JPH0488632A - 化合物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】 口産業上の利用分野コ 本発明は、半導体装置の製造工程において用いられる熱
処理時保護用の形成方法に関する。

［背景技術］ 化合物半導体装１等の製造工程においては、種々の熱処
理が行なわれる。例えば、イオン注入後には、注入され
たイオンがドナーやアクセプタとして働くようにするた
めに活性化アニールが行なわれる。

ＧａＡｓ素子、ＡＱＧａＡｓ素子、［ｎＰ素子等の化合
物半導体素子の製造工程においても、活性化アニールが
行なわれているが、これは比較的高温（８００〜９００
℃）で行なわれるので、蒸気圧の高いＡｓ原子やＰ原子
が飛び出すことによって化合物半導体基板の表面の分解
や変質が起こり、素子特性を著しく悪化させる。

このため、従来にあっては、第３図（、ａ）に示すよう
に、半絶縁性ＧａＡｓ基板１の表面にＳｉイオン４を注
入してＧａＡｓ基板ｌ基板面にイオン注入領域５を形成
した後、第３図（ｂ）に示すように、イオン注入領域５
をもつＧａＡｓ基板１の表面にスパッタ法やＣＶＤ法’
ｔ：　ヨ’）　Ｓｉ、Ｎ、膜１０を１０００〜２０００
人程度の厚みに成膜していた。

口発明が解決しようとする課題］ しかしながら、活性化アニールを施された半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板の結晶性や電気的特性は、この５ｉａＮ４膜の
膜厚や膜質に大きく依存している。例えば、膜厚を１７
００Å以上に厚くすると、５ｉＪ４膜の熱処理時におけ
る熱膨張のため半絶縁性ＧａＡｓ基板に亀裂を生じるこ
とがあり、逆に、Ｓｉ、Ｎ４膜の膜厚を１０００Å以下
に薄くすると、Ｓｉ、Ｎ、膜にピンホールが多数発生す
るという欠点があった。

このため、Ｓ！ｓＮｎ膜としてはできるだけ薄く、より
緻密な膜を形成するのが好ましいが、あまり緻密なＳｉ
３Ｎ、膜を形成すると、その引張内部応力が約Ｌ　Ｏ１
ｌｃｆｙｎｅ／　ｃｍ　”程度とかなり大きな引張力と
なる。この結果、５ｉｓＮ４膜の引張内部応力によって
ＧａＡｓ基板結晶に結晶欠陥が生じやすくなり、製作さ
れた半導体素子の信頼性が低下するという問題があった
。

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、厚みを薄くしてもピン
ホールが発生しにくく、また基板結晶に結晶欠陥を生じ
させにくい熱処理時保護用の形成方法を提供することに
ある。

口課題を解決するための手段］ このため、本発明の熱処理時保護用の形成方法は、プラ
ズマＣＶＤ法によって半導体基板の表ｆに熱処理時保護
用の窒化シリコン膜を形成する方法であって、モノシラ
ン及びアンモニアを反応ガスとし、モノシラン及びアン
モニアの流量比を制御することにより、圧縮内部応力を
有する窒化シリコン膜を成膜することを特徴としている
。

［作用コ プラズマＣＶＤ法に用いる反応ガスとしてモノシラン（
５ＬＨ４）及びアンモニア（ＮＨｓ）を用い、モノシラ
ンとアンモニアの流量比を変化させた（特に、５ｔＨ４
／ＮＨｓのガス流量比を減少させてい）た）ところ、成
膜された窒化シリコン（ＳｉＮり膜の引張内部応力が減
少してゆき、ついには圧縮内部応力となった。したがっ
て、モノシランとアンモニアの流量比を制御することに
より、プラズマＣＶＤ法によって圧縮内部応力をもつ窒
化シリコン膜を形成することができる。

この窒化シリコン膜は、圧縮内部応力をもつため、その
膜厚を例えば１００ＯＡ程度に薄くしても、ピンホール
が発生しにくい。また、窒化シリコン膜の圧縮内部応力
は、従来より用いられている引張内部応力をもつ窒化シ
リコン膜と比較して応力の値が非常に小さいので、半導
体基板結晶の表面に窒化シリコン膜を形成しても結晶欠
陥が生じにくい。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

半絶縁性ＱａＡｓ基板１は、イオン注入等により表面に
活性層（イオン注入領域５）を形成された後、表面の酸
化膜（図示せず）を除去される。この酸化膜除去工程は
、トリクロロエタン、アセトン等の溶剤を用いてＧａＡ
ｓ基板１の表面を有機洗浄した後、さらに塩酸（ＨＣＱ
）を用いて室温で数分間酸化膜のエツチングを行ない、
ＧａＡｓ基板１の表面を清浄に整えるものである。つぎ
に、熱処理時保護用として用いられるＳｉＮｘ膜（窒化
シリコン膜。Ｘは、窒素の組成比を示す。）２を成膜す
るため、第１図に示すように、プラズマＣＶＤ装置３の
反応室ｅ内の加熱台７の上にＧａＡｓ基板１をセットし
、ＧａＡｓ基板１の表面に沿って反応ガスαが流れるよ
う、プラズマＣＶＤ装置Ｓ内にモノシラン（Ｓｉｔ（４
）及びアンモニア（Ｎ）Ｉ３）からなる反応ガスαを供
給し、ＧａＡｓ基板１の表面に約０　、２　Ｗ　／ｃｍ
　２の高周波出力パワーを印加し、膜厚が１０００人と
なるようにＳｉＮ、膜２を成長させる。

ここで、プラズマＣＶＤ装置Ｓ内におけるＧａＡｓ基板
１の温度Ｔ、、、ｌ、が３００℃及び３５０℃の場合に
ついて、モノシラン及びアンモニアのガス流量比を変化
させ、成膜されたＳＵＮ、膜２の内部応力を測定したと
ころ、第２図のような結果を得た。

第２図の横軸はモノシラン／アンモニアの流量比を示し
ており、縦軸はＳｉＮ、膜２の内部応力を示し、上方が
圧縮内部応力、下方が引張内部応力となっている。すな
わち、モノシラン／アンモニアの流量比を減少させてい
くと、引張内部応力が減少する傾向を示し、ついには、
基板温度Ｔ　ａ　ｕ　ｂが３００℃の場合には、モノシ
ラン／アンモニアの流量比が０．１’８５の時に引張内
部応力から圧縮内部応力へ変化し、また、基板温度Ｔ、
ｕｌ、が３５０℃の場合には、モノシラン／アンモニア
の流量比が約０．１６の時に引張内部応力から圧縮内部
応力へ変化した。しかも、従来のＳｉＮｘ膜２では、引
張内部応力が約１０　ｇｄｙｎｅ／　ｃｍ　２であった
のに対し、本発明によれば圧縮内部心力はほぼ均一な値
を示し、約１０　”ｄｙｎｅ／　ｃｍ　２となった。

そこで、基板温度Ｔ、、、が３００℃の場合には、反２
ガスのモノシラン：アンモニアの流量比を約０．１　：
　１〜０．１８５：１となるように調整し、反応室６内
のガス圧を０．８〜１　ｔｏｒｒ、高周波出力パワーを
約０．２Ｗ／ａｍ２とし、１００ＯＡ程度の厚みのＳｉ
Ｎ工膜２を成膜した。あるいは、基板温度Ｔ　＊　ｕ　
ｂが３５０℃の場合には、度広ガスのモノシラン：アン
モニアの流量比を約０．１　：　１〜０゜１θＯ：１と
し、反応室のガス圧を０．８〜ｔｔｏｒｒ１高周波出力
パワーを約０．２Ｗ／ｃｍ”とし、膜厚が１０００Ａ程
度となるようにＳｉＮｘ膜２を成膜した。

このようにして形成されたＳ　ｉＮｘ膜２は、圧縮内部
応力を有し、しかも約１０　ｇｄｙｎｅ／　ｃｍ　”と
いう小さな値を示し、従来のＳ　ｉＮ　ｘ膜の引張内部
応力が約１０１１ｄｙｎｅ／　ｃｍ　”であったのと比
較すると、約１／１０以下の値となり、内部心力を非常
に低減させることができた。ＳｉＮ、膜２は、圧縮応力
をもっているため引き伸ばされておらず、１ｏｏｏ人程
度に薄（してもピンホールが発生せず、良質の熱処理時
保護用を得ることができた。また、内部応力を小さな値
に低減させることができたので、ＳｉＮｘ膜２を形成さ
れているＧａＡｓ基板結晶に結晶欠陥が発生しにくくな
り、製造された素子の信頼性を向上させることができた
。

なお、上記実施例においては、ＧａＡｓ基板の場合につ
いて説明したが、これ以外の■−ｖ族化合物半導体素子
やシリコン系半導体素子等にも本発明を実施することが
できることはもちろんである。

［発明の効果コ 本発明によれば、熱処理用の保護膜として用いられる窒
化シリコン膜の内部応力を圧縮応力とすることができる
ので、窒化シリコン膜の膜厚を例えば１０００Ａ程度に
薄くしてもピンホールが発生しなくなる。また、窒化シ
リコン膜の膜厚を薄くでき、しかも内部応力の値も小さ
くなるので、窒化シリコン膜の下の基板結晶に結晶欠陥
が発生しにくくなる。したがって、信頼性の高い半導体
素子（例えば、オーミック特性の良好な化合物半導体素
子）を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図はモノ
シラン／アンモニアのガス流量比と窒化シリコン膜の内
部応力との関係を示す図、第３図（ａ）　（ｂ）は従来
例を説明する断面図である。 １・・・ＧａＡｓ基板 ２・・・窒化シリコン膜 ３・・・プラズマＣＶＤ装置 α・・・反応ガス 特許出願人　株式会社　村田製作所 代理人　　弁理士　中　野　雅　房

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマＣＶＤ法によって半導体基板の表面に熱
   処理時保護用の窒化シリコン膜を形成する方法であって
   、 モノシラン及びアンモニアを反応ガスとし、モノシラン
   及びアンモニアの流量比を制御することにより、圧縮内
   部応力を有する窒化シリコン膜を成膜することを特徴と
   する熱処理用保護膜の形成方法。