JPS6257255A - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置の製造方法

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JPS6257255A
JPS6257255A JP60195949A JP19594985A JPS6257255A JP S6257255 A JPS6257255 A JP S6257255A JP 60195949 A JP60195949 A JP 60195949A JP 19594985 A JP19594985 A JP 19594985A JP S6257255 A JPS6257255 A JP S6257255A
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JP
Japan
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film
stress
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compound semiconductor
protective film
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JP60195949A
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English (en)
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Yoshinori Imamura
今村 慶憲
Masaru Miyazaki
勝 宮崎
Shigeo Goshima
五島 滋雄
Nobutoshi Matsunaga
松永 信敏
Naoyuki Matsuoka
直之 松岡
Nobuo Kodera
小寺 信夫
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
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Agency of Industrial Science and Technology
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、Iff −V族化合物半導体装置の製造方法
に係り、特にGaAsを用いた大規模集積回路に好適な
半導体装置の製造方法に関する。
〔発明の背景〕
G a A s半導体を基板として用いた集積回路では
、板本構成素子として、ゲート部分に金属−半導体接触
のショットキー障壁を用いたMES−FETが使用され
る。このFETは、第1図に断面図を示すように、基板
1にイオン注入によって形成されたn型チャネル層2と
n十型のソース領域3゜ドレイン領域4及びそれぞれの
表面に形成されたゲート電極5.ソース電極6.ドレイ
ン電極7とから構成されており、チャネル層2を通して
ソース電極6.トレイン電極7の間を流れる電極をゲー
ト電極5に加えた電界によって制御することで動作させ
るものである。
従来のGaAs基板上にMES−FETを形成する工程
を第2図に示す。すなわち、まず第2図(a)に示す如
く、Q a A s基板1上に、n型チャネル層2を形
成したのち、高融点金属から成るゲート5を形成する。
高融点金属としては、W。
Ti−W合金、W−Si合金、W−AΩ合金、窒化タン
グステンWNなどを用いている。次に(b)に示す如く
、ソース、ドレイン領域を形成するためにイオン打込法
によりSi+イオン8を2×1013個/Cl112打
込む。この方法によればチャネル層に対してソース、ド
レイン領域が自己整合的に形成されるため、高性能のF
ETが作成可能である。次に(c)に示す如<5jn2
.Si3N4などの絶縁膜9を積層した後、700〜9
00℃でアニールし、イオン打込み領域を活性化する。
更に(d)に示す如くソース、ドレイン電極6゜7を形
成してMES−FETが完成される。(c)に於いて絶
縁膜9を被覆する理d(lま700〜900℃での高温
アニール時にG a A s基板表面のGaやAsが蒸
発して結晶が変質するのを防ぐためである。
上記従来技術では、第2図(c)に示したGaAs表面
保護用絶縁膜9として、気相化学成長法、プラズマ誘起
気相化学成長法、スパッタリング法(リアクティブスパ
ッタリングも含む)、電子ビーム蒸着法などで形成した
二酸化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウムおよびこれら
の積層構造膜や混成膜を使用することが報告されている
(米国特許405841.3号明細書等参照)。
これら報告されている絶縁膜はいずれも、作成方法ある
いは作成条件によって絶縁膜内に内部応力が発生し、前
記半導体基板に対して圧縮又は引張応力を及ぼしている
。この応力が高温アニール時の絶縁膜の膜はがれ、ある
いはG a A s基板中に添加した不純物元素の異常
拡散によるFET特性劣化の原因となるという問題があ
った。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、アニール時にGaAs基板に実効的に
応力を及ぼすことのない保護膜を有する化合物半導体装
置の製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するため、アニール時のGa
As基板表面保護膜として、GaAs半導体基板に対し
て引張り応力を及ぼす膜と圧縮応力を及ぼす膜とを積層
した保護膜を用いることを特徴とする。これにより、G
 a A、 s基板に及ぼす実効的な応力を減少させて
、応力に起因する特性劣化を少なくすることが可能とな
る。
〔発明の実施例〕
化合物半導体のイオン打込み層を活性化する方法として
、高耐熱性保護膜で化合物半導体表面を被覆したのち7
00〜900℃の高温でアニールする、いわゆるキャッ
プアニール法が最も簡便かつ効果的であることは良く知
られている。
化合物半導体に使用できる高耐熱性材料は、5i02.
Al11203.Si3N4.AflN、RN。
SiCなどの絶縁物、W 、 T a 、 Hf 、 
M o 、 N b 。
Zr、Cr、V、Tiの高融点金属、および前記高融点
金属の窒化物、酸化物、炭化物、ホウ化物硅化物などが
考えられる。
これら高耐熱性材料を薄膜化して化合物半導体基板上に
付着した場合、この前記薄膜が化合物半導体基板に与え
る応力は、作成方法および作成条件によって異なってく
る。表1および表2に、これについて我々の実験した結
果を示す。表1に、前記高耐熱性材料のうちGaAs基
板に対して引張り応力を与える材料の種類と作成方法お
よび代表的作成条件を相対値で表わした引張り応力の大
きさとともに示す。表2に、前記高耐熱性材料のうちG
 a A s基板に対して圧縮応力をケえる材料の種類
と作成方法および代表作成条件を相対値で表わした圧縮
応力の大きさとともに示す。
表   1 GaAs基板に引張り応力を及ぼす高耐熱性材料a・・
・スパッタリング法 b・・・プラズマ誘起気相化学成長法 表   2 G a A s基板に圧縮応力を及ぼす高耐熱性材料表
面の汚染等に対する保護膜としての役割も有する。した
がって、圧縮応力又は引張り応力を持った前記材料のう
ちGaAs基板−1〕に最初に積層されるものは絶縁体
であることが必要である。この必要性から圧縮応力もつ
材料と引張り応力を持つ材料の組合わせは次のようにな
る。
表   3 但しA又はBの組合わせで、第2層に高融点金属あるい
は高融点金属の硅化物、窒化物あるいはホウ化物など導
電性材料を使用した場合は、素子完成時には、素子間を
電気的に分離するため、使用した前記第2層材料を除去
しなければならない。
また、Bの組合わせは、GaAs基板に付着する第1J
f1の材料は気相化学成長法で形成されるが、この方法
で、形成した薄膜は、G a A s基板や高融点金属
ゲート上への付着力が弱く、第2層に使用する材料の引
張り応力が大きいと、膜はがれを生ずる事がある。Aの
組合わせでは、G a A s基板や一7= 高融点金属ゲート上へ付着する第1層目の材料は、スパ
ッタリング法又はプラズマ誘起気相化学成長法で形成さ
れるため付着力が強く、前記Bの組合わせで説明したよ
うな問題は生ぜず、最も良好である。スパッタリング法
あるいはプラズマ誘起気表2の材料を組み合わせるには
次のようにする。
d、F、−d2F2=0 の関係から各層の膜厚が決定される。たとえば表1中の
スパッタ法で形成した5jO2(50nm)を第1層に
、表2中の気相化学成長法に形成した5jo2と第2層
に用いるとすれば、この膜厚はとなる。
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例では、半導体基板としてG a A sを使用す
する。イオン打込み量は加速電圧40KeVで、エンハ
ンスメント形FETを形成する場合は]、8X1012
個/ cm ” 、ディプレッション形FETの場合は
、3.6X1.012個/ cm 2とする。
また活性化のアニールは、800℃、15分間、水素中
で行なう。次に、スパッタリング法により高融点金属W
 S i x (x = 0 、6 )を厚さ300n
mだけ堆積し、リングラフィ技術と、フッ素ガス(CF
4.CHF3.NF3,5F6)を用いたドライエツチ
ング法により、W S i xゲート5を形成する。次
に(b)に示す如く、ソース・トレイン部以外を厚さ1
.6μmのホトレジスト10で被覆し、イオン打込み法
により、加速電圧] 75KeVで、2 X ] O”
’個/Cm2のSi+イオンを打込み、ソースドレイン
領域を自己整合的に形成する。
という条件にした。このスパッタ膜が、G a A s
基板に及ぼす応力は引張り応力であり、表1の相対的応
力表示を用いると、d□・F、=60X]2である。次
に、この」二に常圧気相化学成長法により5i02膜1
3を堆積する。このS」02膜13の膜厚d2は、表2
の相対圧縮応力を用いると、と決定される。上記2種類
の膜を組み合わせた結果、GaAs基板に働く応力は、
表12表2の説明で用いた応力の相対表示法で約−1,
5〜+1.5(−は圧縮応力、十は引張り応力を示す)
となり従来方法の4〜20に比べて大幅に低減された。
次に(d)に示す工程を説明する。リソグラフィ技術に
より、A u G e/ N i / A 11からな
るソース、およびドレイン電極6,7を形成し、オーミ
ックいわゆる短ゲート効果が低減できている事がわかる
。また、第5図は、上記第4図と同一の試料における、
ゲート耐圧とゲート幅の関係を示している。点線17で
示すように、従来法では、ゲート幅の大きいFETは耐
圧が1v程度と極めて低いのに対して、本発明によれば
、実線16で示すようにゲート幅の大きいFETの耐圧
が大幅に改善されていることがわかる。
実施例2゜ 本実施例の製造工程手順と第6図(a)、(b)に示す
。実施例1の(a)、(b)と同様にして、チャネル層
2、ソース・ドレイン領域3,4、高融点ゲート5を形
成したのち、プラズマ誘起気相化学成長法により厚さ1
50nmの5i3N418を堆積する。堆積条件は、反
応ガスとしてN2希釈4%のS j、 H4を用い、圧
力0.5Torr、基板温度は室温とした。この時のW
Sjx+8の膜厚とした。このように、プラズマ誘起気
相化学成長法で堆積したSi3N4と、スパッタリング
法で形成したW S i x (x −0、6)を堆積
した場合、上記の膜厚の組合わせでは、G a A s
基板に及ぼす応力は、−2,0〜+0.5の範囲であり
、大幅に低減されていた。
次に前記キャップ膜18.19を形成した後、N2中で
800℃、20分間アニールし、ソース・ドレイン領域
を活性化する。更に、キャップ膜の応力を低減するため
に堆積したWSjX(X=0.6)層19をCF4ガス
を用いた、ラジカル輸送形化学ドライエツチング法によ
り除去したのち、第6図()))に示す如<、AuGe
/Ni/Auからなるソース・ドレイン電極6,7を堆
積、アロイしてFETが完成される。
本方法によっても、実施例1で説明したと同様−、、、
W S i x (x = 0 、6 )の代わりに表
2中の〔発明の効果〕 本発明によれば、アニール時のG’aAs基板表面保護
膜として、G a A s基板に対して引張り応力を及
ぼす膜と圧縮応力を及ぼす膜を積層した保護膜を用い、
GaAs基板に実効的に及ぼす応力を大幅に低減できる
ので、応力に起因する不純物の異常拡散による、F E
 Tのしきい値電圧の変動やゲート耐圧の劣化が生じな
いという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、M ES −F E T (7)断面図、第
2図(a)(b)(c)(d)は従来方法によるMES
−FETの製作工程を示す図、第3図(、)(b)(C
)(d)および第6図(a)(b)は本発明によるM 
E S−F T:!: Tの製作二[稈を示す図、第4
および5図は、本発明の効果を示す図である。 1・・・GaAs基板、2・・チャネル層、3・・・ソ
ースFETのゲート幅と耐圧の関係、17・・・従来法
によるゲート幅と耐圧の関係。 =15= 躬7図 3 2  ゲ 、ぐ ¥4図 ケ゛−トシ’v、(P欠O 第5図 ケ゛−F字%  (p漕Q 第す図 夕 3 2  ゲ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、所定の化合物半導体基板表面にイオン注入する工程
    、該半導体基板に対して引張り応力を及ぼす絶縁膜と前
    記半導体基板に対して圧縮応力を及ぼす絶縁膜又は導電
    膜との積層構造である保護膜を形成する工程、該保護膜
    を形成後熱処理する工程、前記保護膜のうち前記半導体
    基板表面に電極を形成する部分を除去する工程を有する
    ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
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