JPH01211974A - ヒ化ガリウムを用いたｍｉｓ型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の製造方法、更に詳しくはヒ化ガリ
ウムを用いたＭＩＳ型半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術） ヒ化ガリウム（以降ＧａＡｓと記す）を用いたＭＩＳ型
半導体装置の特性は絶縁体膜とＧａＡｓ　ｋの界面特性
に大きく依存する。従来、良好な界面特性を得る方法と
しては、絶縁体膜形成前に、■ＧａＡｓ表面をＨ２，Ｎ
２．　ＮＨ３等のプラズマで処理する方法（ジャーナル
・オブ・アプライド・フィツクス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　ｔｈｅＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）５２（１
９８１）３５１５−３５１９）、■ＧａＡｓ表面を高純
度流水で処理する方法（アプライド・フィツクス・レタ
ーズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）５０（１９８７）２５６−２５８）等が検討されて
きた。これらは、ｎ型ＧａＡｓを用いたＭＩＳ型半導体
装置においてＧａＡｓ表面の過剰Ａｓが表面ポテンシャ
ルをピンニングしてしまい界面特性を劣化させてしまう
という問題の解決を目的としたものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、■の場合プラズマ条件によってはＧａＡｓ表面
が損傷を受ける危険性がある。すなわち、プラズマ処理
時間やプラズマ出力条件等の最適化が必要になる。また
■の場合には流水処理後絶縁体膜を形成するまでの間に
ＧａＡｓ表面を大気に晒してはならず特別の工夫が必要
とされ再現性に問題がある。本発明の目的は、以上の点
を解決した半導体装置の製造方法を提供することにある
。

（問題を解決するための手段） 本発明はヒ化ガリウム上に非酸化物系絶縁体膜を形成さ
せＭＩＳ型半導体装置を製造する方法において、該絶縁
体膜形成前にヒ化ガリウム表面をヒ素安定化面とした後
これにＩＩＩ族元素として、アルミニウム、あるいはガ
リウムのうちいづれかの元素を結合させるかまたは該元
素を含むラジカルあるいは分子を吸着させた上に非酸化
物系絶縁体膜を４５０℃以下で形成することを含むヒ化
ガリウムを用いたＭＩＳ型半導体装置の製造方法を提供
するものである。

（作用） 上記の問題を解決するための手段を検討した結果、特許
願６１−１９１３０７、同６１−１９１３７９において
記載した方法などが有用であることを見いだした。すな
わち、（１）ＧａＡｓ基板上に成長させたＧａＡｓエピ
タキシャル成長層の上に絶縁体膜としてＩＩＩ族窒化物
を被着させる工程において該ＩＩＩ族窒化物堆積直前に
（１−１）Ａｓ原料、ＩＩＩ族窒化物のＩＩＩ族原料、
Ｎ原料を順に供給するかあるいは（１−２）Ｇａ原料、
Ｎ原料を順に供給する方法、または（２）ＧａＡｓエピ
タキシャル成長層あるいはＧａＡｓ基板のＡｓ雰囲気中
熱処理の後５０〇−５５０℃において（２−１）高純度
Ｈ２中あるいは高真空中または（２−２）燐雰囲気中で
熱処理を行った後４５０’Ｃ以下で非酸化物系絶縁体膜
を被着させる方法を採ることにより比較的簡便に特性の
再現性を改善することが可能であった。しかしながら、
依然として、再現性に問題があった。その原因を検討し
たところ、上記方法の場合には製造工程の繰り返しに伴
い製造装置内の内壁などにＧａＡｓやＡｓが付着する結
果、装置内に制御されないＡｓ分圧が生じ、ＧａＡｓ表
面における過剰Ａｓの生成の防止を意図した上記工程の
制御性が悪化することが分った。

さらにこのＡｓ分圧の変動が過剰Ａｓ生成の防止に与え
る影響は、絶縁体膜を堆積させるＧａＡｓ表面の状態に
よって異ることが分かった。

ＧａＡｓ表面の初期状態をＡｓ安定化面としＩＩＩ族元
素を結合させることにより過剰Ａｓの生成が抑制される
。ここでＡｓ安定化面に結合させる元素を上記のＩＩＩ
族元素に限定するのは、Ａｓとの結合力が下地Ｇａと同
等以上であり過剰Ａｓ生成が抑制されると期待されるこ
と、およびＡｓとの結合が下地Ｇａと同じく共有結合性
であるため界面に生ずる分極が小さいと考えられるため
である。界面に生ずる分極が大きすぎると形成した膜の
剥離が起きやすいことは半導体へテロ接合界面に関して
よく知られている。

本発明では、まず、ＧａＡｓ表面には自然酸化膜が含ま
れぬようＧａＡｓエピタキシャル成長あるいはＧａＡｓ
基板のＡｓ雰囲気中熱処理などによる自然酸化膜除去の
工程は行っておく。この後Ａｓ安定化面を形成し、さら
にＩＩＩ族元素などを結合させておく。

そして絶縁体膜として窒化物、フッ化物等非酸化物系絶
縁体を４５０℃以下で堆積するものとする。酸化物系の
絶縁体膜はその堆積がＧａＡｓ表面酸化膜・過剰Ａｓ生
成の原因となるために除外する。

（実施例） 以下、本発明を実施例により説明する。

第１の実施例では非酸化物系絶縁体として窒化アルミニ
ウム（ＡＩＮ）をトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）−
ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）系原料により°堆積してＭＩＳ
型電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ）を作製した。

ここではＡｓ安定化面にアルミニウム（Ａ１）を結合さ
せることとした。本実施例ではガスソース分子線エピタ
キシャル（ＭＯＭＢＥ）装置により工程を行った。まず
化学的エツチングを行った半絶縁性（１００）ＧａＡｓ
基板（ソース、ドレインｎ＋コンタクト領域を形成した
もの）を装置内に導入し、　Ａｓ分子線（Ａｓ４強度：
ＩＸＩＯ１５ａｍ−２ｓｅｃ−’）を照射しながら昇温
し６５０℃で２分間熱処理することにより基板表面の自
然酸化膜を除去した。次に５５０℃まではＡｓ分子線照
射を供給しながら４００℃まで降温した。このとき反射
高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）バタンは２×４構造（Ａ
ｓ安定化面）を示した。４００℃においてトリイソブチ
ルアルミニウム（ＴｉＢＡ）０．０５ｃｃ／ｍｉｎを供
給しながら１分間熱処理した後ＴｉＢＡ供給を停止しＡ
ｓ安定化面にＡＩを結合させた。

引き続き４００’ＣでＮ２Ｈ４、ＴＭＡの供給を順に開
始し厚さ１１００ｎのＡＬＮ膜を堆積した。得られたＡ
ＩＮ／ＧａＡｓ試料にアルミニウム（ＡＩ）を蒸着後パ
ターニングしゲートを形成した。最後にソース、ドレイ
ンｎ＋コンタクト上に金・ゲルマニウム・ニッケル（Ａ
ｕＧｅＮｉ）電極を形成しＭＩＳＦＥＴとした。本方法
で作製したＭＩＳＦＥＴは蓄積型の動作を示した。ゲー
ト長１ｐｍのとき相互コンダクタンス（ｇｍ）は平均５
０ｍ５／ｍｍであり、この平均ｇｍは１０回の製造回数
で±２５％の分布範囲内にあり、本実施例が良好な再現
性を持つことがわかった。

第２の実施例では第１の実施例におけるＡＩに代えガリ
ウム（Ｇａ）をＡｓ安定化面に結合させた。但しＧａ原
料としてはジエチルガリウムクロライド（（Ｃ２Ｈ５）
２ＧａＣ１：　０．０５ｃｃ／ｍ１ｎ）を５００℃で１
分間供給した。本方法で作製したＭＩＳＦＥＴは蓄積型
の動作を示した。ゲート長１ｐｍのとき相互コンダクタ
ンス（ｇｍ）は平均４５ｍ５／ｍｍであり、この平均ｇ
ｍは１０回の製造回数で±２５％の分布範囲内にあり、
本実施例が良好な再現性を持つことがわかった。

以上の結果は従来法のうちでも最良の場合の４０％より
も改善されたものである。

実施例においてはＧａＡｓ基板上に直接絶縁体膜を被着
したが、基板上にＧａＡｓのエピタキシャル成長層を形
成させ、その成長層の表面をＧａ安定化面とした後、絶
縁体膜を形成させても良い。また絶縁体膜としてはＧａ
Ｆ２やＡＬＮに限られたものではなく、ＳｉＮｘやＢＮ
なと他の酸素を含まない絶縁体膜でも良い。絶縁体膜の
成長方法も分子線エピタキシー以外の気相成長方法を用
いることができる。

（発明の効果） 以上に述べたように、本発明によればヒ化ガリウムを用
いたＭＩＳ型半導体装置の製造工程の再現性を向上させ
ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ヒ化ガリウム上に非酸化物系絶縁体膜を形成させＭＩ
   Ｓ型半導体装置を製造する方法において、該絶縁体膜形
   成前にヒ化ガリウム表面をヒ素安定化面とした後これに
   III族元素としてアルミニウムとガリウムのうちいづれ
   かの元素を結合させるかまたは該元素を含むラジカルあ
   るいは分子を吸着させた上に非酸化物系絶縁体膜を４５
   ０℃以下で形成することを含むヒ化ガリウムを用いたＭ
   ＩＳ型半導体装置の製造方法。