JPH02230772A - Ｍｉｓ型半導体装置の構造 - 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ＭＩＳ型半導体装置の構造に関し、更に詳しく
は絶縁体と半導体の界面に誘起されたキャリアの伝導を
利用するＭＩＳ型半導体装置の構造に関する。

［従来の技術］ 絶縁体と半導体の界面に誘起されたキャリアの伝導によ
って動作するＭＩＳ型半導体装置は、半導体の伝導型と
して輸送キャリアと逆か、または半絶縁性のものを用い
てノーマリオフ型とする。

このため、半導体層の作製法もしくは作製条件には制限
が必要であり、例えば半導体層としてヒ化ガリウム（以
下ＧａＡｓと記Ｖ）を用いてｎ型ＭＩｓ電界トランジス
タを製造する場合には、残留キャリア補償用の深い準位
を導入したバルク結晶や、弱いｐ型のエビタキシャル結
晶を使用している。このうちキャリア移動度を決める結
晶性や均一性の観点からすれば、エビタキシャル結晶の
方が望ましい。

実際のＭＩＳ型半導体装置の製造過程では、ソースおよ
びドレインのオーミツク接触をとるために上記のような
半導体基板中に高濃度ドープ領域を形成することが必要
であり、プレーナ型素子では通常イオン注入が用いられ
る。ＭＩＳ系の耐熱性が充分大きい場合には前記のプロ
セスをゲート部形成後に行うことが可能でおるが、イオ
ン注入後の活性化熱処理によってＭＩＳ系の電気特性が
劣化してしまう場合には、絶縁体膜堆積前に予め高濃度
領域を形成することが必要である。後者の場合には、高
濃度領域形成工程によって半導体表面に形成ざれた劣化
層を絶縁膜堆積前に除去する必要があった。

［発明が解決しようとする課題］ 絶縁体一半導体界面の蓄積キャリアの伝導を利用する型
のＭＩＳ型半導体装置にあいて、半導体としてＧａＡｓ
等の化合物半導体を用いた場合には、絶縁膜一半導体界
面に高濃度の欠陥準位が存在するため、表面電位の移動
範囲が制限ざれることや界面でのキャリア移動度が小さ
いことが問題となっている。

更に、この型のＭ　Ｉ　Ｓ型半導体装置では上記のよう
に半導体中の残留不純物濃度に制限があるが、一方で有
機金属気相エビタキシャル結晶を用いる場合には無添加
状態で残留キャリア濃度を低く抑えようとするとＶ族原
料対■族原料供給比を小さくする必要かおり、良好な表
面モホロシを｛ｑにくいという問題点かあった。

しかも結晶性を改善しようとすると、成長温度をより高
く設定する必要があり、この場合、残留キャリア濃度が
増加する傾向にあるという問題もめった。これに対して
補償不純物を導入する方法では、残留キャリア濃度の低
減が図れるものの、キャリアの散乱中心が増え、移動度
が低下するという問題がおった。

また従来技術で述べた事情によってプロセス中に生じた
劣化層を化学エッチングによって除去する場合には、除
去可能な半導体層厚さに元々制限がある上に、エッチン
グ後の半導体表面の処理状態を制御しきれないという問
題があった。

本発明は、以上述べたような従来の問題点を解決するた
めになされたもので、実効移動度が高く、特性の向上し
た半導体装置の構造を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、半導体上に絶縁膜が形成ざれたＭＩＳ型半導
体装置の構造において、絶縁膜下の半導体表面近傍の不
純物原子および欠陥単位が原子状水素の導入により電気
的に不活性化されてなることを特徴とするＭＩＳ型半導
体装置の構造である。

本発明にあいて、絶縁膜を表面に形成ざれた半導体層は
、無添加の液体封止引き上げ法等によって成長したバル
ク結晶でもよいし、あるいは無添加の気相エビタキシャ
ル成長法によってハルク結晶上に成長したエビタキシャ
ル成長結晶であってもよい。

特に、エビタキシャル成長結晶を用いた場合には、残留
不純物をチャネル領域で不活性化することが可能となる
ため、従来のように故意の補償不純物添加や成長温度お
よびＶ族原料対■族原料供給比に対する制限が不用とな
り、結晶性の観点のみで最適化した成長条件を選ぶこと
かできる。

［作用１ 本発明は、半導体中に導入された原子状水素が欠陥や不
純物を電気的に不活性化する現象を利用したものである
。欠陥や不純物が電気的に不活性化されると、絶縁体一
半導体界面の実質上の残留欠陥濃度や残留不純物濃度が
減少し、良好な界面特性が得られるようになる。そのた
め、例えばＧａＡＳ系のＭＩＳ型装置においても、表面
電位のピンニングやキャリア移動度の点で装置特性の改
善を行うことができる。

［実施例１ 以下、本発明の実施例について説明する。

第１の実施例ではＧａＡＳ基板を用い、絶縁膜として窒
化アルミニウムく△ＩＮ）をトリメチルアルミニウムー
ヒドラジン系原料により堆積してＭＩＳ型電界効果トラ
ンジスタ（ＭＩＳＦＥＴ＞を作製する例について述べる
。

液体封止引き上げ法によって成長したバルクの無添加半
絶縁性ＧａＡＳに、まずソースおよびトレインとなる領
域をフォトレジストによってパタニングし、ｎ型不純物
となるシリコン（Ｓ　ｉ　）イオンをエネルギー１００
　ｋｅＶ、ドーズ置２Ｘ１０１４ｃｍ−２の条件で注入
した後、フォトレジストを剥離した。熱処理保護膜とし
てＡＩ！Ｎを１０００人堆積し、活性化熱処理を９５０
゜Ｃ，２０分の条件で行った後、保護膜を剥離した。次
にゲート絶縁膜用△ＮＮを８０ＯＡ堆積し、Ｐｄを背圧
１×１叶７Ｔｏｒｒの真空下で抵抗加熱法により５００
０　Ａ蒸着した後、パターニングを行ってゲート部とし
た。

次いで、水素原子を導入するために水素気流中で２７０
゜Ｃ、３時間熱処理した。最後にソースとトレイン領域
の電極として金ゲルマニウムニッケル（ＡｕＧｅＮ　ｉ
　）をリフトオフ法を用いて形成し、ＭＩＳＦＥＴとし
た。

本実施例で作製したＭＩＳＦＥＴは電子蓄積型の動作を
示し、得られた素子の電流飽和領域における実効移動度
は室温で２４００　ｃｍ２　Ｖ−１　ｓｅｃ−１であり
、水素原子による不活性化を行わない場合に比べて２０
％の移動度改善がみられた。

第２の実施例では、第１の実施例の半導体をバルク半絶
縁性ＧａＡＳに代えて、その上に有機金属を原料とした
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で成長したエビタキシャル
ＧａＡｓに置き換えた。この際、成長温度は７５０’Ｃ
，　Ｖ／ＩＩＩ比を１５０として２０００人の結晶成長
を行ったＪこの後、第１の実施例と同一の工程によりＭ
ＩＳＦＥＴを作製した。

水素原子の導入を行わなかった場合には、チャネル領域
の半導体層がｎ型の導電性を持つためノマリーオン型と
なってしまい、空乏層変調型の素子となった。これに対
して、水素原子の導入を行った場合には、第１の実施例
と同様の電子蓄積動作を示し、しかもチャネル部分の半
導体層をエビタキシャル成長層としたことによって、第
１の実施例と比較して実効移動度が増加し、２５００ｃ
ｍ２　Ｖ−１　　ｓｅｃ−１が得られた。この結果は従
来法で作製した最も実効移動度の高いＭＩＳＦＥＴに比
べて１０％以上高い値でおる。

なお、以上の実施例では半導体としてＧａＡＳを用いた
が、真性キャリア濃度が実用上許容ざれる程度に低く、
しかも水素原子による不純物不活性化の生じる半導体で
あれば、これ以外の材料を用いてもよい。またゲート絶
縁体としては、ここで使用したＡ２Ｎ以外の材料を用い
てもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば実効移動度が高く
、特性の改善ざれたＭＩＳ型半導体装置の構造が得られ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体上に絶縁膜が形成されたＭＩＳ型半導体装
   置の構造において、絶縁膜下の半導体表面近傍の不純物
   原子および欠陥準位が原子状水素の導入により電気的に
   不活性化されてなることを特徴とするＭＩＳ型半導体装
   置の構造。