JP2001308319A - Insulated gate compound semiconductor device - Google Patents

Insulated gate compound semiconductor device

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JP2001308319A
JP2001308319A JP2000118873A JP2000118873A JP2001308319A JP 2001308319 A JP2001308319 A JP 2001308319A JP 2000118873 A JP2000118873 A JP 2000118873A JP 2000118873 A JP2000118873 A JP 2000118873A JP 2001308319 A JP2001308319 A JP 2001308319A
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compound semiconductor
oxide film
insulated gate
semiconductor device
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Mizuhisa Nihei
瑞久 二瓶
Yu Watanabe
祐 渡邊
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form MIS structure where interface level density has been reduced by a method suited for mass production in an insulated gate compound semiconductor device. SOLUTION: A metal oxide film 2 with a metal element other than the components of a compound semiconductor 1 as a component is inserted into the interface between an insulation film 3 and the compound semiconductor 1 for composing this insulated gate compound semiconductor device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁ゲート型化合物
半導体装置に関するものであり、特に、高性能化を図る
ために絶縁膜/化合物半導体界面の界面準位密度を低減
するための手段に特徴のある絶縁ゲート型化合物半導体
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate type compound semiconductor device, and more particularly to a means for reducing an interface state density at an insulating film / compound semiconductor interface in order to achieve high performance. The present invention relates to a certain insulated gate compound semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、シリコン半導体集積回路装置
等のSiデバイスにおいては、MISFET(Meta
l−Insulator−Semiconductor
FET)、即ち、絶縁ゲート型FETが用いられてい
るが、高周波増幅素子或いは超高速集積回路装置を構成
するGaAs等の化合物半導体を用いた電子デバイスに
おいては界面準位の問題があるため、MESFET(M
etal−Semiconductor FET)やH
EMT(高電子移動度トランジスタ)等が用いられてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a Si device such as a silicon semiconductor integrated circuit device, a MISFET (Meta
l-Insulator-Semiconductor
FET), that is, an insulated gate FET is used. However, in an electronic device using a compound semiconductor such as GaAs which constitutes a high-frequency amplifying element or an ultra-high-speed integrated circuit device, there is a problem of an interface state. (M
et al-Semiconductor FET) or H
EMT (high electron mobility transistor) and the like are used.

【0003】これは、化合物半導体を用いてMOSFE
T或いはMISFETを構成した場合、絶縁膜/化合物
半導体界面に存在する界面準位に起因して相互コンダク
タンスgm が低下するなど、良好なデバイス特性が得ら
れないためである。
[0003] This is a MOSFE using a compound semiconductor.
Case where the T or MISFET, is because due to the interface state existing in an insulating film / compound semiconductor interfaces such as mutual conductance g m is decreased, no satisfactory device characteristics.

【0004】ここで、図5を参照して、従来の化合物半
導体を用いたMISFETを説明する。 図5参照 図5は、MISFETの概略的断面図であり、半絶縁性
GaAs基板31上に、MOVPE法(有機金属気相成
長法)を用いてn型GaAsチャネル層32を成長させ
たのち、プラズマCVD法を用いてゲート絶縁膜となる
SiO2 膜33を堆積させ、次いで、ゲート電極34を
マスクとしてSiイオンを注入してn+型ソース・ドレ
イン領域35を形成し、最後に、ソース・ドレイン電極
36を形成する。なお、図における符号37は酸素イオ
ン注入によって形成した素子分離領域である。
Here, a conventional MISFET using a compound semiconductor will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a MISFET. After an n-type GaAs channel layer 32 is grown on a semi-insulating GaAs substrate 31 by MOVPE (metal-organic chemical vapor deposition), An SiO 2 film 33 serving as a gate insulating film is deposited using a plasma CVD method, and then Si ions are implanted using the gate electrode 34 as a mask to form an n + -type source / drain region 35. A drain electrode 36 is formed. Reference numeral 37 in the drawing denotes an element isolation region formed by oxygen ion implantation.

【0005】この様なMISFETにおいて、SiO2
膜33の形成前のn型GaAsチャネル層32の表面に
はGaAsを構成する元素を要素とする自然酸化膜、即
ち、Ga2 3 、As2 3 、或いは、As2 5 等が
形成されており、これらの自然酸化膜に起因してSiO
2 /GaAs界面にデバイス特性に影響を与える界面準
位が形成されるという問題がある。
In such a MISFET, SiO 2
On the surface of the n-type GaAs channel layer 32 before the formation of the film 33, a natural oxide film having elements constituting GaAs as elements, that is, Ga 2 O 3 , As 2 O 3 , As 2 O 5 or the like is formed. SiO2 due to these natural oxide films
There is a problem that an interface level which affects device characteristics is formed at the 2 / GaAs interface.

【0006】この様な界面準位の問題を解決するため
に、半導体表面処理やin situでのMIS構造形
成技術等を駆使しながら良好な絶縁膜/化合物半導体界
面を得る等、これまで様々な試みがなされ、界面準位密
度を低減し良好なMISFET動作を実現した報告があ
る。
In order to solve such a problem of the interface state, various methods such as obtaining a good insulating film / compound semiconductor interface while making full use of a semiconductor surface treatment and an in-situ MIS structure forming technique have been used. Attempts have been made to reduce interface state density and achieve good MISFET operation.

【0007】例えば、SiO2 膜を堆積させる前に、G
aAs表面の自然酸化膜を除去し、defect−fr
eeの状態でSiO2 膜を形成してパッシベーションす
る表面処理技術が知られている。
For example, before depositing a SiO 2 film, G
The natural oxide film on the aAs surface is removed, and the defect-fr
A surface treatment technique for forming a SiO 2 film in the state of ee and passivating the same is known.

【0008】また、GaAs表面を大気に晒さないin
situでのMIS構造形成技術、即ち、超高真空中
においてサーマルクリーニングを行うことによってGa
As表面を清浄化したのち、同じ反応室において直ちに
SiO2 膜を連続形成することによってSiO2 /Ga
As界面の界面準位密度を低減することも行われてい
る。
In addition, the GaAs surface is not exposed to the atmosphere.
The MIS structure forming technique in situ, that is, thermal cleaning in an ultra-high vacuum
Immediately after cleaning the As surface, a SiO 2 film is continuously formed in the same reaction chamber to form SiO 2 / Ga.
Reduction of the interface state density at the As interface has also been performed.

【0009】さらには、GaAs基板上にn型GaAs
チャネル層を成長させたのち、直ちに、即ち、as−g
rownの状態のGaAs表面にSiO2 膜を連続形成
することによってSiO2 /GaAs界面の界面準位密
度を低減することも行われている。
Furthermore, an n-type GaAs is formed on a GaAs substrate.
Immediately after growing the channel layer, ie, as-g
It has also been practiced to reduce the interface state density at the SiO 2 / GaAs interface by continuously forming an SiO 2 film on the GaAs surface in the row state.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
いずれの方法によっても、実験的には良好なデバイス動
作が実現されているが、その実現方法が複雑であり、且
つ、高コストであるため、実際の量産に適用することは
困難であるという問題がある。
However, although good device operation has been experimentally realized by any of the above-mentioned methods, the method is complicated and expensive. There is a problem that it is difficult to apply to actual mass production.

【0011】即ち、実際の量産段階では、各工程をバッ
チ方式で行い各工程を終了したウェハを保管して次の工
程に移ることが普通であるが、上述の方法の場合には、
各ウェハ毎に一連の工程を大気に晒すことなく連続工程
として行わなければならないため、従来のバッチ処理が
できなくなるという問題がある。
That is, in the actual mass production stage, it is common that each process is performed in a batch system, and the wafer after each process is stored and moved to the next process.
Since a series of processes must be performed for each wafer as a continuous process without exposing it to the atmosphere, there is a problem that conventional batch processing cannot be performed.

【0012】したがって、本発明は、量産に適した方法
によって界面準位密度の低減したMIS構造を形成する
ことを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to form an MIS structure having a reduced interface state density by a method suitable for mass production.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】ここで、図1を参照して
本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図1は、化合物半導体MISFETの概略的断面
図であり、図において、符号4、5、6、7、及び8
は、夫々、ゲート電極、チャネル領域、ソース・ドレイ
ン領域、ソース・ドレイン電極、及び、素子分離領域を
表す。 図1参照 (1)本発明は、絶縁ゲート型化合物半導体装置におい
て、絶縁膜3と化合物半導体1との界面に、化合物半導
体1の構成元素以外の金属元素を構成要素とする金属酸
化膜2を挿入したことを特徴とする。
Here, means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a compound semiconductor MISFET, and reference numerals 4, 5, 6, 7, and 8 in the figure.
Represents a gate electrode, a channel region, a source / drain region, a source / drain electrode, and an element isolation region, respectively. See FIG. 1 (1) In the present invention, in an insulated gate compound semiconductor device, a metal oxide film 2 having a metal element other than a constituent element of the compound semiconductor 1 as a constituent element is provided at an interface between the insulating film 3 and the compound semiconductor 1. It is characterized by being inserted.

【0014】この様に、絶縁膜3と化合物半導体1との
界面に、化合物半導体1の構成元素以外の金属元素を構
成要素とする金属酸化膜2を挿入することによって、金
属酸化膜2/化合物半導体1界面の界面準位密度を低減
することができ、それによって、良好なデバイス特性を
実現することができる。
As described above, by inserting the metal oxide film 2 having a metal element other than the constituent elements of the compound semiconductor 1 at the interface between the insulating film 3 and the compound semiconductor 1, the metal oxide film 2 / compound The interface state density at the interface of the semiconductor 1 can be reduced, and thereby good device characteristics can be realized.

【0015】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、金属酸化膜2が、化合物半導体1の構成元素の酸化
物の生成エネルギーより絶対値で大きな生成エネルギー
の金属酸化物で構成されることを特徴とする。
(2) According to the present invention, in the above (1), the metal oxide film 2 is made of a metal oxide having a generation energy larger in absolute value than the generation energy of the oxide of the constituent element of the compound semiconductor 1. It is characterized by that.

【0016】この様に、金属酸化膜2として、化合物半
導体1の構成元素の酸化物の生成エネルギーより絶対値
で大きな生成エネルギーの金属酸化物を用いることによ
って、化合物半導体1の表面に存在する自然酸化膜を還
元することができ、それによって、自然酸化膜に起因す
る界面準位密度を低減することができる。
As described above, by using a metal oxide having a generation energy larger in absolute value than the generation energy of the oxide of the constituent element of the compound semiconductor 1 as the metal oxide film 2, the natural oxide existing on the surface of the compound semiconductor 1 can be obtained. The oxide film can be reduced, whereby the interface state density due to the native oxide film can be reduced.

【0017】(3)また、本発明は、上記(2)におい
て、金属酸化物が、xを0<x<1とした場合、TiO
1+x であることを特徴とする。
(3) In the present invention, in the above (2), when the metal oxide is such that x is 0 <x <1, TiO
1 + x .

【0018】この様に、TiO1+x (0<x<1)を用
いることによって、GaAsの自然酸化膜であるGa2
3 、As2 3 、或いは、As2 5 より金属酸化物
の生成エネルギーの絶対値が大きくなるので、自然酸化
膜を確実に還元することができる。
As described above, by using TiO 1 + x (0 <x <1), Ga 2, which is a natural oxide film of GaAs, is formed.
Since the absolute value of the generation energy of the metal oxide is larger than that of O 3 , As 2 O 3 , or As 2 O 5 , the natural oxide film can be reliably reduced.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】ここで、図2及び図3を参照して
本発明の第1の実施の形態を製造工程を説明する。な
お、各図は、MISFETの形成過程における概略的断
面図である。 図2(a)参照 まず、半絶縁性GaAs基板11上に、MOVPE法を
用いて、厚さが、例えば、100nmで、不純物濃度
が、例えば、5×1017cm-3のn型GaAsチャネル
層12を成長させたのち、全面にフォトレジストを塗布
して、露光・現像することによって能動領域に対応する
形状のレジストパターン13を形成し、次いで、このレ
ジストパターン13をマスクとして、酸素イオン14
を、例えば、150keVの加速エネルギーで、2×1
12cm-2のドーズ量でイオン注入することによって、
例えば、深さが、200nm以上の素子分離領域15を
形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The manufacturing steps of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Each drawing is a schematic cross-sectional view in the process of forming the MISFET. First, an n-type GaAs channel having a thickness of, for example, 100 nm and an impurity concentration of, for example, 5 × 10 17 cm −3 is formed on a semi-insulating GaAs substrate 11 by MOVPE. After the layer 12 is grown, a photoresist is applied to the entire surface, and is exposed and developed to form a resist pattern 13 having a shape corresponding to the active area. Then, using the resist pattern 13 as a mask, oxygen ions 14 are formed.
At an acceleration energy of 150 keV, for example, 2 × 1
By implanting ions at a dose of 0 12 cm -2 ,
For example, the element isolation region 15 having a depth of 200 nm or more is formed.

【0020】図2(b)参照 次いで、レジストパターン13を除去したのち、全面に
真空蒸着法を用いてTi膜16を堆積させる。このTi
膜16の堆積工程において、n型GaAsチャネル層1
2の表面に形成されているGa2 3 、As2 3 、或
いは、As2 5 等の自然酸化膜(図示を省略)はTi
によって還元されるので、自然酸化膜は消滅する。な
お、この場合のTi膜16の厚さは、次工程で均一なT
i酸化膜が形成できる最低膜厚である1nm以上であれ
ば良く、例えば、3nmのTiを堆積させる。
Next, after the resist pattern 13 is removed, a Ti film 16 is deposited on the entire surface by vacuum evaporation. This Ti
In the step of depositing the film 16, the n-type GaAs channel layer 1
The natural oxide film (not shown) such as Ga 2 O 3 , As 2 O 3 , or As 2 O 5 formed on the surface of
, The natural oxide film disappears. Note that the thickness of the Ti film 16 in this case is uniform T
It is sufficient that the thickness is 1 nm or more, which is the minimum film thickness that can form an i-oxide film. For example, 3 nm of Ti is deposited.

【0021】図2(c)参照 次いで、全面を酸素プラズマ17に晒すことによって、
Ti膜16をTiリッチのTi酸化膜、即ち、TiO
1+x 膜18に置換する。この場合のTiO1+x 膜18
は、Ti3 5 とTi2 3 とが主に混合した状態にな
っていると考えられ、したがって、xは0<x<1の範
囲である。
Next, referring to FIG. 2C, the entire surface is exposed to oxygen plasma 17 to
The Ti film 16 is made of a Ti-rich Ti oxide film, that is, TiO.
Replace with 1 + x film 18. In this case, the TiO 1 + x film 18
Is considered to be in a state where Ti 3 O 5 and Ti 2 O 3 are mainly mixed, and therefore, x is in the range of 0 <x <1.

【0022】このプラズマ酸化工程において、n型Ga
Asチャネル層12の表面も酸化されてGa2 3 、A
2 3 、或いは、As2 5 等の自己酸化膜が形成さ
れても、Ti3 5 或いはTi2 3 の生成エネルギー
の絶対値は、Ga2 3 、As2 3 、或いは、As2
5 の生成エネルギーの絶対値より大きいので、Ga 2
3 、As2 3 、或いは、As2 5 は、Ti3 5
或いはTi2 3 によって直ぐに還元されるので、自然
酸化膜が界面に残存することはない。
In this plasma oxidation step, n-type Ga
The surface of the As channel layer 12 is also oxidized to GaTwoOThree, A
sTwoOThreeOr AsTwoOFiveEtc. self-oxidized film is formed
Even ifThreeOFiveOr TiTwoOThreeGeneration energy
Is the absolute value of GaTwoOThree, AsTwoOThreeOr AsTwo
OFiveIs larger than the absolute value of the generation energy of Two
OThree, AsTwoOThreeOr AsTwoOFiveIs TiThreeOFive
Or TiTwoOThreeIs immediately reduced by
The oxide film does not remain at the interface.

【0023】ここで、表1を参照して、生成エネルギー
ΔH〔kJ/mol〕の関係を説明する。
Here, with reference to Table 1, the relationship between the generated energy ΔH [kJ / mol] will be described.

【表1】 [Table 1]

【0024】表1から明らかなように、Ti3 5 の生
成エネルギは−2459.4kJ/molであり、ま
た、Ti2 3 の生成エネルギは−1520.9kJ/
molであり、Ga2 3 (−1089.1kJ/mo
l)、As2 3 (−169kJ/mol)、或いは、
As2 5 (−924.9kJ/mol)の生成エネル
ギーより絶対値で大きいため自然酸化膜はTi3 5
いはTi2 3 によって還元されることになる。なお、
TiO2 (−944kJ/mol)は、Ga2 3 (−
1089.1kJ/mol)より生成エネルギーの絶対
値が小さいので、上記の酸化工程において、Ti膜16
が完全に酸化されてTiO2 が形成されないようにする
温度や時間等の条件を設定する必要がある。
As is clear from Table 1, the energy of formation of Ti 3 O 5 is −2459.4 kJ / mol, and the energy of formation of Ti 2 O 3 is −1520.9 kJ / mol.
mol, and Ga 2 O 3 (−1089.1 kJ / mo)
l), As 2 O 3 (-169 kJ / mol), or
Since the absolute value is larger than the generation energy of As 2 O 5 (−924.9 kJ / mol), the natural oxide film is reduced by Ti 3 O 5 or Ti 2 O 3 . In addition,
TiO 2 (−944 kJ / mol) is converted to Ga 2 O 3 (−
1089.1 kJ / mol), the absolute value of the generated energy is smaller than that of the Ti film 16 in the oxidation step.
It is necessary to set conditions such as temperature and time so that TiO 2 is not completely oxidized to form TiO 2 .

【0025】図3(d) 次いで、プラズマCVD法を用いて、全面に厚さが、例
えば、30nmのSiO2 膜19を堆積させたのち、ス
パッタリング法を用いて、厚さが、例えば、300nm
のWSi2 膜を堆積させ、次いで、レジストパターン2
0をマスクとしてドライエッチングを施すことによって
WSi2 ゲート電極21を形成する。なお、この場合の
SiO2 膜19の膜厚は、TiO1+x 膜18の膜厚を含
めてゲート長等を考慮したスケーリング則で決定される
値であり、30nmに限られるものではない。
Next, an SiO 2 film 19 having a thickness of, for example, 30 nm is deposited on the entire surface by using a plasma CVD method, and then a thickness of, for example, 300 nm is formed by using a sputtering method.
WSi 2 film is deposited, and then the resist pattern 2
The WSi 2 gate electrode 21 is formed by performing dry etching using 0 as a mask. In this case, the thickness of the SiO 2 film 19 is a value determined by a scaling rule in consideration of a gate length and the like, including the thickness of the TiO 1 + x film 18, and is not limited to 30 nm.

【0026】図3(e)参照 以降は、従来と同様に、ソース・ドレイン領域を画定す
る形状の開口部を有するレジストパターン22を形成
し、このレジストパターン22とWSi2 ゲート電極2
1をマスクとして、例えば、50keVの加速エネルギ
ーで、5×1012cm-2のドーズ量でSiイオン23を
イオン注入し、次いで、レジストパターン22を除去し
たのち、N2 ガス雰囲気中で、800℃で30秒間のR
TA(Rapid Thermal Annealin
g)を行うことによってn+ 型ソース・ドレイン領域2
4を形成する。
Referring to FIG. 3E, thereafter, a resist pattern 22 having an opening having a shape defining a source / drain region is formed, and the resist pattern 22 and the WSi 2 gate electrode 2 are formed.
1 as a mask, for example, at an acceleration energy of 50 keV, the Si ions 23 are ion implanted at a dose of 5 × 10 12 cm -2, and then, after removing the resist pattern 22, an N 2 gas atmosphere, 800 R at 30 ° C for 30 seconds
TA (Rapid Thermal Annealin)
g) to obtain the n + type source / drain region 2
4 is formed.

【0027】図3(f)参照 次いで、ソース・ドレイン電極の形成予定領域に対応す
る開口を有する新たに設けたレジストパターン(図示を
省略)をマスクとしてドライエッチングを施すことによ
ってSiO2 膜19及びTiO1+x 膜18の露出部を除
去してコンタクトホールを形成したのち、真空蒸着法を
用いて、全面に厚さが、例えば、30nmのAuGe
膜、及び、厚さが、例えば、300nmのAu膜を順次
堆積させ、次いで、レジストパターンを除去してレジス
トパターン上に堆積したAuGe膜及びAu膜をリフト
オフする。
Next, as shown in FIG. 3F, dry etching is performed using a newly provided resist pattern (not shown) having an opening corresponding to a region where a source / drain electrode is to be formed as a mask, thereby forming the SiO 2 film 19 and After removing the exposed portion of the TiO 1 + x film 18 to form a contact hole, the entire surface is AuGe having a thickness of, for example, 30 nm using a vacuum deposition method.
A film and an Au film having a thickness of, for example, 300 nm are sequentially deposited, and then the resist pattern is removed to lift off the AuGe film and the Au film deposited on the resist pattern.

【0028】次いで、N2 ガス雰囲気中で、例えば、3
50℃において5分間のアロイ化のための熱処理を行
い、オーミック化したAuGe/Au構造のソース・ド
レイン電極25を形成することによってMISFETの
基本構造が完成する。
Next, in an N 2 gas atmosphere, for example, 3
A heat treatment for alloying is performed at 50 ° C. for 5 minutes to form an ohmic AuGe / Au structure source / drain electrode 25, thereby completing the basic structure of the MISFET.

【0029】この様に、本発明の第1の実施の形態にお
いては、まず、Ti膜を堆積する工程で自然酸化膜を還
元し、且つ、その後のプラズマ酸化工程においても自然
酸化膜の生成エネルギーより絶対値の生成エネルギーを
有するTiリッチのTi酸化膜を形成しているので、自
然酸化膜に起因する結晶欠陥を大幅に低減することがで
き、それによって、良好なデバイス特性を得ることが可
能になる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, first, the natural oxide film is reduced in the step of depositing the Ti film, and the energy generated by the natural oxide film is also reduced in the subsequent plasma oxidation step. Since a Ti-rich Ti oxide film having a generation energy of an absolute value is formed, crystal defects caused by a natural oxide film can be significantly reduced, whereby good device characteristics can be obtained. become.

【0030】次に、図4を参照して、本発明の第2の実
施の形態の製造工程を説明する。 図4(a)参照 まず、上記の第1の実施の形態と全く同様に、半絶縁性
GaAs基板11の表面にn型GaAsチャネル層12
を形成したのち、能動領域形成予定領域の周囲に素子分
離領域15を形成する。
Next, a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 4A, an n-type GaAs channel layer 12 is formed on the surface of a semi-insulating GaAs substrate 11 in the same manner as in the first embodiment.
Is formed, an element isolation region 15 is formed around the active region formation planned region.

【0031】図4(b)参照 次いで、酸素プラズマ雰囲気中でTiを蒸着することに
よって、厚さが、例えば、4nmのTiO1+x 膜26を
堆積させる。この場合のTiO1+x 膜26の組成も、T
3 5 とTi2 3 とが主に混合したTiリッチの状
態になるように、即ち、xが0<x<1となるように、
酸素プラズマ条件を設定する。
Referring to FIG. 4B, a TiO 1 + x film 26 having a thickness of, for example, 4 nm is deposited by evaporating Ti in an oxygen plasma atmosphere. In this case, the composition of the TiO 1 + x film 26 is also T
In order to obtain a Ti-rich state in which i 3 O 5 and Ti 2 O 3 are mainly mixed, that is, so that x is 0 <x <1,
Set the oxygen plasma conditions.

【0032】このTiリッチのTiO1+x 膜26の堆積
工程及び以降の熱処理工程において、n型GaAsチャ
ネル層12の表面に形成されている自然酸化膜は生成エ
ネルギーの差によって還元されることになる。
In the deposition step of the Ti-rich TiO 1 + x film 26 and the subsequent heat treatment step, the natural oxide film formed on the surface of the n-type GaAs channel layer 12 is reduced by the difference in generated energy. Become.

【0033】図4(c)参照 以降は、上記の第1の実施の形態と全く同様に、プラズ
マCVD法を用いて、全面に厚さが、例えば、30nm
のSiO2 膜19を堆積させたのち、スパッタリング法
を用いて、厚さが、例えば、300nmのWSi2 膜を
堆積させる。以降は図示を省略するが、WSi2 ゲート
電極、n+ 型ソース・ドレイン領域、及び、ソース・ド
レイン電極を形成することによってMISFETの基本
構造が完成する。
Referring to FIG. 4C, thereafter, the thickness is, for example, 30 nm over the entire surface by using the plasma CVD method in the same manner as in the first embodiment.
After depositing the SiO 2 film 19, a WSi 2 film having a thickness of, for example, 300 nm is deposited using a sputtering method. Although not shown hereafter, the basic structure of the MISFET is completed by forming the WSi 2 gate electrode, the n + -type source / drain regions, and the source / drain electrodes.

【0034】この様に、本発明の第2の実施の形態にお
いては、TiO1+x 膜26を直接堆積させているが、T
iリッチのTiO1+x 膜26の生成エネルギーの絶対値
はGaAsの自然酸化膜の生成エネルギーより大きいの
で自然酸化膜を還元することができ、それによって、自
然酸化膜に起因する結晶欠陥を大幅に低減することがで
きるので、良好なデバイス特性を得ることが可能にな
る。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the TiO 1 + x film 26 is directly deposited.
Since the absolute value of the formation energy of the i-rich TiO 1 + x film 26 is larger than the formation energy of the natural oxide film of GaAs, the natural oxide film can be reduced, thereby greatly reducing the crystal defects caused by the natural oxide film. , It is possible to obtain good device characteristics.

【0035】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態においては、自然酸化膜を還元
するための金属、或いは、金属酸化膜を構成する金属元
素としてTiを用いているが、Tiに限られるものでは
なく、その酸化物がGaAsの酸化物より生成エネルギ
ーの絶対値において大きな金属元素であれば良い。
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various modifications are possible. For example, in each of the above embodiments, Ti is used as the metal for reducing the natural oxide film or the metal element constituting the metal oxide film. However, the present invention is not limited to Ti. Should be a metal element having a larger absolute value of the generation energy than the GaAs oxide.

【0036】例えば、上述の表1から明らかなように、
Ta2 5 (−2046kJ/mol)、Pr2
3 (−1809.6kJ/mol)、HfO2 (−11
44.7kJ/mol)、及び、ZrO2 (−110
0.6kJ/mol)は、GaAsの酸化物より生成エ
ネルギーの絶対値において大きいので、金属元素として
Ta、Pr、Hf、或いは、Zrを用いても良いもので
ある。なお、Al2 3 (−1675.7kJ/mo
l)は、生成エネルギーの点では問題がないものの、A
lの酸化が中まで進行しにくいので上記の第1の実施の
形態の適用する場合には、酸化条件を考慮することが必
要になる。
For example, as apparent from Table 1 above,
Ta 2 O 5 (-2046 kJ / mol), Pr 2 O
3 (−1809.6 kJ / mol), HfO 2 (−11
44.7 kJ / mol) and ZrO 2 (−110
(0.6 kJ / mol) is larger in absolute value of the generation energy than the GaAs oxide, so that Ta, Pr, Hf, or Zr may be used as the metal element. In addition, Al 2 O 3 (−1675.7 kJ / mo)
l) is A, although there is no problem in terms of energy generated.
Since the oxidation of 1 does not easily progress to the middle, when applying the first embodiment, it is necessary to consider oxidation conditions.

【0037】また、上記の第1の実施の形態において
は、堆積させたTi膜を酸化する際に、酸素プラズマを
用いて酸化しているが、この様なプラズマ酸化法に限ら
れるものではなく、他の酸化法を用いても良いものであ
る。例えば、酸素雰囲気中或いは大気中で、150℃以
上のより高温において熱処理を行っても良いものであ
る。但し、あまり高温であるとGaAs表面が熱的にダ
メージを受けるので、600℃以下にすることが望まし
い。
In the first embodiment described above, when oxidizing the deposited Ti film using oxygen plasma, it is oxidized using oxygen plasma. However, the present invention is not limited to such a plasma oxidation method. Alternatively, another oxidation method may be used. For example, the heat treatment may be performed at a higher temperature of 150 ° C. or higher in an oxygen atmosphere or air. However, if the temperature is too high, the GaAs surface is thermally damaged.

【0038】また、上記の第1及び第2の実施の形態に
おいては、TiO1+x 膜を形成した直後に熱処理を行っ
ていないが、熱的エネルギーを与えた方が自然酸化膜の
還元が効果的に行われるので、TiO1+x 膜を形成した
直後に600℃以下の温度で熱処理しても良いものであ
る。
In the first and second embodiments, the heat treatment is not performed immediately after the formation of the TiO 1 + x film, but the reduction of the natural oxide film can be achieved by applying thermal energy. Since the heat treatment is performed effectively, the heat treatment may be performed at a temperature of 600 ° C. or less immediately after forming the TiO 1 + x film.

【0039】また、上記の各実施の形態においては、ゲ
ート絶縁膜をTiO1+X /SiO2構造で形成している
が、TiO1+X 膜のみによってゲート絶縁膜を形成して
も良いものである。
In each of the above embodiments, the gate insulating film is formed with the TiO 1 + X / SiO 2 structure, but the gate insulating film may be formed only by the TiO 1 + X film. It is.

【0040】また、上記の各実施の形態においては、G
aAsデバイスとして説明しているが、GaAsに限ら
れるものではなく、各種の化合物半導体、特に、III-V
族化合物半導体に適用されるのものであり、例えば、I
nPによってMISFETを構成する場合には、In2
3 より生成エネルギーの絶対値の大きな金属元素を用
いれば良いものであり、InPに対してもTiは好適な
金属元素となる。
In each of the above embodiments, G
Although described as an aAs device, it is not limited to GaAs, but various compound semiconductors, particularly, III-V
Group semiconductors, for example, I
When a MISFET is constituted by nP, In 2
It is sufficient to use a metal element having an absolute value of the generation energy larger than that of O 3 , and Ti is a suitable metal element for InP.

【0041】また、上記の各実施の形態においては、n
チャネル型MISFETとして説明しているが、pチャ
ネル型MISFETにも適用されるものであり、さらに
は、MISFETに限られるものではなく、MIS型ダ
イオードにも適用されるものである。
In each of the above embodiments, n
Although described as a channel MISFET, the invention is also applied to a p-channel MISFET, and is not limited to a MISFET, but is also applied to a MIS diode.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、化合物半導体の表面に
化合物半導体の酸化物よりエネルギー的に安定な金属酸
化膜を挿入してMIS構造を構成しているので、量産に
向くバッチ処理が可能な製造方法によって、化合物半導
体の自然酸化膜に起因する界面準位密度を低減すること
ができ、それによって、良好なデバイス特性を得ること
が可能になるので、MIS型化合物半導体装置、即ち、
絶縁ゲート型化合物半導体装置の実用化に寄与するとこ
ろが大きい。
According to the present invention, a MIS structure is formed by inserting a metal oxide film, which is more energy stable than the oxide of the compound semiconductor, on the surface of the compound semiconductor, so that batch processing suitable for mass production is possible. By the simple manufacturing method, it is possible to reduce the interface state density caused by the natural oxide film of the compound semiconductor, and thereby it is possible to obtain good device characteristics.
This greatly contributes to the practical use of the insulated gate compound semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of the first embodiment of the present invention after FIG. 2;

【図4】本発明の第2の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through a second embodiment of the present invention.

【図5】従来のMIS型化合物半導体装置の概略的断面
図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a conventional MIS type compound semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 化合物半導体 2 金属酸化膜 3 絶縁膜 4 ゲート電極 5 チャネル領域 6 ソース・ドレイン領域 7 ソース・ドレイン電極 8 素子分離領域 11 半絶縁性GaAs基板 12 n型GaAsチャネル層 13 レジストパターン 14 酸素イオン 15 素子分離領域 16 Ti膜 17 酸素プラズマ 18 TiO1+x 膜 19 SiO2 膜 20 レジストパターン 21 WSi2 ゲート電極 22 レジストパターン 23 Siイオン 24 n+ 型ソース・ドレイン領域 25 ソース・ドレイン電極 26 TiO1+x 膜 27 WSi2 膜 31 半絶縁性GaAs基板 32 n型GaAsチャネル層 33 SiO2 膜 34 ゲート電極 35 n+ 型ソース・ドレイン領域 36 ソース・ドレイン電極 37 素子分離領域REFERENCE SIGNS LIST 1 compound semiconductor 2 metal oxide film 3 insulating film 4 gate electrode 5 channel region 6 source / drain region 7 source / drain electrode 8 element isolation region 11 semi-insulating GaAs substrate 12 n-type GaAs channel layer 13 resist pattern 14 oxygen ion 15 element Isolation region 16 Ti film 17 Oxygen plasma 18 TiO 1 + x film 19 SiO 2 film 20 Resist pattern 21 WSi 2 gate electrode 22 Resist pattern 23 Si ion 24 n + type source / drain region 25 Source / drain electrode 26 TiO 1 + x Film 27 WSi 2 film 31 semi-insulating GaAs substrate 32 n-type GaAs channel layer 33 SiO 2 film 34 gate electrode 35 n + type source / drain region 36 source / drain electrode 37 element isolation region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F032 AA28 CA05 CA09 CA17 DA04 DA12 DA43 DA53 5F040 DA00 DA05 DC03 EB17 EC04 EC09 ED01 ED03 EH02 EK00 FA17 FB04 FC05 FC14 FC25 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F032 AA28 CA05 CA09 CA17 DA04 DA12 DA43 DA53 5F040 DA00 DA05 DC03 EB17 EC04 EC09 ED01 ED03 EH02 EK00 FA17 FB04 FC05 FC14 FC25

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜と化合物半導体との界面に、前記
化合物半導体の構成元素以外の金属元素を構成要素とす
る金属酸化膜を挿入したことを特徴とする絶縁ゲート型
化合物半導体装置。
1. An insulated gate compound semiconductor device wherein a metal oxide film having a metal element other than a constituent element of the compound semiconductor as a component is inserted at an interface between the insulating film and the compound semiconductor.
【請求項2】 上記金属酸化膜が、上記化合物半導体の
構成元素の酸化物の生成エネルギーより絶対値で大きな
生成エネルギーの金属酸化物で構成されることを特徴と
する請求項1記載の絶縁ゲート型化合物半導体装置。
2. The insulated gate according to claim 1, wherein said metal oxide film is made of a metal oxide having a generation energy whose absolute value is larger than that of an oxide of a constituent element of said compound semiconductor. Type compound semiconductor device.
【請求項3】 上記金属酸化物が、xを0<x<1とし
た場合、TiO1+xであることを特徴とする請求項2記
載の絶縁ゲート型化合物半導体装置。
3. The insulated gate compound semiconductor device according to claim 2, wherein said metal oxide is TiO 1 + x when x is 0 <x <1.
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