JPH04184939A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04184939A
JPH04184939A JP2312752A JP31275290A JPH04184939A JP H04184939 A JPH04184939 A JP H04184939A JP 2312752 A JP2312752 A JP 2312752A JP 31275290 A JP31275290 A JP 31275290A JP H04184939 A JPH04184939 A JP H04184939A
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JP
Japan
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film
layer
electrode
electrodes
gaas
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Pending
Application number
JP2312752A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Amano
好章 天野
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Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Mining Co Ltd
Nikko Kyodo Co Ltd
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Publication date
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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】 [産業上の利用分野コ 本発明は、半導体装置の製造方法、特に化合物半導体を
用いた電界効果トランジスタ(以下、FETという)の
表面保護膜の形成方法に関するものである。
[従来の技術] まず、従来の半導体装置を、GaAsを用いたFETを
例にとり、第4図を用いて説明する。同図において、1
1は半絶縁性GaAs基板であり、その上にバッファ層
12と動作層としてのn−GaAs層13が順次積層さ
れて基板部1が形成されている。基板部1上の離隔した
位置には、それぞれA u G e / N i / 
A uの多層構造からなるソース電極2及びドレイン電
極3がオーミック接触により形成されている。ソース電
極2とドレイン電極3の間における基板部1にはリセス
が形成され、このリセス部分にn−GaAs層13とシ
ョットキーバリアを形成するTi/A斐/Tiの多層構
造からなるゲート電極4が形成されている。
また、各電極2.3.4上を含む基板部1の表面には、
GaAsの表面保護膜として、プラズマCVD法により
5iNx(以下、p−3iN膜という)51が堆積され
ている。p−5iN膜51は、ソース電極2及びドレイ
ン電極3の部分が開口され、その開口部にT i / 
P t / A uの多層構造からなるポンディングパ
ッド6がそれぞれ形成されている。
そして、ゲート電極4に電圧が印加されると、動作層で
あるn−GaAs層13内に伸びている空乏層の深さが
変り、チャネルの断面積が変化してソース電極2とドレ
イン電極3の間を流れる電流が制御され、FETとして
の作用がなされる。
ところで、GaAsにおいては、SiとS i 02膜
の組合せのような良好な表面保護膜はまだ見出されてい
ない。このため、GaAs上に表面保護としてp−3i
N膜51を堆積するのみでは、表面保護膜とGaAsの
界面は不安定である。
したがって、GaAsを用いたFETは、表面保護膜と
GaAsの界面の不安定性が原因となって動作層部分以
外のゲート電極・ソース電極間及びゲート電極・ドレイ
ン電極間のn−GaAs層13を流れるリーク電流が増
加し、ゲート電極4のショットキー特性の劣化やゲート
電極4とソース電極2及びドレイン電極3間の耐圧の劣
化を招いて長時間動作等における信頼性が低下する。
これに対し、最近、Na2S、(NH4) 28X等の
硫黄の化合物を用いてGaAs表面に硫化処理を施すこ
とにより、GaAsの表面を安定化させるという報告が
ある。これは、GaAsの表面を硫化処理したのちショ
ットキーバリアを形成する電極を作製すると、ショット
キー障壁高さの電極金属依存性が顕著になることからG
aAsの表面欠陥が低減し、表面の安定化がなされると
いうものである。
第5図は、表面保護膜としてのp−5iN膜の堆積前に
、硫化処理工程を加えて製造したFET(ゲート幅0.
1m)について、ゲート・ドレイン間電圧に対するゲー
ト・ドレイン間電流の関係を示している。同図中、各特
性線は、■ゲート電極形成後、■硫化処理後、■p−8
iN膜堆積後の特性をそれぞれ示している。硫化処理を
施すことによりゲート電極・ドレイン電極間のn−Ga
As層表面が安定化し、ゲート電極・ドレイン電極間耐
圧BVgdは向上している。ここで、ゲート電極・ドレ
イン電極間耐圧BVgdは、ゲート電極・ドレイン電極
間の電流が35μA/關となったときの両電極間の電圧
と定義している。ところが、p−8iN膜の堆積後は、
■特性線で示すように、BVgdは大幅に低下している
。この現象は、ゲート電極・ソース電極間耐圧に対して
も同様に起きている。
これは、プラズマCVD法は堆積温度が200〜300
℃になるので、この熱によりGaAs表面が変質して硫
化処理の効果が失われるものと考えられる。
[発明が解決しようとする課題] 従来のFETは、ゲート電極・ソース電極間及びゲート
電極・ドレイン電極間のn−GaAs層とp−5iN膜
の界面が不安定であるため、この部分を流れるリーク電
流によりゲート電極のショットキー特性やゲート電極と
ソース電極及びドレイン電極間の耐圧が劣化して信頼性
が低下するという問題があった。また、硫化処理工程を
加えて製造したFETにおいても、p−8iN膜の堆積
後は、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極間の耐
圧が大幅に低下してしまうという問題があった。
そこで、本発明は、化合物半導体との界面特性が安定な
保護膜を形成することができて半導体装置の信頼性を向
上させることのできる半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明は上記課題を解決するために、(a)化合物半導
体の表面に複数の電極を形成する工程、(b)前記複数
の電極間に露出した前記化合物半導体の表面を硫化処理
する工程、(c)前記硫化処理を行った化合物半導体の
表面上に半導体又は金属からなる保護膜を形成する工程
、(d>前記保護膜を酸化する工程を有することを要旨
とする。
望ましくは、化合物半導体としてGaAs等の■−v族
化合物半導体が用いられる。
半導体装置は、化合物半導体上の離隔した位置に、それ
ぞれオーミック接触により形成されたソース電極、及び
ドレイン電極と、このソース電極とドレイン電極の間に
設けられ、前記化合物半導体とショットキー接合を形成
するゲート電極とを有するFETとされる。
硫化処理は、Na2S、(NH4)2 Sx等の水溶液
に浸漬することで化合物半導体の表面を硫化物化する処
理とする。
保護膜は、Si、Ge等の半導体又はA愛等の金属が用
いられる。
保護膜を酸化する手段は、プラズマ酸化、陽極酸化等の
方法を用い、熱酸化よりも低温で酸化できる方法がよい
。
酸化した保護膜上に、さらに5i02.5t3N4等の
他の保護膜を形成してもよい。
[作用] 化合物半導体の表面を硫化処理することにより、その化
合物半導体表面が硫化物化されて安定し、その状態を保
持することが可能となる。
即ち、硫化物上に直接、酸化物等の保護膜を形成せず、
−旦、半導体又は金属等の還元剤となる材料を形成し、
硫化物に接しない側から、これを酸化して安定な保護膜
とする。これにより、硫化物層を安定に残すことか可能
になる。
[実施例コ 以下、本発明の実施例を第1図ないし第3図を参照して
説明する。この実施例は、FETの製造方法に適用され
ている。
なお、第1図において前記第4図における部材等と同一
ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示す。
半絶縁性GaAs基板11上に、バッファ層12と動作
層としてのn −G a A s層13とをエピタキシ
ャル法により順次積層して化合物半導体の基板部1を形
成する。バッファ層12はキャリア濃度I X LO”
 am−3以下、厚さ1μm程度とし、また、n−Ga
As層13はSiドープてキャリア濃度3x 10” 
cm−3、厚さ0.3μm程度とする。
基板部1上の離隔した位置に、それぞれA u G e
 / N i / A uの多層構造からなるソース電
極2及びドレイン電極3をオーミック接触により形成す
る。ソース電極2とドレイン電極3の間における基板部
1にリセスを形成し、このリセス部分にn−GaAs層
13とショットキーバリアを形成するTi/AI/Ti
の多層構造からなるゲート電極4を厚さ0.5μm程度
に形成する。
(NH4)25X水溶液に室温で10分間浸漬し、ゲー
ト電極4とソース電極2及びドレイン電極3の間のn−
GaAs層13の表面の硫化処理を行い硫化物層7を形
成する。
表面に析出した硫黄を除去後、各電極2.3.4上を含
む基板部1の表面に、真空蒸着法により基板温度30℃
で保護膜となるSi膜52を厚さ100A程度に形成す
る。望ましい厚さ範囲は、50人〜200人である。次
いて、Si膜52を02プラズマで酸化する。プラズマ
条件は、02圧1torr、バレル型の反応器を用い、
基板温度100℃以下、時間5分間程度で行う。酸化し
たSi膜52上に、プラズマCVD法により、p−8i
N膜51を厚さ100A程度に堆積して表面保護膜を完
成する。
ソース電極2及びドレイン電極3の部分のp−3iN膜
51及び酸化したSi膜52を開孔し、その開孔部にT
 i / P t / A uの多層構造からなるポン
ディングパッド6をそれぞれ形成する。
上述のように、この実施例では、n−GaAs層13の
表面を硫化処理することにより、その表面が硫化物化さ
れて安定し、その安定した硫化物層7の状態を保持する
ことが可能となる。即ち、硫化物層7の上に直接、酸化
物等の保護膜を形成せず、−旦、還元剤となるSi膜5
2を形成し、そのSi膜52を硫化物層7に接しない側
から酸化することにより、安定な表面保護膜とするとと
もに、硫化物層7を安定に残すことが可能となる。
第2図は上述のようにして製造したFETのドレイン飽
和電流1 dssとゲート電極・ドレイン電極間耐圧B
Vgdとの関係を示している。ゲート電極・ドレイン電
極間耐圧BVgdはゲート電極・ドレイン電極間の電流
が35μA/關となったときの両電極間の電圧である。
第2図中、a特性線はこの実施例のものの特性を示し、
b特性線は比較例として硫化処理後にSi膜形成及びそ
の酸化処理を行わずにp−5iN膜のみを形成したFE
Tの特性を示している。また、第3図はドレイン飽和電
流1 dssとゲート電極・ドレイン電極間電流1ig
dとの関係を示している。ゲート電極・ドレイン電極間
電流IILgdはゲート電極・ドレイン電極間電圧が6
Vのときの両電極間を流れる電流である。第3図中、C
特性線はこの実施例のものの特性を示し、d特性線は前
記と同様の比較例としてのFETの特性を示している。
第2図、第3図の特性から、この実施例で製造したFE
Tは、比較例に比べてBvgd、 I igdともに顕
著に優れた特性を示し、耐圧の劣化が防止されているこ
とが分る。また、これに加えてこの実施例で製造したF
ETは特性の経時変化も少なくなっている。
なお、上述の実施例ではGaAsを用いたFETの製造
について説明したが、本発明は、これに限らず、InP
、又はInPφGaAsを基礎としたヘテロ接合型FE
T等の製造にも適用することができる。また、保護膜は
Si膜に限らず、Ge等の半導体又はAIL等の金属も
用いることができる。さらに、その保護膜を酸化する手
段は、プラズマ酸化の他に陽極酸化等の方法を適用する
こともできる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、複数の電極間に
露出した化合物半導体の表面を硫化処理して硫化物化し
、その硫化物上に一旦、半導体又は金属からなる保護膜
を形成し、その保護膜を硫化物に接しない側から酸化し
て安定化するようにしたため、化合物半導体の表面に硫
化物層を安定に残すことができて各電極間の耐圧の劣化
を防止することができ、半導体装置の信頼性を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る半導体装置の製造方法の実施例に
より製造された半導体装置の一例を示す縦断面図、第2
図は上記半導体装置のドレイン飽和電流とゲート電極・
ドレイン電極間耐圧の関係を比較例とともに示す特性図
、第3図は上記半導体装置のドレイン飽和電流とゲート
電極・ドレイン電極間リーク電流の関係を比較例ととも
に示す特性図、第4図は従来のFETを示す縦断面図、
第5図は上記従来のFETにおけるゲート電極・ドレイ
ン電極間の電圧と電流の関係を示す特性図である。 1:化合物半導体の基板部、 2:ソース電極、   3ニドレイン電極、4:ゲート
電極、  7:硫化物層、 13:n−GaAs層、  51 : S iN膜、5
2:Si膜(保護膜)。 代理人 弁理士  三 好  秀 和 箪 1 図 Idss(a+A/+am) 第2図 Idss(n+A/am)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (a)化合物半導体の表面に複数の電極を形成する工程
    、 (b)前記複数の電極間に露出した前記化合物半導体の
    表面を硫化処理する工程、 (c)前記硫化処理を行った化合物半導体の表面上に半
    導体又は金属からなる保護膜を形成する工程、 (d)前記保護膜を酸化する工程 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP2312752A 1990-11-20 1990-11-20 半導体装置の製造方法 Pending JPH04184939A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04199518A (ja) * 1990-11-28 1992-07-20 Mitsubishi Electric Corp 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2002343951A (ja) * 2001-05-18 2002-11-29 Oki Electric Ind Co Ltd 化合物半導体装置

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