JPH04352330A - Mis型半導体装置の製造方法 - Google Patents
Mis型半導体装置の製造方法Info
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- JPH04352330A JPH04352330A JP3126311A JP12631191A JPH04352330A JP H04352330 A JPH04352330 A JP H04352330A JP 3126311 A JP3126311 A JP 3126311A JP 12631191 A JP12631191 A JP 12631191A JP H04352330 A JPH04352330 A JP H04352330A
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- JP
- Japan
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- gaas substrate
- gaas
- gas
- substrate
- high temperature
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体GaAs(
ひ化ガリウム)を用いた金属−絶縁膜−半導体(MIS
)型素子の製造方法に関するものである。
ひ化ガリウム)を用いた金属−絶縁膜−半導体(MIS
)型素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体GaAsを用いたMIS型
素子として、現在までに様々なものが報告されている。 絶縁膜としてSiO2 、SiN、AlN、GaAsの
プラズマ酸化膜、またAlGaAsなどの半導体層が報
告されている。
素子として、現在までに様々なものが報告されている。 絶縁膜としてSiO2 、SiN、AlN、GaAsの
プラズマ酸化膜、またAlGaAsなどの半導体層が報
告されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした従来
の絶縁膜を用いたMIS型素子では界面準位密度が10
12cm−2eV−1以上と多く、反転層の形成も難し
かった。これはGaAs表面にはGa格子位置のAs原
子(AsGa)によるドナーとAs格子位置のGa原子
(GaAs)によるアクセプターなどの多数の表面準位
が存在するためである。一方、AlGaAsなどの半導
体を用いたMIS型素子では、界面準位密度はSiのM
OS素子並みに少ないが、エネルギーギャップが最大で
約2eVしかなく、バイアス電圧が大きくなるとリーク
電流が増大し、バイアスの余裕度が少なかった。
の絶縁膜を用いたMIS型素子では界面準位密度が10
12cm−2eV−1以上と多く、反転層の形成も難し
かった。これはGaAs表面にはGa格子位置のAs原
子(AsGa)によるドナーとAs格子位置のGa原子
(GaAs)によるアクセプターなどの多数の表面準位
が存在するためである。一方、AlGaAsなどの半導
体を用いたMIS型素子では、界面準位密度はSiのM
OS素子並みに少ないが、エネルギーギャップが最大で
約2eVしかなく、バイアス電圧が大きくなるとリーク
電流が増大し、バイアスの余裕度が少なかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載のMIS
型半導体装置の製造方法は、水素ガス雰囲気中でGaA
s基板の少なくとも一主面を高温、短時間アニールした
後、アンモニアガス雰囲気中で前記GaAs基板の一主
面を高温で短時間アニールする工程を含むことを特徴と
する。
型半導体装置の製造方法は、水素ガス雰囲気中でGaA
s基板の少なくとも一主面を高温、短時間アニールした
後、アンモニアガス雰囲気中で前記GaAs基板の一主
面を高温で短時間アニールする工程を含むことを特徴と
する。
【0005】請求項2に記載のMIS型半導体装置の製
造方法は、酸素を含むガスを用いてプラズマを発生させ
、前記プラズマガス中でGaAs基板の少なくとも一主
面をさらして処理した後、前記GaAs基板の一主面を
アンモニアガス雰囲気中で高温で短時間アニールする工
程を含むことを特徴とする。
造方法は、酸素を含むガスを用いてプラズマを発生させ
、前記プラズマガス中でGaAs基板の少なくとも一主
面をさらして処理した後、前記GaAs基板の一主面を
アンモニアガス雰囲気中で高温で短時間アニールする工
程を含むことを特徴とする。
【0006】請求項4に記載のMIS型半導体装置の製
造方法は、三フッ化窒素を含むガスを用いてプラズマを
発生させ、前記プラズマガス中でGaAs基板の少なく
とも一主面をさらして処理する工程を含むことを特徴と
する。
造方法は、三フッ化窒素を含むガスを用いてプラズマを
発生させ、前記プラズマガス中でGaAs基板の少なく
とも一主面をさらして処理する工程を含むことを特徴と
する。
【0007】
【作用】請求項1に記載の第1の方法では、最初の水素
ガス中の高温で短時間のアニールによりGaAs基板表
面のAs原子を蒸発させて表面をGaリッチにし、次の
アンモニアガス中の高温で短時間のアニールにより効率
良く窒化ガリウム(GaN)層が形成される。
ガス中の高温で短時間のアニールによりGaAs基板表
面のAs原子を蒸発させて表面をGaリッチにし、次の
アンモニアガス中の高温で短時間のアニールにより効率
良く窒化ガリウム(GaN)層が形成される。
【0008】請求項2に記載の第2の方法では、最初の
酸素を含むガスプラズマ処理により、GaAs表面に酸
化ガリウム(Ga2 O3 )層を形成し、次のアンニ
モアガス中の高温で短時間のアニールにより酸化ガリウ
ム層を効率良く窒化して窒化ガリウム(GaN)層が形
成される。
酸素を含むガスプラズマ処理により、GaAs表面に酸
化ガリウム(Ga2 O3 )層を形成し、次のアンニ
モアガス中の高温で短時間のアニールにより酸化ガリウ
ム層を効率良く窒化して窒化ガリウム(GaN)層が形
成される。
【0009】請求項4に記載の第3の方法では、GaA
s基板表面の三フッ化窒素(NF3)ガスのプラズマ処
理によりGaAsをフッ化および窒化してGaFN膜が
形成される。
s基板表面の三フッ化窒素(NF3)ガスのプラズマ処
理によりGaAsをフッ化および窒化してGaFN膜が
形成される。
【0010】第1および第2の方法で形成したGaNは
エネルギーギャップが約 3.4eVと大きく絶縁膜と
して十分の役目を果たす。また第3の方法で形成したG
aFN膜は同様にエネルギーギャップが 3.4〜 9
.6eVの間で同様に絶縁膜として十分の役目を果たす
。また、これらの絶縁膜とGaAsの界面はGaAsの
内部に形成されるためGaAs表面の影響を受けず、界
面準位密度はたいへん少なく良好なMIS型素子を得る
ことができる。
エネルギーギャップが約 3.4eVと大きく絶縁膜と
して十分の役目を果たす。また第3の方法で形成したG
aFN膜は同様にエネルギーギャップが 3.4〜 9
.6eVの間で同様に絶縁膜として十分の役目を果たす
。また、これらの絶縁膜とGaAsの界面はGaAsの
内部に形成されるためGaAs表面の影響を受けず、界
面準位密度はたいへん少なく良好なMIS型素子を得る
ことができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明のMIS型半導体装置の製造方
法を具体的な実施例に基づいて説明する。
法を具体的な実施例に基づいて説明する。
【0012】図1の(a)〜(d)は請求項1に記載の
第1の製造方法の実施例を示す。図1の(a)に示すよ
うに、n型(キャリア濃度は約1×1017cm−3)
GaAs基板1は、赤外線ランプアニール装置内の熱
電対モニター2を配したカーボンボート3の上に基板表
面を上にして配置され、H2 ガス雰囲気中で高温短時
間のアニールを受ける。高温とは約 700℃〜 85
0℃で、短時間とは約5秒〜10秒の範囲で、この実施
例では 750℃の雰囲気で5秒間アニールした。
第1の製造方法の実施例を示す。図1の(a)に示すよ
うに、n型(キャリア濃度は約1×1017cm−3)
GaAs基板1は、赤外線ランプアニール装置内の熱
電対モニター2を配したカーボンボート3の上に基板表
面を上にして配置され、H2 ガス雰囲気中で高温短時
間のアニールを受ける。高温とは約 700℃〜 85
0℃で、短時間とは約5秒〜10秒の範囲で、この実施
例では 750℃の雰囲気で5秒間アニールした。
【0013】これによりGaAs表面からAs原子が蒸
発し表面がGaリッチになる。この製造装置において4
は赤外線ランプ、5は反射板、6は石英ガラス製のサセ
プター、7,8はそれぞれガス導入口、流出口を示す。
発し表面がGaリッチになる。この製造装置において4
は赤外線ランプ、5は反射板、6は石英ガラス製のサセ
プター、7,8はそれぞれガス導入口、流出口を示す。
【0014】さらに、図1の(b)に示すように、Ga
As基板1はそのままの配置でNH3 ガスに切り替え
て高温短時間のアニールを受ける。高温とは約 700
℃〜 850℃で、短時間とは約5秒〜15秒の範囲で
、この実施例では 800℃、5秒間アニールした。
As基板1はそのままの配置でNH3 ガスに切り替え
て高温短時間のアニールを受ける。高温とは約 700
℃〜 850℃で、短時間とは約5秒〜15秒の範囲で
、この実施例では 800℃、5秒間アニールした。
【0015】これにより、GaAs基板表面は効率良く
窒化され表面にGaN層9が約50nm形成される。さ
らに、図1の(c)に示すように、GaAs基板の裏面
にAuGeを蒸着し450℃で30秒間、アルゴン(A
r)ガス中でシンターしてオーミック電極10を形成し
、次に図1の(d)に示すように、GaN層の所定の領
域にリフトオフ法を用いてアルミニウム(Al)金属か
らなるゲート電極11を形成してMISダイオードを完
成する。
窒化され表面にGaN層9が約50nm形成される。さ
らに、図1の(c)に示すように、GaAs基板の裏面
にAuGeを蒸着し450℃で30秒間、アルゴン(A
r)ガス中でシンターしてオーミック電極10を形成し
、次に図1の(d)に示すように、GaN層の所定の領
域にリフトオフ法を用いてアルミニウム(Al)金属か
らなるゲート電極11を形成してMISダイオードを完
成する。
【0016】図2の(a)〜(d)は請求項2に記載の
第2の製造方法の実施例を示す。図2の(a)に示すよ
うにn形GaAs基板1がプラズマCVD装置内のヒー
タ12の上に配置され、亜酸化窒素(N2 O)ガスを
チャンバー13に導入し、高周波電源14から周波数
13.56MHz,高周波出力 100Wを電極14a
,14bの間に印加してプラズマを発生し、GaAs基
板表面をプラズマ処理する。プラズマ条件としては、N
2 Oガス流量20sccm、真空度40Pa、基板温
度 300℃、処理時間5分間を用いた。
第2の製造方法の実施例を示す。図2の(a)に示すよ
うにn形GaAs基板1がプラズマCVD装置内のヒー
タ12の上に配置され、亜酸化窒素(N2 O)ガスを
チャンバー13に導入し、高周波電源14から周波数
13.56MHz,高周波出力 100Wを電極14a
,14bの間に印加してプラズマを発生し、GaAs基
板表面をプラズマ処理する。プラズマ条件としては、N
2 Oガス流量20sccm、真空度40Pa、基板温
度 300℃、処理時間5分間を用いた。
【0017】これにより、GaAs表面に酸化ガリウム
(Ga2 O3 )を主成分とGaAs酸化膜15(厚
さ約40nm)が形成される。 同図において、16
、17はそれぞれガス導入口、排気口を示す。
(Ga2 O3 )を主成分とGaAs酸化膜15(厚
さ約40nm)が形成される。 同図において、16
、17はそれぞれガス導入口、排気口を示す。
【0018】このGaAs酸化膜15は不安定であるが
、次に図2の(b)に示すように、GaAs基板1を赤
外線ランプアニール装置内に配置し、NH3 ガス雰囲
気中で高温短時間のアニールを受ける。高温とは約 7
00℃〜 850℃で、短時間とは約5秒〜15秒の範
囲で、この実施例では 800℃、5秒間アニールした
。
、次に図2の(b)に示すように、GaAs基板1を赤
外線ランプアニール装置内に配置し、NH3 ガス雰囲
気中で高温短時間のアニールを受ける。高温とは約 7
00℃〜 850℃で、短時間とは約5秒〜15秒の範
囲で、この実施例では 800℃、5秒間アニールした
。
【0019】これにより、GaAs表面の酸化膜15は
効率良く窒化され、より安定なGaN層9(厚さ約50
nm)に変換形成される。次に図2の(c)に示すよう
に、GaAs基板の裏面にAuGeを蒸着し 450℃
、30秒間、アルゴン(Ar)ガス中でシンターしてオ
ーミック電極10を形成する。さらに、図2の(d)に
示すように、GaN層の所定の領域にリフトオフ法を用
いてアルミニウム(Al)金属からなるゲート電極11
を形成してMISダイオードを完成する。
効率良く窒化され、より安定なGaN層9(厚さ約50
nm)に変換形成される。次に図2の(c)に示すよう
に、GaAs基板の裏面にAuGeを蒸着し 450℃
、30秒間、アルゴン(Ar)ガス中でシンターしてオ
ーミック電極10を形成する。さらに、図2の(d)に
示すように、GaN層の所定の領域にリフトオフ法を用
いてアルミニウム(Al)金属からなるゲート電極11
を形成してMISダイオードを完成する。
【0020】この実施例では酸素を含むガスとしてN2
Oを使用したが、これはNO2 ガスやNOガスなど
を使用することもできる。図3の(a)〜(c)は請求
項4に記載の第3の製造方法の実施例を示す。
Oを使用したが、これはNO2 ガスやNOガスなど
を使用することもできる。図3の(a)〜(c)は請求
項4に記載の第3の製造方法の実施例を示す。
【0021】図3の(a)に示すように、n形GaAs
基板1がプラズマCVD装置内のヒータ12の上に配置
され、三フッ化窒素(NF3 )ガスをチャンバー13
に導入し、高周波電源14から周波数 13.56MH
z,高周波出力 100Wを電極14a,14bの間に
印加してプラズマを発生し、GaAs基板表面をプラズ
マ処理する。プラズマ条件としては、NF3 ガス流量
20sccm、真空度40Pa、基板温度 300℃、
処理時間15分間を用いた。
基板1がプラズマCVD装置内のヒータ12の上に配置
され、三フッ化窒素(NF3 )ガスをチャンバー13
に導入し、高周波電源14から周波数 13.56MH
z,高周波出力 100Wを電極14a,14bの間に
印加してプラズマを発生し、GaAs基板表面をプラズ
マ処理する。プラズマ条件としては、NF3 ガス流量
20sccm、真空度40Pa、基板温度 300℃、
処理時間15分間を用いた。
【0022】これにより、GaAs表面をフッ化および
窒化してGaFN膜18を厚さ約50nm形成した。次
に図3の(b)に示すように、GaAs基板の裏面にA
uGeを蒸着し 450℃、30秒間、アルゴン(Ar
)ガス中でシンターしてオーミック電極10を形成し、
さらに、図3の(c)に示すように、GaFN層の所定
の領域にリフトオフ法を用いてアルミニウム(Al)金
属からなるゲート電極11を形成してMISダイーオー
ドを完成する。
窒化してGaFN膜18を厚さ約50nm形成した。次
に図3の(b)に示すように、GaAs基板の裏面にA
uGeを蒸着し 450℃、30秒間、アルゴン(Ar
)ガス中でシンターしてオーミック電極10を形成し、
さらに、図3の(c)に示すように、GaFN層の所定
の領域にリフトオフ法を用いてアルミニウム(Al)金
属からなるゲート電極11を形成してMISダイーオー
ドを完成する。
【0023】図1〜図3に示した各製造方法で作成した
3種類のMISダイオードの高周波(1MHz)および
低周波(10Hz)でのC−V(容量−電圧)特性を図
4に示す。縦軸は絶縁膜容量Ciで規格化したものであ
る。
3種類のMISダイオードの高周波(1MHz)および
低周波(10Hz)でのC−V(容量−電圧)特性を図
4に示す。縦軸は絶縁膜容量Ciで規格化したものであ
る。
【0024】この図4より明らかなように、いずれのサ
ンプルもバイアス電圧は±5Vまで耐圧があり、反転層
の形成も認められ、蓄積領域から空乏領域への遷移も急
峻である。
ンプルもバイアス電圧は±5Vまで耐圧があり、反転層
の形成も認められ、蓄積領域から空乏領域への遷移も急
峻である。
【0025】図5は図4の3つのサンプルについて求め
た界面準位密度分布を示し、最低界面準位はどちらも1
010cm−2eV−1オーダーとたいへん低い値を示
しており、良好な界面特性が得られていることが分かる
。
た界面準位密度分布を示し、最低界面準位はどちらも1
010cm−2eV−1オーダーとたいへん低い値を示
しており、良好な界面特性が得られていることが分かる
。
【0026】上記の各実施例では基板1としてn型Ga
As基板について述べたが、p型GaAs基板について
も同様であることは言うまでもない。また、MIS型ダ
イオードについて説明したが、MIS型FETについて
も同様であることは言うまでもない。
As基板について述べたが、p型GaAs基板について
も同様であることは言うまでもない。また、MIS型ダ
イオードについて説明したが、MIS型FETについて
も同様であることは言うまでもない。
【0027】
【発明の効果】請求項1に記載の第1の製造方法によれ
ば、GaAs表面をまずH2 ガス雰囲気中で高温、短
時間アニールすることにより、GaAs表面からAs原
子を蒸発させ表面をGaリッチにし、その後NH3 ガ
ス雰囲気中でアニールすることによりGaAs表面を窒
化させGaN膜を効率良く形成することができる。
ば、GaAs表面をまずH2 ガス雰囲気中で高温、短
時間アニールすることにより、GaAs表面からAs原
子を蒸発させ表面をGaリッチにし、その後NH3 ガ
ス雰囲気中でアニールすることによりGaAs表面を窒
化させGaN膜を効率良く形成することができる。
【0028】請求項2に記載の第2の製造方法によれば
、GaAs表面を酸素(O2 )を含むガスのプラズマ
処理によりGaAs酸化膜を形成し、その後NH3 ガ
ス雰囲気中でアニールすることによりGaAs酸化膜を
安定なGaN膜に効率良く変換形成させることができる
。
、GaAs表面を酸素(O2 )を含むガスのプラズマ
処理によりGaAs酸化膜を形成し、その後NH3 ガ
ス雰囲気中でアニールすることによりGaAs酸化膜を
安定なGaN膜に効率良く変換形成させることができる
。
【0029】請求項4に記載の第3の製造方法によれば
、GaAs表面をNF3 ガスのプラズマ処理をするこ
とにより、GaAs表面をフッ化および窒化してGaF
N膜を形成することができる。
、GaAs表面をNF3 ガスのプラズマ処理をするこ
とにより、GaAs表面をフッ化および窒化してGaF
N膜を形成することができる。
【0030】これらの製造方法で形成したGaNおよび
GaFN膜はエネルギーギャップが大きく、絶縁膜とし
ての役目を十分果たし、かつGaAsとの界面はGaA
s内部に形成されるため、GaAs表面の影響がなく界
面準位密度の少ないMIS型素子が作成できる。これら
のGaN、GaFN膜の厚さは、アニール条件、プラズ
マ条件などにより調節することができる。
GaFN膜はエネルギーギャップが大きく、絶縁膜とし
ての役目を十分果たし、かつGaAsとの界面はGaA
s内部に形成されるため、GaAs表面の影響がなく界
面準位密度の少ないMIS型素子が作成できる。これら
のGaN、GaFN膜の厚さは、アニール条件、プラズ
マ条件などにより調節することができる。
【図1】本発明の第1の実施例のMIS型素子の製造方
法の工程図を示す。
法の工程図を示す。
【図2】本発明の第2の実施例のMIS型素子の製造方
法の工程図を示す。
法の工程図を示す。
【図3】本発明の第3の実施例のMIS型素子の製造方
法の工程図を示す。
法の工程図を示す。
【図4】本発明の第1〜第3の実施例の各MIS型素子
の容量−電圧特性図を示す。
の容量−電圧特性図を示す。
【図5】本発明の第1〜第3の実施例の各MIS型素子
の界面準位密度分布特性図を示す。
の界面準位密度分布特性図を示す。
1 n型GaAs基板
2 熱電対モニター
3 カーボンボート
4 赤外線ランプ
5 反射板
6 石英ガラス製のサセプター
7 ガス導入口
8 ガス流出口
9 GaN層
10 オーミック電極
11 ゲート電極
12 ヒータ
13 チャンバー
14 高周波電源
15 GaAs酸化膜
16 ガス導入口
17 ガス排気口
18 GaFN膜
Claims (4)
- 【請求項1】 水素ガス雰囲気中でGaAs基板の少
なくとも一主面を高温、短時間アニールした後、アンモ
ニアガス雰囲気中で前記GaAs基板の一主面を高温で
短時間アニールする工程を含むことを特徴とするMIS
型半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 酸素を含むガスを用いてプラズマを発
生させ、前記プラズマガス中でGaAs基板の少なくと
も一主面をさらして処理した後、前記GaAs基板の一
主面をアンモニアガス雰囲気中で高温で短時間アニール
する工程を含むことを特徴とするMIS型半導体装置の
製造方法。 - 【請求項3】 酸素を含むガスがN2 O、NO2
、NOのいずれかであることを特徴とする請求項2記載
のMIS型半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 三フッ化窒素を含むガスを用いてプラ
ズマを発生させ、前記プラズマガス中でGaAs基板の
少なくとも一主面をさらして処理する工程を含むことを
特徴とするMIS型半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3126311A JPH04352330A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Mis型半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3126311A JPH04352330A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Mis型半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04352330A true JPH04352330A (ja) | 1992-12-07 |
Family
ID=14932047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3126311A Pending JPH04352330A (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | Mis型半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04352330A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5616947A (en) * | 1994-02-01 | 1997-04-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device having an MIS structure |
| JP2016111295A (ja) * | 2014-12-10 | 2016-06-20 | 住友電気工業株式会社 | 半導体受光素子を作製する方法、半導体受光素子 |
-
1991
- 1991-05-30 JP JP3126311A patent/JPH04352330A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5616947A (en) * | 1994-02-01 | 1997-04-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device having an MIS structure |
| JP2016111295A (ja) * | 2014-12-10 | 2016-06-20 | 住友電気工業株式会社 | 半導体受光素子を作製する方法、半導体受光素子 |
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