JPH05304292A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH05304292A JPH05304292A JP7112891A JP7112891A JPH05304292A JP H05304292 A JPH05304292 A JP H05304292A JP 7112891 A JP7112891 A JP 7112891A JP 7112891 A JP7112891 A JP 7112891A JP H05304292 A JPH05304292 A JP H05304292A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、電気的特性が良好で、かつ経時変
化のない安定なMIS型素子を製造することを目的とす
る。 【構成】 インジウム及びアンチモンを含有する化合物
半導体基板1の表面に陽極酸化により酸化膜2を形成
し、この酸化膜2上に100℃以下の基板温度で第1の
SiO2 膜3を形成し、第1のSiO2 膜3上に100
℃以上の基板温度で第2のSiO2 膜4を形成し、第2
のSiO2 膜4上に金属電極5を形成することを特徴と
する。
化のない安定なMIS型素子を製造することを目的とす
る。 【構成】 インジウム及びアンチモンを含有する化合物
半導体基板1の表面に陽極酸化により酸化膜2を形成
し、この酸化膜2上に100℃以下の基板温度で第1の
SiO2 膜3を形成し、第1のSiO2 膜3上に100
℃以上の基板温度で第2のSiO2 膜4を形成し、第2
のSiO2 膜4上に金属電極5を形成することを特徴と
する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MIS(Metal −Insu
lator −Semiconductor )構造を有する半導体装置の製
造方法に関するものである。
lator −Semiconductor )構造を有する半導体装置の製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のInSb基板を用いたMIS型素
子の絶縁膜構造としては、例えば図4に示すようなもの
がある(特開昭53−114674号公報)、InSb
基板11上に、まず陽極酸化法を用いてInSbを室温
において直接酸化することにより陽極酸化膜12が形成
され、次いでその上にプラズマCVD法によりSiO2
の絶縁膜13が堆積されて2層絶縁膜構造となってい
る。InSbの陽極酸化膜12は、インジウム酸化物
(In2 O3 )とアンチモン酸化物(Sb2 O3 ,Sb
2 O5 )からなっている。しかし、これらの酸化物は化
学的、機械的に比較的弱く、プラズマCVDの基板への
入射エネルギー(数百eV/数千eV)により、陽極酸
化膜12の組成変化が生じ易い。また、通常、絶縁膜を
プラズマCVD法で形成する場合、堆積温度は、200
℃以上を要するため、やはり陽極酸化膜12に組成変化
が生じやすい。このため、このような2層絶縁膜で構成
したMIS型素子は、C−V特性にヒステリシスが大き
く生じたり、フラットバンドシフトが大きく生じてMI
S型素子のゲート印加電圧が高く、また電気的に不安定
で経時変化が生じる。
子の絶縁膜構造としては、例えば図4に示すようなもの
がある(特開昭53−114674号公報)、InSb
基板11上に、まず陽極酸化法を用いてInSbを室温
において直接酸化することにより陽極酸化膜12が形成
され、次いでその上にプラズマCVD法によりSiO2
の絶縁膜13が堆積されて2層絶縁膜構造となってい
る。InSbの陽極酸化膜12は、インジウム酸化物
(In2 O3 )とアンチモン酸化物(Sb2 O3 ,Sb
2 O5 )からなっている。しかし、これらの酸化物は化
学的、機械的に比較的弱く、プラズマCVDの基板への
入射エネルギー(数百eV/数千eV)により、陽極酸
化膜12の組成変化が生じ易い。また、通常、絶縁膜を
プラズマCVD法で形成する場合、堆積温度は、200
℃以上を要するため、やはり陽極酸化膜12に組成変化
が生じやすい。このため、このような2層絶縁膜で構成
したMIS型素子は、C−V特性にヒステリシスが大き
く生じたり、フラットバンドシフトが大きく生じてMI
S型素子のゲート印加電圧が高く、また電気的に不安定
で経時変化が生じる。
【0003】一方、陽極酸化膜を形成しないで、InS
b基板上に直接絶縁膜を形成しようとすると半導体表面
にダメージを与えるために、同様にMIS特性が悪くな
り、素子として使用できない。そこで、堆積温度を下げ
て絶縁膜を形成しようとすると、絶縁膜形成時の化学反
応エネルギーが十分でないため緻密な絶縁膜が形成でき
ない。このため絶縁膜がポーラスとなり、十分な絶縁抵
抗が得られなかったり、さらには電気的に不安定で経時
変化が生じる。また、陽極酸化膜だけでは、絶縁抵抗が
低く、良好なMIS特性が得られない。このように、化
合物半導体のMIS型素子においては、実用的な製造方
法がなかった。
b基板上に直接絶縁膜を形成しようとすると半導体表面
にダメージを与えるために、同様にMIS特性が悪くな
り、素子として使用できない。そこで、堆積温度を下げ
て絶縁膜を形成しようとすると、絶縁膜形成時の化学反
応エネルギーが十分でないため緻密な絶縁膜が形成でき
ない。このため絶縁膜がポーラスとなり、十分な絶縁抵
抗が得られなかったり、さらには電気的に不安定で経時
変化が生じる。また、陽極酸化膜だけでは、絶縁抵抗が
低く、良好なMIS特性が得られない。このように、化
合物半導体のMIS型素子においては、実用的な製造方
法がなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の陽極酸化法とプ
ラズマCVD法の2つの工程を用いたものでは、陽極酸
化膜に組成変化が生じ易い。このため、この2層絶縁膜
を用いて構成したMIS型素子は電気的に不安定で経時
変化が生じるという問題があった。
ラズマCVD法の2つの工程を用いたものでは、陽極酸
化膜に組成変化が生じ易い。このため、この2層絶縁膜
を用いて構成したMIS型素子は電気的に不安定で経時
変化が生じるという問題があった。
【0005】また、陽極酸化法を用いずに、InSb基
板上に直接絶縁膜を形成した場合は、半導体表面にダメ
ージを与えるためMIS特性が悪くなり、素子として使
用できないという問題があった。
板上に直接絶縁膜を形成した場合は、半導体表面にダメ
ージを与えるためMIS特性が悪くなり、素子として使
用できないという問題があった。
【0006】さらに、陽極酸化膜だけでは、絶縁抵抗が
低く、上記と同様にMIS特性が悪くなるという問題が
あった。
低く、上記と同様にMIS特性が悪くなるという問題が
あった。
【0007】本発明は、上記の欠点を解決するようにし
たもので、本発明の目的は、電気的特性が良好で、かつ
経時変化のない、安定なMIS型素子を製造することの
できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
たもので、本発明の目的は、電気的特性が良好で、かつ
経時変化のない、安定なMIS型素子を製造することの
できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0008】
【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)インジウム及びアンチモンを含有
する化合物半導体基板の表面に陽極酸化により酸化膜を
形成する工程、(b)該酸化膜上に100℃以下の基板
温度で第1の酸化物膜を形成する工程、(c)該第1の
酸化物膜上に100℃以上の基板温度で該第1の酸化物
と同一組成の第2の酸化物膜を要する工程、(d)該第
2の酸化物膜上に金属電極を形成する工程を有すること
を要旨とする。
決するために、(a)インジウム及びアンチモンを含有
する化合物半導体基板の表面に陽極酸化により酸化膜を
形成する工程、(b)該酸化膜上に100℃以下の基板
温度で第1の酸化物膜を形成する工程、(c)該第1の
酸化物膜上に100℃以上の基板温度で該第1の酸化物
と同一組成の第2の酸化物膜を要する工程、(d)該第
2の酸化物膜上に金属電極を形成する工程を有すること
を要旨とする。
【0009】酸化物膜としてSiO2 膜を用いること、
陽極酸化膜の膜厚は、20nm以上とすることが望まし
い。
陽極酸化膜の膜厚は、20nm以上とすることが望まし
い。
【0010】また、第1、第2の酸化物膜は、ECR−
CVD法で形成するのが望ましい。
CVD法で形成するのが望ましい。
【0011】
【作用】化合物半導体基板を清浄化した後、その表面
に、まず陽極酸化膜が形成されることにより、化合物半
導体基板表面にダメージを与えることが防止される。陽
極酸化膜のすぐ上層には、陽極酸化膜に組成変化を生じ
させない100℃以下の低温で第1の酸化物膜が形成さ
れる。100℃以下の低温での酸化物膜形成法として
は、ECR−マイクロ波プラズマCVD法等を用いる。
次いで、第1の酸化物膜上に第2の酸化物膜が形成され
る。第2の酸化物膜の成膜時の温度は100℃以上に上
げられて緻密に形成される。この緻密な第2の酸化物膜
により、半導体界面への外部からの影響が阻止される。
第1、第2の酸化物膜は、外気にさらすことなく連続し
て成膜することができるため、この点でも第1、第2の
酸化物膜同士の界面に汚染が生じることがない。これに
より界面特性が良好な絶縁膜が形成され、電気的特性が
良好で、かつ経時変化のない安定なMIS型素子を製造
することが可能となる。
に、まず陽極酸化膜が形成されることにより、化合物半
導体基板表面にダメージを与えることが防止される。陽
極酸化膜のすぐ上層には、陽極酸化膜に組成変化を生じ
させない100℃以下の低温で第1の酸化物膜が形成さ
れる。100℃以下の低温での酸化物膜形成法として
は、ECR−マイクロ波プラズマCVD法等を用いる。
次いで、第1の酸化物膜上に第2の酸化物膜が形成され
る。第2の酸化物膜の成膜時の温度は100℃以上に上
げられて緻密に形成される。この緻密な第2の酸化物膜
により、半導体界面への外部からの影響が阻止される。
第1、第2の酸化物膜は、外気にさらすことなく連続し
て成膜することができるため、この点でも第1、第2の
酸化物膜同士の界面に汚染が生じることがない。これに
より界面特性が良好な絶縁膜が形成され、電気的特性が
良好で、かつ経時変化のない安定なMIS型素子を製造
することが可能となる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【0013】この実施例はInSb基板上に陽極酸化膜
を形成した後、電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオ
ン源を有するマイクロ波プラズマCVD法(μ−PCV
D)を用いて第1、第2の酸化物膜としてSiO2 膜を
堆積する場合について説明してある。
を形成した後、電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオ
ン源を有するマイクロ波プラズマCVD法(μ−PCV
D)を用いて第1、第2の酸化物膜としてSiO2 膜を
堆積する場合について説明してある。
【0014】まず図1に示すようなInSb基板1の表
面を鏡面研磨し、その表面の加工変質層を例えば、クエ
ン酸水溶液(50wt%):過酸化水素水=10:1の
エッチング液を用いて50℃で5分間エッチングして取
除き、超純水で十分に洗浄する。このあと、定電流・定
電圧法により、InSb基板1の表面に陽極酸化膜2を
形成する。例えば、溶液としては、クエン酸水溶液(3
wt%):エチレングリコール=1:2を用いて、定電
圧10V、電流密度0.25A/cm2 で陽極酸化を行
い、陽極酸化膜2を20〜50nm、望ましくは20〜3
0nm程度の厚さに形成する。その後、超純水で十分に洗
浄してからスピン乾燥する。
面を鏡面研磨し、その表面の加工変質層を例えば、クエ
ン酸水溶液(50wt%):過酸化水素水=10:1の
エッチング液を用いて50℃で5分間エッチングして取
除き、超純水で十分に洗浄する。このあと、定電流・定
電圧法により、InSb基板1の表面に陽極酸化膜2を
形成する。例えば、溶液としては、クエン酸水溶液(3
wt%):エチレングリコール=1:2を用いて、定電
圧10V、電流密度0.25A/cm2 で陽極酸化を行
い、陽極酸化膜2を20〜50nm、望ましくは20〜3
0nm程度の厚さに形成する。その後、超純水で十分に洗
浄してからスピン乾燥する。
【0015】続いて、基板をECR−マイクロ波プラズ
マCVD装置のチャンバーに入れ、1×10-7torr以下
に真空引きする。真空引き後、基板温度が50℃以下に
なるように水冷し、プラズマの発生出力が低い状態(1
00W)で第1のSiO2 膜3を30〜100nm、望ま
しくは50nm程度の厚さに堆積する。このように、陽極
酸化膜2のすぐ上層は、陽極酸化膜2に組成変化が生じ
ないような100℃以下の低温、低ダメージで第1のS
iO2 膜3を形成する。その後、プラズマ発生出力を3
00Wに上げ、180℃の基板温度で第2のSiO2 膜
4を50nm程度の厚さに堆積する。第2のSiO2 膜4
堆積時の基板温度が100℃以下では、膜の緻密性が失
われるので、第2のSiO2 膜4堆積時の実際の基板温
度としては、このように100℃以上200℃未満とす
る。さらに、MIS型素子とするため、第2のSiO2
膜4上にTi/Alを真空蒸着して0.1mm2 のゲート
電極5とし、基板裏面にはオーミック電極6としてIn
−Te合金を真空蒸着する。
マCVD装置のチャンバーに入れ、1×10-7torr以下
に真空引きする。真空引き後、基板温度が50℃以下に
なるように水冷し、プラズマの発生出力が低い状態(1
00W)で第1のSiO2 膜3を30〜100nm、望ま
しくは50nm程度の厚さに堆積する。このように、陽極
酸化膜2のすぐ上層は、陽極酸化膜2に組成変化が生じ
ないような100℃以下の低温、低ダメージで第1のS
iO2 膜3を形成する。その後、プラズマ発生出力を3
00Wに上げ、180℃の基板温度で第2のSiO2 膜
4を50nm程度の厚さに堆積する。第2のSiO2 膜4
堆積時の基板温度が100℃以下では、膜の緻密性が失
われるので、第2のSiO2 膜4堆積時の実際の基板温
度としては、このように100℃以上200℃未満とす
る。さらに、MIS型素子とするため、第2のSiO2
膜4上にTi/Alを真空蒸着して0.1mm2 のゲート
電極5とし、基板裏面にはオーミック電極6としてIn
−Te合金を真空蒸着する。
【0016】次に、この実施例の作用、効果を説明す
る。
る。
【0017】まず図2は、上述のようにして形成された
MIS型素子のC−V特性を示している。同特性から、
フラットバンド電圧が小さく、界面準位密度Nssは約
5×1011/cm2 ・eVと低く界面特性の良好な絶縁膜
が得られた。また、最上層に緻密な第2のSiO2 膜4
が形成されているため、空気中に放置しておいても経時
劣化が生じない。
MIS型素子のC−V特性を示している。同特性から、
フラットバンド電圧が小さく、界面準位密度Nssは約
5×1011/cm2 ・eVと低く界面特性の良好な絶縁膜
が得られた。また、最上層に緻密な第2のSiO2 膜4
が形成されているため、空気中に放置しておいても経時
劣化が生じない。
【0018】
【表1】
【0019】表1には、フラットバンドシフト等を比較
例とともに示す。ECRマイクロ波プラズマCVD法に
より、出力300Wの堆積条件でSiO2 膜一層を形成
した場合、フラットバンド電圧VFBはマイナス側に
3.0V程度シフトしている。また、同出力で堆積温度
を100℃まで上げてSiO2 膜一層を形成した場合、
VFBはマイナス側に2.5Vシフトしている。さらに
スパッタリング法により堆積したSiO2 膜では±30
V内でC−V特性に変化はみられない。これに対し、E
CRマイクロ波プラズマCVD法により、出力100W
で第1のSiO2膜を形成し、その上に出力300Wで
第2のSiO2 膜を形成したものではフラットバンドシ
フトは僅かに0.5V程度である。
例とともに示す。ECRマイクロ波プラズマCVD法に
より、出力300Wの堆積条件でSiO2 膜一層を形成
した場合、フラットバンド電圧VFBはマイナス側に
3.0V程度シフトしている。また、同出力で堆積温度
を100℃まで上げてSiO2 膜一層を形成した場合、
VFBはマイナス側に2.5Vシフトしている。さらに
スパッタリング法により堆積したSiO2 膜では±30
V内でC−V特性に変化はみられない。これに対し、E
CRマイクロ波プラズマCVD法により、出力100W
で第1のSiO2膜を形成し、その上に出力300Wで
第2のSiO2 膜を形成したものではフラットバンドシ
フトは僅かに0.5V程度である。
【0020】また、図3はリーク電流を比較例とともに
示している。この実施例で製造した積層絶縁膜は電圧を
上げてもリーク電流量は極めて少ない(同図中、a特
性)、これに対し、陽極酸化膜のみを用いたもの(同図
中、b特性)では、十分な耐圧が得られないため、この
実施例のものに比べてかなり大きいリーク電流が生じ
る。
示している。この実施例で製造した積層絶縁膜は電圧を
上げてもリーク電流量は極めて少ない(同図中、a特
性)、これに対し、陽極酸化膜のみを用いたもの(同図
中、b特性)では、十分な耐圧が得られないため、この
実施例のものに比べてかなり大きいリーク電流が生じ
る。
【0021】なお、上述の実施例では、酸化膜としてS
iO2 膜を用いているが、Al2 O3 膜などの安定な酸
化物を用いることもできる。また、化合物半導体基板と
してInSbを用いたが、InAsSb等のその他の化
合物半導体を用いることもできる。
iO2 膜を用いているが、Al2 O3 膜などの安定な酸
化物を用いることもできる。また、化合物半導体基板と
してInSbを用いたが、InAsSb等のその他の化
合物半導体を用いることもできる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インジウム及びアンモチンを含有する化合物半導体基板
の表面に陽極酸化膜を形成し、陽極酸化膜上に100℃
以下の基板温度で第1の酸化物膜を形成し、第1の酸化
物膜上に100℃以上の基板温度で第2の酸化物膜を形
成し、第2の酸化物膜上に金属電極を形成するようにし
たため、陽極酸化膜により化合物半導体基板の表面にダ
メージを与えることが防止され、低温形成の第1の酸化
物膜によりその陽極酸化膜に組成変化が生じるのが防止
され、また緻密化された第2の酸化物膜により半導体界
面への外部からの影響が阻止されて化合物半導体基板の
表面に界面特性の良好な絶縁膜を形成することができ
る。したがって電気的特性が良好で、かつ経時変化のな
い安定なMIS型素子を製造することができる。
インジウム及びアンモチンを含有する化合物半導体基板
の表面に陽極酸化膜を形成し、陽極酸化膜上に100℃
以下の基板温度で第1の酸化物膜を形成し、第1の酸化
物膜上に100℃以上の基板温度で第2の酸化物膜を形
成し、第2の酸化物膜上に金属電極を形成するようにし
たため、陽極酸化膜により化合物半導体基板の表面にダ
メージを与えることが防止され、低温形成の第1の酸化
物膜によりその陽極酸化膜に組成変化が生じるのが防止
され、また緻密化された第2の酸化物膜により半導体界
面への外部からの影響が阻止されて化合物半導体基板の
表面に界面特性の良好な絶縁膜を形成することができ
る。したがって電気的特性が良好で、かつ経時変化のな
い安定なMIS型素子を製造することができる。
【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法の実施例で
製造したMIS型素子の構造を示す側面図である。
製造したMIS型素子の構造を示す側面図である。
【図2】図1のMIS型素子のC−V特性を示す特性図
である。
である。
【図3】本発明の実施例で製造した積層絶縁膜のリーク
電流特性を比較例とともに示す図である。
電流特性を比較例とともに示す図である。
【図4】従来のMIS型素子の絶縁膜構造を示す側面図
である。
である。
1 InSb基板(化合物半導体基板) 2 陽極酸化膜 3 第1のSiO2 膜 4 第2のSiO2 膜 5 金属電極
Claims (1)
- 【請求項1】 (a)インジウム及びアンチモンを含有
する化合物半導体基板の表面に陽極酸化により酸化膜を
形成する工程、 (b)該酸化膜上に100℃以下の基板温度で第1の酸
化物膜を形成する工程、 (c)該第1の酸化物膜上に100℃以上の基板温度で
該第1の酸化物と同一組成の第2の酸化物膜を形成する
工程、 (d)該第2の酸化物膜上に金属電極を形成する工程を
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7112891A JPH05304292A (ja) | 1991-04-03 | 1991-04-03 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7112891A JPH05304292A (ja) | 1991-04-03 | 1991-04-03 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05304292A true JPH05304292A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=13451628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7112891A Pending JPH05304292A (ja) | 1991-04-03 | 1991-04-03 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05304292A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012102237A1 (ja) * | 2011-01-25 | 2012-08-02 | 国立大学法人東北大学 | 半導体装置の製造方法、および半導体装置 |
-
1991
- 1991-04-03 JP JP7112891A patent/JPH05304292A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012102237A1 (ja) * | 2011-01-25 | 2012-08-02 | 国立大学法人東北大学 | 半導体装置の製造方法、および半導体装置 |
| US9230799B2 (en) | 2011-01-25 | 2016-01-05 | Tohoku University | Method for fabricating semiconductor device and the semiconductor device |
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