，如图13所示，采用光刻法和反应离子刻蚀法，除去阴极14和栅电极16上的层间绝缘膜18，从而形成接触孔60。此时，也同时除去形成在阴极14表面上的氧化膜15 和形成在栅电极16表面上的氧化膜17。接着，如图14所示，在接触孔60和衬垫形成区域，分别形成Al布线20和衬垫21。最后，如图15所示，在所获得的构造体的整个表面上形成保护膜22，然后在衬垫形成区域形成开口 26。根据本实施方案，通过采用氧化退火处理，在阴极14和栅电极16的表面分别形成氧化膜15、17，可以改善阴极14和层间绝缘膜18之间的粘附性、以及栅电极16和层间绝缘膜18之间的粘附性。此外，由于氧化膜17的存在，防止在栅电极16中形成空隙。此外，由于氧化膜15、17的存在，可以提高发光装置的介质击穿电压。而且，在本实施方案中，关于在形成氧化膜15、17时所采用的氧化退火处理，在形成与下层的阴极14和栅电极16的欧姆接触时进行退火处理，因此，在退火处理时，仅通过引入氧化性气体就可实现氧化退火处理，从而不会增加氧化退火处理的步骤，而且与现有的半导体制造方法具有良好的适应性。6.变形例以上虽然对本发明的实施方案进行了说明，但是本发明并不局限于该实施方案， 而是可以进行各种变形。例如，虽然在上述的实施方案中氧化退火处理的条件是在N2和&的气氛下、于 400°C的温度下退火10分钟，但是退火时间和温度并不局限于这些，而可以是不同的退火时间和温度。对氧化膜15、17的厚度没有特别的限定，可根据所需要的粘附性和介质击穿电压进行变更。此外，虽然在本实施方案中使用氧气作为氧化性气体，但是氧化性气体并不局限于此，而可以使用包括氧在内的任意气体。例如，可以使用H2O气或队0气体。此外，虽然在本实施方案中使用AWaAs基板作为半导体基板，但是半导体基板并不局限于此，例如，可以使用GaAs基板。在后一种情况下，氧化膜15、17的主成分变成Ga。另外，虽然在本实施方案中氧化膜15含有Al作为其主成分，且氧化膜17含有( 作为其主成分，但是本发明并不局限于这些。例如，氧化膜15可以包含( 作为其主成分。 此外，氧化膜17可以包含Al作为其主成分。而且，可以形成含有Al作为其主成分的氧化膜和含有Au合金的构成元素(Ge或Ni)作为其主成分的氧化膜的组合体作为氧化膜15 ；或者仅形成含有Au合金的构成元素(Ge或Ni)作为其主成分的氧化膜作为氧化膜15。这同样适用于氧化膜17，具体来说，可以形成含有( 作为其主成分的氧化膜和含有Au合金的构成元素(Sb或Zn)作为其主成分的氧化膜的组合体作为氧化膜17 ；或者仅形成含有Au合金的构成元素(Sb或Zn)作为其主成分的氧化膜作为氧化膜17。具体地说，所述“主成分” 通常是指，在氧化膜中所包含的元素(除了氧之外)中，在氧化膜中具有主要的或占优势的组成比的元素，更具体地说，“主成分”是指，化合物半导体的构成元素的量比氧化膜的构成元素的量的一半大。在大多数情况下，所述主成分可以是一种元素，但是并非总是如此，所述主成分可以是多种元素。为了解释和说明的目的而对本发明实施方案进行了上述说明。这并非意在穷举或将本发明限定为所公开的具体形式。很明显，多种修改和改变对于本领域技术人员来说都是显而易见的。为了更好地说明本发明的原理和实际应用，选择并描述了示例性实施方案，从而使本领域技术人员理解本发明的各种实施方案及其适于特定预期用途的各种修改。本发明的范围应由所附权利要求及其等同含义来限定。
权利要求
1.一种化合物半导体装置，包括 形成在化合物半导体上的Au合金电极； 形成在所述Au合金电极上的层间绝缘膜；通过在所述层间绝缘膜中所形成的接触孔而与所述Au合金电极相连接的金属布线；以及在所述Au合金电极和层间绝缘膜之间的界面处所形成的氧化膜，该氧化膜的主成分为所述化合物半导体的构成元素。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体装置，其中所述化合物半导体为AWaAs，并且所述氧化膜的主成分为Al。
3.根据权利要求1所述的化合物半导体装置，其中所述化合物半导体为AWaAs，并且所述氧化膜的主成分为fe。
4.根据权利要求1所述的化合物半导体装置，其中所述化合物半导体为GaAs，并且所述氧化膜的主成分为fe。
5.一种制造化合物半导体装置的方法，包括 在化合物半导体上形成Au合金电极；在氧化性气体的存在下对所述Au合金电极进行退火，从而在所述Au合金电极的表面上形成氧化膜，该氧化膜的主成分为所述化合物半导体的构成元素； 在退火后的所述Au合金电极上形成层间绝缘膜； 在所述层间绝缘膜中形成接触孔，同时除去所述氧化膜的一部分；以及在所述接触孔中形成金属布线。
全文摘要
一种化合物半导体装置，包括Au合金电极、层间绝缘膜、金属布线、以及氧化膜。所述Au合金电极形成在化合物半导体上。所述层间绝缘膜形成在所述Au合金电极上。所述金属布线通过在所述层间绝缘膜中所形成的接触孔而与所述Au合金电极相连接。所述氧化膜形成在所述Au合金电极和层间绝缘膜之间的界面处，该氧化膜的主成分为所述化合物半导体的构成元素。
文档编号H01L29/201GK102254936SQ20101056042
公开日2011年11月23日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年5月20日
发明者太田恭久, 宇佐美浩之, 村田道昭, 高桥均 申请人:富士施乐株式会社