JP2736698B2

JP2736698B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2736698B2
Application number: JP18153090A
Authority: JP
Inventors: 康夫南日
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JPH0469973A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、化合物半導体領域の表面を安定に保ってシ
ョットキバリアまたは抵抗性接触を形成する方法に関す
る。

従来の技術と発明が解決しようとする課題代表的なIII−Ｖ族化合物半導体であるGaAs（砒化ガ
リウム）の表面には特有の不安定性があり、GaAs半導体
装置の製品化が期待ほどには進展していない一因となっ
ている。

これに対して近年、GaAs表面に単原子層レベルのＳ
（硫黄）の薄層を形成するとGaAs表面の安定性が大幅に
向上することが見出された。しかしながら、Ｓ薄層が原
子層オーダーの極限的な薄さであるため、Ｓ薄層の上面
に隣接してショットキバリアを形成するための金属電極
層を被着したとき、その被着工程においてＳ薄層のＳ原
子がGaAs表面から解離してしまい、Ｓ薄層による表面安
定化効果が損なわれてしまう。また、熱処理を加えたと
きのバリアハイトφＢの変動（低下）が大きく、初期値
に近い所望のバリアハイトφＢを安定な状態として得る
のが困難である。

そこで、本発明は、上記問題を解決し、Ｓ薄層または
これと同様の薄層の表面安定化効果を維持しつつその上
部に電極層を形成する方法を提供することを目的とす
る。また、本発明は、所望の特性を有し、かつ熱処理に
よる特性変動および経時特性変動が少ないショットキバ
リアまたは抵抗性接触を形成する方法を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段本発明による半導体装置の製造方法は、化合物半導体
領域を有する半導体基体の化合物半導体領域の表面に表
面安定化の作用を発揮する元素を吸着させて該元素から
成る薄層を形成する工程と、該薄層の上面に隣接して金
属層を形成する工程と、該金属層を酸化して抵抗層また
は絶縁層である金属酸化物層を形成する工程と、該金属
酸化物層の上部を被覆するように電極層を形成する工程
とを含む。

前記化合物半導体領域はIII−Ｖ族化合物半導体領域
であり、前記元素はＯ（酸素）を除くVI b族元素であ
る。

作用金属層は絶縁層に比べて低い温度でかつ極めて薄く被
着できる。また、極めて薄い金属層は、その被着に要す
る時間が短くてすむし、比較的低温で酸化することによ
って金属酸化物層に変換できる。このため、薄層の構成
元素の化合物半導体領域表面からの解離を最小限に抑え
て、薄層の上に金属酸化物層を形成することが可能とな
る。また、薄層が金属酸化物層によって被着された状態
で金属酸化物層の上部に電極層を形成するので、電極層
の形成時には金属酸化物層によって薄層の構成元素の解
離が防止される。このため、化合物半導体領域、薄層、
金属酸化物層および電極層の系から成る接触構造は、薄
層の存在によって系の物性を良く反映した接触特性が得
られる。また、この接触構造は、金属酸化物層の介在に
よって接触特性の熱処理による変動および経時変動が少
ない。

実施例本発明の実施例に係るショットキバリアの形成方法を
第１図について説明する。第１図（Ａ）に示すように、
GaAsから成るｎ形化合物半導体領域（２）を含む半導体
基体（１）を用意する。また、H₂SO₄（硫酸）−H₂O
₂（過酸化水素）−H₂O（水）から成るエッチング液、お
よび室温に保持した濃度１規定の硫化アンモニウムの水
溶液をそれぞれ用意する。化合物半導体領域（２）の不
純物濃度は約５×10¹⁵cm^-3である。ここで言う硫化アン
モニウム溶液は、化学式（NH₄）₂Sで表される標準の化
合物と約８原子％のＳを含む溶液で、多硫化アンモニウ
ム［（NH₄）₂Sx、（ｘ＞１）］溶液と呼んでいるもので
ある。

まず、化合物半導体領域（２）の表面をH₂SO₄−H₂O₂
−H₂Oから成る溶液で軽くエッチングする。次に、エッ
チングした半導体基体（１）を前記多硫化アンモニウム
溶液中に約30秒間浸漬する。半導体基体（１）を多硫化
アンモニウム溶液から取り出した後に、化合物半導体領
域（２）の表面にN₂（窒素）ガスを吹き付けて、付着し
ている溶液を除去する。この結果、化合物半導体領域
（２）の表面は、約10nm（100Å）の厚さを有しかつＳ
を主成分とするアモルファス状の被膜で被覆される。

次に、半導体基体（１）を真空中（減圧雰囲気中）に
約30分間放置すると、このアモルファス状の被膜はほと
んど消失する。このとき、化合物半導体領域（２）の表
面には、第１図（Ｂ）に示すように、Ｓ薄層（３）が形
成されている。Ｓ薄層（３）は多硫化アンモニウム溶液
中に含まれていたＳがGaAs表面に化学吸着されて単原子
層または２原子層程度の極限的な薄さで残存したもので
あり、250℃程度の熱処理により完全に単原子層にな
る。また、２原子層以上の場合も、次工程における金属
原子の蒸着の際に余分なＳ原子は離散し、Ｓ薄層（３）
は単原子層となる。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、Ｓ薄層（３）の上
面にTi（チタン）から成る金属層（４）を周知の抵抗加
熱真空蒸着法によって形成する。このとき、半導体基体
（１）の加熱は行われない。金属層（４）は、厚さ約10
Åと極めて薄いものである。真空蒸着法は、プラズマCV
D法や光CVD法に比べても更に低い温度で金属層を形成で
きる。

続いて、金属層（４）を形成した第１図（Ｃ）に示す
半導体基体（１）を空気中に室温放置する。この結果、
第１図（Ｄ）に示すように、金属層（４）は自然酸化さ
れてチタン酸化物TiOxから成る金属酸化物層（５）に変
換される。TiOxは、十分に酸化したときに得られる２酸
化チタンTiO₂（絶縁物）に比べると不完全に酸化された
ものである。このため金属酸化物層（５）は、抵抗層と
なっている。なお、この酸化工程では、Ｓ薄層（３）の
上面に金属層（４）が隣接して形成されている上に、高
温加熱を行わない。したがって、金属層（４）の形成か
らこれを金属酸化物層（５）に変換するまでの工程にお
いてＳ原子の解離は最小限に抑えられる。

次に、第１図（Ｅ）に示すように、電子ビーム加熱真
空蒸着法により金属酸化物層（５）の上面にAl（アルミ
ニウム）から成る電極層（６）を約２μｍの厚さに形成
する。このとき、半導体基体（１）を約100℃に加熱す
る。Ｓ薄層（３）の上面には金属酸化物層（５）が形成
されているので、Ｓ薄層（３）の上面に直接に厚い電極
層を形成したときに比べると、Ｓ薄層（３）からのＳ原
子の解離はないに等しい。

以上のように形成された電極層（６）−金属酸化物層
（５）−Ｓ薄層（３）−化合物半導体領域（２）から成
る系は、ショットキバリアを形成する。このショットキ
バリアは、金属酸化物層（５）が介在しないときに形成
されるショットキバリアとほぼ同様の初期特性を示す。
すなわち、金属酸化物層（５）が介在していても、金属
酸化物層（５）が極薄であるので、電流は量子力学的ト
ンネル効果によって金属酸化物層（５）を簡単に通過す
るものと思われる。上述のようにＳ薄層（３）からのＳ
原子の解離を最小限に抑えてショットキバリアを形成で
きるので、Ｓ薄層（３）の表面安定化効果によって、こ
のショットキバリアのバリアハイトφＢは、Al−GaAs系
の物性を良く反映しており、再現性も比較的良好であ
る。また、この系に350℃程度の熱処理を加えても、金
属酸化物層（５）が介在しないときに比べると、バリア
ハイトφＢの変動（低下）は少ない。これは、金属酸化
物層の介在によって電極層（６）がＳ薄層（３）および
化合物半導体領域（２）と反応し難いことによるものと
考えられる。したがって、このショットキバリアは、バ
リアハイトφＢを初期値に比較的近い比較的大きな値に
に設定して高耐圧ショットキバリア半導体装置を作成す
るときに特に有効である。

変形例本発明は上記実施例に限定されることなく種々の変更
が可能である。

例えば、Ｓ薄層（３）を形成するには、実施例のよう
に硫化アンモニウムの溶液処理を利用する方法が好適で
ある。しかし、硫化ナトリウム溶液処理のような他の溶
液処理を利用する方法や真空中での蒸気処理によってＳ
薄層（３）を形成してもよい。

化合物半導体領域（２）がIII−Ｖ族化合物半導体で
ある場合は、Ｓ薄層（３）の代わりに、Se（セレン）薄
層やTe（テルル）薄層のようなＯ（酸素）を除くVI b族
元素から成る薄層としてもよい。実用的には、化学的に
活性なＳまたはSeの薄層が好適である。Se薄層を形成す
る方法も、溶液処理法や真空中での蒸気処理を選択する
ことができる。

Ｓ薄層（３）やSe薄層などVI b族元素から成る薄層に
よる表面安定化効果は、III−Ｖ族化合物半導体、特
に、Gaを主成分の１つとするIII−Ｖ族化合物半導体［G
aAs、GaP（燐化ガリウム）、Ga（AsP）（燐化砒化ガリ
ウム）、（GaAl）As（砒化アルミニウム・ガリウム）、
GaSb（アンチモン化ガリウム）など］に有効である。し
かし、InP（燐化インジウム）などの他のIII−Ｖ族化合
物にも有効である。また、薄層の構成元素を適当に選択
すれば、化合物半導体領域（２）がIII−Ｖ族化合物半
導体以外の化合物半導体であってもよい。

金属層（４）を構成する金属は、必要に応じて種々の
金属を選択できるが、薄層が形成し易くかつ酸素に対し
て活性で低温で酸化して抵抗層または絶縁物に変換され
易いAl、TiまたはTa（タンタル）が好適ある。

金属層（４）の形成方法は、必要に応じて選択すれば
よいが、抵抗加熱真空蒸着法が薄層［Ｓ薄層（３）］に
与えるダメージが少ないので好適である。金属層（４）
の形成時は、化合物半導体領域（２）の表面温度を150
℃以下とするのが良く、望ましくは50℃以下とするのが
良い。

金属層（４）の厚さは、形成時間が短くてすむととも
に低温で酸化できるように極めて薄く形成するのがよ
い。実用的には、金属層（４）の厚さを50Å以下、更に
望ましくは20Å以下とするのがよい。

金属層（４）の酸化方法は、熱酸化、プラズマ酸化、
陽極酸化などを適宜選択すればよいが、金属層（４）が
極薄になる程おだやかな酸化方法とすべきである。酸化
温度は、できるだけ低温にするのが望ましく、実用的に
は150℃以下とするのが良い。金属層（４）が20Å以下
であれば、室温またはこれに近い50℃以下の温度で酸化
雰囲気中に放置して自然に酸化させるのがよい。

金属層の形成とその酸化の工程を繰り返すことによっ
て金属酸化物層（５）を複数層となるように形成しても
よい。

金属酸化物層（５）は、その酸化度合いを調整して、
抵抗層としてもよいし、絶縁層と見なせるレベルの層と
してもよい。

電極層（６）は、通常はAlやTiなどの金属から成る導
電層である。しかし、抵抗性ショッキバリアフィールド
プレートを形成するときには、AlやTiを不完全に酸化し
た金属酸化物から成る抵抗層で電極層（６）を形成する
こともある。

電極層（６）は、通常はショットキバリア（非オーム
性接触）を形成するためのバリア電極である。しかし、
化合物半導体領域を高不純物濃度として、電極層（６）
を抵抗性接触（オーム性接触）を形成するための電極と
する応用もある。

効果以上のように、本発明によれば、所望の特性を有する
とともに特性の安定性が良好なショッキバリアまたは抵
抗性接触を形成できる。したがって、本発明は化合物半
導体を用いた半導体装置の特性および信頼性の向上に寄
与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を示す工程図である。（１）……半導体基体、（２）……化合物半導体領域、
（３）……Ｓ薄層、（４）……金属層、（５）……金属
酸化物層、（６）……電極層、

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体領域を有する半導体基体の前
記化合物半導体領域の表面に表面安定化の作用を発揮す
る元素を吸着させて該元素から成る薄層を形成する工程
と、該薄層の上面に隣接して金属層を形成する工程と、該金属層を酸化して抵抗層または絶縁層である金属酸化
物層を形成する工程と、該金属酸化物層の上部を被覆するように電極層を形成す
る工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記化合物半導体領域はIII−Ｖ族化合物
半導体領域であり、前記元素は０（酸素）を除くVI b族
元素である請求項（１）記載の半導体装置の製造方法。