JPS62276832A - 被膜形成方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

被膜形成方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法

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JPS62276832A
JPS62276832A JP11922386A JP11922386A JPS62276832A JP S62276832 A JPS62276832 A JP S62276832A JP 11922386 A JP11922386 A JP 11922386A JP 11922386 A JP11922386 A JP 11922386A JP S62276832 A JPS62276832 A JP S62276832A
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JP
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film
semiconductor device
nitrogen
manufacturing
protective film
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JP11922386A
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Katsushi Oshika
大鹿 克志
Hiromitsu Mishimagi
三島木 宏光
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Hitachi Ltd
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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】 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被膜形成、特に半導体ウェハ表面上への被膜
形成に適用して有効な技術に関する。
〔従来の技(ネi〕
物質の表面に種々の被膜を形成することは一般に行われ
ている。その被膜の一つに、窒化アルミニウム(AAN
)(以下単にAINともいう)からなるものがある。こ
のA1N膜は、ガリウム・ヒ素半導体基板(以下単にG
aAsともいう)に不純物イオンを打ち込んだ後に行う
活性化のためのアニール時におけるキャップ膜として有
効であり、その、IN膜については、日経マグロウヒル
社発行、「日経エレクトロニクスJ 1982年11月
8日号、2118に説明がある。
その概要は、GaAs表面に形成されたAlNは熱膨張
係数が6.3 X 10−6/℃で、GaAsのそれ(
6,9X I O−6/℃)に極めて近いため、100
0℃の高温でアニールしても、ブラックが入ったり剥が
れたすせずキャップ膜として優れている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、上記AIN膜は、通常その形成時に反応を促
進するために電界の形で反応ガス粒子に印加されるエネ
ルギーが大きい、いわゆる反応性スパッタ法で被着形成
されるため、Al2N膜形成時にG’aAs表面にダメ
ージを与えることがあり、それ故に半導体装置の信頬性
上問題があることが本発明者により見い出された。
本発明の目的は、GaAs等の被処理物表面にダメージ
を与えることなく、AIN、膜を被着形成する技術を提
供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
〔問題点を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。
すな°わち、含窒素有機アルミニウム化合物を熱分解し
、被処理物表面にAIN膜の被着形成を行うものである
〔作用〕
上記した手段によれば、含窒素有機アルミニウム化合物
が、容易に熱分解してAlNを生成する性質があるため
、上記目的が達成されるものである。
〔実施例〕
第1図は被膜形成工程を示す概略説明図であり、第2図
(AlN(jlは本発明による一実施例である半導体装
置の製造方法の工程を示す概略部分断面図である。
本実施例は、GaAs半導体(または半絶縁性)基板に
、いわゆるM E S F E T (Metal S
em1c。
nductor Field Effect Tran
sistor)を形成する方法を示すものである。
第2図(81はGaAs半導体基板1の主面上全体にA
1N膜2を本発明にしたがってCVDまたは熱分解によ
り被着した工程を示すものである。AIN膜の形成方法
の詳細については、後述する。
次いで、第2図(b)のように上記AEN膜2上にレジ
スト膜3を被着し、所定のレジストパターンを形成し、
酸レジスト膜3をマスクとして上記入βN膜2を通して
シリコンイオン(Sビ)を打ち込む。この時、AIN膜
2はGaAs内部に不純物の混入やその表面にダメージ
が生じることを防止する等のための保護膜として機能し
ている。また、イオンの打ち込み深さを調節する機能も
果たしている。一方、シリコンイオンの衝突(Knoc
kon)によってA2またはNがGaAs内に達しても
不純物として働くことがない。
続いて、上記レジスト膜3を除去した後、活性化のため
のアニールを約800℃で所定時間行い、第2図(C1
のようにN型半導体領域4を形成する。
領域4の不純物濃度は、領域4(または9)と後述する
ゲート電極5との間にショットキバリアが形成されるよ
うな濃度とされる。その際、AIN膜2は高温加熱され
たGaAs1から主にその成分であるヒ素(As)が外
方拡散することを防止する保護膜として機能している。
N型領域4を形成した後、上記AZN膜2を全て除去し
、第2図tdlのように露出されたN型領域4の基板表
面にタングステンシリサイド(WSiX)からなるショ
ットキー電極からなるゲート電極5を被着形成する。こ
のゲート電極5は、GaAs1の全面に、CVDにより
タングステンシリサイド膜(図示せず)を被着した後、
酸膜を所定形状にエツチングして形成される。
ゲート電極5を形成した後、第2図+elに示すように
再び全体にCVDまたは熱分解によりAlN膜6を被着
し、その表面に同図(flに示すようなパターンのレジ
スト膜7を形成し、N型領域4形成のだめのイオン打ち
込みよりも高いドーズ量、高い打ち込みエネルギーでシ
リコンイオンの打ち込みを行う。これにより、基板内に
シリコンイオン打ち込みN8 aが形成される。
次ニ、レジスト膜7の除去後、第2図(幻に示すように
AfN膜6の上に二酸化ケイ素(SiOz)膜10をC
VDにより全面被着する。Vtいて、上記二酸化ケイ素
膜10をフッ素系のガス(たとえばCF4)を用いて異
方性エツチング(反応性イオンエツチング)を行い、第
2図(hlに示すようなゲート電極5の段差部の、IN
膜6に二酸化ケイ素からなる段差被覆部(サイドウオー
ルスペーサ)10aを形成する。さらに、同図に示すよ
うに所定パターンのレジスト11!11をAl2N膜6
上に被着形成した後、領域8形成のためのイオン打ち込
みより高い不純物濃度、高いエネルギーでさらにシリコ
ンイオンを打ち込む。これにより、シリコンイオン打ち
込み層12aが形成される。次いで、レジスト膜11を
除去し、所定条件下でアニールを行いN゛型型半導体境
域8N”型半導体領域からなるソースおよびドレイン1
2を形成する(アニール工程は図示せず)。その結果、
第2図(j)に示すような、いわゆるL D D (L
ightly D。
ped Drain)構造のMESFETが形成される
。また、領域4はゲート電極5下にチャネル領域9とし
て残される。高濃度領域12とゲートを極5とを離して
いるので、ゲートとドレイン間の降伏電圧を大きくする
ことができる。
なお、上記第2図ωには、同図[h)に示されているA
IN膜6および段差被覆部10aを上記アニール工程の
後に全て除去し、新たに窒化ケイ素(Si3Nイ)から
なる絶縁膜14をCVDにより全体に被着したものが示
しである。
上記絶縁膜14を被着した後、ソースおよびドレイン1
2との電気的接続を行うための開口部14aと、ゲート
電極5との導通をとるための開口部14bを、上記絶縁
膜14に形成する。そして、上記開口部14aについて
は、第2図(Jlに示すように、核部に露出されている
基板表面に、常法に従い金−ゲルマニウム(Au−Ge
)合金、タングステン(W)、ニンケル(N1)および
金(AU)を順次蒸着(図示せず)してオーミック電極
15を形成する。その後、上記オーミック電極15およ
びゲート電極5等を、その上に被着形成した所定形状の
金等からなる配線層(図示せず)介して電気的に接続し
、その地金法に従うことにより上記MESFETが形成
された半導体装置を製造することができる。
次に、上記製造工程において保護膜として用いたAlN
膜2および6の形成方法を説明する。
まず、第1図に示すように、反応炉の反応室16内の所
定位置に所望工程におけるQaA、sからなるウェハ1
7を石英からなる治具18に装着して位置せしめる。上
記ウェハ17を炉外のヒータ(抵抗加熱手段)Hにより
所望温度(後述する)に加熱した状態で、図中左方向か
らソースガスSlとして含窒素有機金属化合物であるジ
エチルアミノジエチルアルミニウム(EtzAβNEt
りの蒸気を、たとえば窒素(N2)をキャリアガスS2
として供給する。バルブBlおよびB2の調整により、
ジエチルアミノジエチルアルミニウムの蒸気をたとえば
1〜3体積%の割合とする。ここで、Etはエチル基(
C2Hs−)である。
上記のようにEL、AlNEtzの蒸気を流し所定温度
以上に加熱されているウェハ17に接触させると、該E
 t z A I N E t zは該ウェハ表面で熱
分解を起こし、該表面に窒化アルミニウム(A/N)を
生成堆積する。このように、本実施例の方法によれば、
上S己つユハ17がたとえば約400℃の低温の場合で
あっても容易に前記AlN膜2または6を形成すること
ができるものである。加熱温度は、GaAs基板からの
八Sの拡散を考え、約600℃以下が望ましい。
なお、上記EtzAi!NEtzが熱分解する場合、エ
チレンおよび水素等の気体物質が副生ずるが、これら副
生物はバルブB3を通してロータリーポンプRPにより
糸外に除去(排気)される。ロータリーポンプRPによ
り、反応中およびその前後は、反応室16内の圧力は常
圧〜I Torrの範囲、たとえば10Torr程度の
圧力とされる。
このように、本実施例によれば以下の効果を得ることが
できる。
(1)、所定温度に加熱されたGaAsからなるウェハ
17にEt2,1NEt、の蒸気を接触させることによ
り、その熱分解反応を利用して、該ウェハ17の表面に
容易にAeN膜2または6を被着形成することができる
(2)、上記A1N膜の形成をGaAsの分解温度以下
、たとえば500℃以下でも容易に行うことができるの
で、高温加熱が原因であるGaAsの結晶欠陥を誘発さ
せることなくAIN膜2または6を形成することができ
る。
(3)、前記(2)により、GaAsに結晶欠陥を生じ
させることなく、不純物イオン打ち込み用または活性化
アニール用の保護膜としてA1N膜2または6を形成で
きるので、信顧性の高いGaAS半導体装置を製造でき
る。
(41,AJN膜2または6を保護膜としてGaAsに
MESFETを形成することにより、チャネル領域に結
晶欠陥が生じることを防止できるので、相互コンダクタ
ンス:hの高いMESFETを形成できる。また、ME
SFETのしきい値電圧を安定にでき、もれ電流を低減
することができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
たとえば、AIN膜の形成原料である含窒素有機金属化
合物としては、E t 2 A I N E Czにつ
いてのみ説明したが、これに限るものでないことはいう
までもない。AIまたはNに結合する置換基としては、
アルキル基であればメチル基(CH3−)はもとより、
プロピル基(CiHt  )またはブチル基CCaHq
  )等、並びにそれらの分岐した構造からなるイソプ
ロピル基、イソブチル基、ターシャルブチル基等の通常
アルキル置換基として用いられるものであれば如何なる
ものであってもよい。それに、A1およびNに結合する
置換基が同一でなくともよいことはいうまでもない。
また、含窒素有機アルミニウム化合物としては、上記E
txAINEtz等の如く、ll:Nとが結合を介して
直結しているものに限らず、その置換基の末端または途
中に窒素原子が存在している、一般式が次式で示すこと
ができるものであってもよい。
ここで、R9−R4はアルキル基またはフェニル基(C
,)Is−)等のアリール基、R3はメチレン基(−C
Hz−)等のアルキレン基またはフェニレン基(−C,
Hイー)等のアリーレン基である。
このように、構造上はN原子がAI原子に直結していな
いものであっても、それぞれLewis塩基およびLe
wisJjであるため、Nが容易にA1に配位結合を形
成することができ、加熱時には窒化アルミニウムが生成
するものである。
さらには、次式で示す窒素を含まない有機アルミニウム
化合物とアミンとの配位化合物であってもよい。
(R,〜R6:アルキル基またはアリール基)以上一般
式で示した化合物においては、その置換基の選択を適切
に行うことにより、所望の加熱温度等の条件下でAIN
の生成を達成することが可能である。
AIN膜の具体的被着方法としては、第1図に示したも
のに限らず種々変更可能である。
たとえば、ウェハ17の加熱を治具18で行うこともで
きる。
また、キャリアガスでEt、A1NEL2の蒸気を送り
込む方法を示したが、キャリアガスを用いずに減圧下で
その蒸気を供給してもよい。
さらに、上記方法の適用例としてGaAs基板1へのM
ESFET、それもLDD構造のものの形成を示したが
、これに限るものでなく、種々の回路素子形成に通用で
きることはいうまでもない。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野であるGaAs半導体基板に適用した場
合について説明したが、それに限定されるものではなく
、たとえば、ンリコン半導体基板、さらには半導体基板
以外についても適用することができる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
すなわち、所定温度に加熱された被処理物表面に含窒素
有機アルミニウム化合物を接触させることにより、該化
合物が容易に熱分解をし窒化アルミニウム(Aj!N)
を生成するので、上記被処理物表面にAIN膜を容易に
被着形成することができる。
また、上記AIN膜をGaAs半導体基板に回路素子等
を形成するウニハエ程における保護膜とすることにより
、反応性スパッタ法による場合のようにGaAs半導体
基板の結晶構造に損傷を与えることなく、その上GaA
sの分解温度以下で上記保護膜を形成することができる
ので、信転性の高い半導体装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は被膜形成工程を示す概略説明図であり、第2図
(al〜(」)は本発明による一実施例である半導体装
置の製造方法の工程を示す概略部分断面図である。 1・・・GaAs半導体基板、2・・・、IN膜、3・
・・レジスト膜、4・・・N型領域、5・・・ゲート電
極、6・・・AβN膜、7・・・レジスト膜、8・・・
N°型領領域9・・・チャネル領域、10a・・・段差
被覆部、10・・・二酸化ケイ素(SiO□)、11・
・・レジスト膜、12・・・ソース、ドレイン、14・
・・絶縁膜、14a、14b・−・開口部、15.15
a・・・オーミック電極、16・・・反応室、17・・
・ウェハ、18・・・治具。 2・7−−)・、1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、含窒素有機アルミニウム化合物を熱分解し、被処理
    物表面に窒化アルミニウムからなる被膜を形成する被膜
    形成方法。 2、含窒素有機アルミニウム化合物が、ジアルキルアミ
    ノジアルキルアルミニウムであることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の被膜形成方法。 3、ガリウム・ヒ素からなる半導体ウェハの表面に被着
    形成される窒化アルミニウムからなる保護膜を、含窒素
    有機アルミニウム化合物を熱分解して形成する半導体装
    置の製造方法。 4、含窒素有機アルミニウム化合物が、ジアルキルアミ
    ノジアルキルアルミニウムであることを特徴とする特許
    請求の範囲第3項記載の半導体装置の製造方法。 5、含窒素有機アルミニウム化合物の熱分解を、500
    ℃以下で行うことを特徴とする特許請求の範囲第3項記
    載の半導体装置の製造方法。 6、保護膜がイオン打ち込み用保護膜であることを特徴
    とする特許請求の範囲第3項記載の半導体装置の製造方
    法。 7、保護膜がアニール用保護膜であることを特徴とする
    特許請求の範囲第3項記載の半導体装置の製造方法。
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