JP3363613B2 - 化合物半導体基板への絶縁膜の低温形成方法 - Google Patents
化合物半導体基板への絶縁膜の低温形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，化合物半導体基板への
絶縁膜の低温形成方法に関する。化合物半導体を基板と
するＭＩＳＦＥＴのゲート絶縁膜の形成に要求されるこ
とは，絶縁性が高く良好な界面特性を有することであ
る。一般に，III −Ｖ族半導体は蒸気圧の高いＶ族元素
が脱離し易すいため，良好な電気特性を持つ絶縁膜−半
導体界面を得るためには低温で堆積する必要がある。特
にＶ族元素が燐であるＩｎＰ基板の場合には，燐が著し
く脱離しやすいために，絶縁膜堆積温度の低温化が特に
強く望まれる。低温で良好に堆積するために光化学気相
成長法（光ＣＶＤ法）が使用されているが，一般的に堆
積温度が低下するにつれて，良好な質の絶縁膜を形成す
ることが難しくなる。
絶縁膜の低温形成方法に関する。化合物半導体を基板と
するＭＩＳＦＥＴのゲート絶縁膜の形成に要求されるこ
とは，絶縁性が高く良好な界面特性を有することであ
る。一般に，III −Ｖ族半導体は蒸気圧の高いＶ族元素
が脱離し易すいため，良好な電気特性を持つ絶縁膜−半
導体界面を得るためには低温で堆積する必要がある。特
にＶ族元素が燐であるＩｎＰ基板の場合には，燐が著し
く脱離しやすいために，絶縁膜堆積温度の低温化が特に
強く望まれる。低温で良好に堆積するために光化学気相
成長法（光ＣＶＤ法）が使用されているが，一般的に堆
積温度が低下するにつれて，良好な質の絶縁膜を形成す
ることが難しくなる。
【０００２】本発明は，低温で化合物半導体基板へ良好
な絶縁膜を形成する方法を提供する。
な絶縁膜を形成する方法を提供する。
【０００３】
【従来の技術】従来，ＩｎＰの化合物半導体基板に絶縁
膜を低温形成する場合には，絶縁膜として窒化燐を堆積
させ，燐の加圧雰囲気中で堆積して隣の脱離を抑制して
いた。この窒化燐の堆積を低温化するため反応雰囲気に
レーザ光を照射する光ＣＶＤ法が用いられているが，良
好な膜質を有する絶縁膜を形成するための成膜温度とし
て２００°Ｃ以上が必要であった。
膜を低温形成する場合には，絶縁膜として窒化燐を堆積
させ，燐の加圧雰囲気中で堆積して隣の脱離を抑制して
いた。この窒化燐の堆積を低温化するため反応雰囲気に
レーザ光を照射する光ＣＶＤ法が用いられているが，良
好な膜質を有する絶縁膜を形成するための成膜温度とし
て２００°Ｃ以上が必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】化合物半導体基板とし
て高速動作する大規模集積回路装置の開発が望まれてい
るが，ＭＩＳＦＥＴのゲート絶縁膜の形成に，従来のよ
うに２００°Ｃ程度の基板温度での堆積では，シリコン
基板に代わる十分に移動度の高い集積回路装置を得るこ
とができない。
て高速動作する大規模集積回路装置の開発が望まれてい
るが，ＭＩＳＦＥＴのゲート絶縁膜の形成に，従来のよ
うに２００°Ｃ程度の基板温度での堆積では，シリコン
基板に代わる十分に移動度の高い集積回路装置を得るこ
とができない。
【０００５】化合物半導体基板と絶縁膜の界面の電気特
性を良好にするためには，光ＣＶＤ法により可能な限り
低温で絶縁膜を形成するのが有効であるが，このような
温度領域で実用に耐える膜質を有する絶縁膜を堆積する
方法はいまだに確立されていない。
性を良好にするためには，光ＣＶＤ法により可能な限り
低温で絶縁膜を形成するのが有効であるが，このような
温度領域で実用に耐える膜質を有する絶縁膜を堆積する
方法はいまだに確立されていない。
【０００６】本発明は，化学的に安定で，かつ優れた電
気的特性を有する絶縁膜の形成を可能にし，さらに工業
的に応用する見地から毒性の少ないガスを原料にして，
２００°Ｃ以下の低温で化合物半導体基板に良好な絶縁
膜を形成する方法を提供することを目的とする。
気的特性を有する絶縁膜の形成を可能にし，さらに工業
的に応用する見地から毒性の少ないガスを原料にして，
２００°Ｃ以下の低温で化合物半導体基板に良好な絶縁
膜を形成する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は，光化学気相成
長法（光ＣＶＤ法）により化合物半導体基板に絶縁膜を
低温形成する方法において，照射光の光源として水銀ラ
ンプを使用し，反応室の該照射光を入射する部分の近い
位置に第１の反応ガスを供給し，該化合物半導体基板に
近い位置に第２の反応ガスを供給し，第２の反応ガスと
第１の反応ガスの流量比（第２の反応ガス／第１の反応
ガス）を約１／１００より小さくして絶縁膜を形成する
ようにした。
長法（光ＣＶＤ法）により化合物半導体基板に絶縁膜を
低温形成する方法において，照射光の光源として水銀ラ
ンプを使用し，反応室の該照射光を入射する部分の近い
位置に第１の反応ガスを供給し，該化合物半導体基板に
近い位置に第２の反応ガスを供給し，第２の反応ガスと
第１の反応ガスの流量比（第２の反応ガス／第１の反応
ガス）を約１／１００より小さくして絶縁膜を形成する
ようにした。
【０００８】以下，第１の反応ガスとしてアンモニア
（ＮＨ3 ），第２の反応ガスとして三塩化燐（ＰＣ
ｌ3 ），化合物半導体基板として燐化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）を使用し，絶縁膜として窒化燐（ＰＮ）を形成する
場合を例として説明する。
（ＮＨ3 ），第２の反応ガスとして三塩化燐（ＰＣ
ｌ3 ），化合物半導体基板として燐化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）を使用し，絶縁膜として窒化燐（ＰＮ）を形成する
場合を例として説明する。
【０００９】図１は本発明の基本構成を示す図である。
図１において， １：光ＣＶＤ装置であって，光ＣＶＤ法により半導体基
板に絶縁膜を堆積させるものである。
図１において， １：光ＣＶＤ装置であって，光ＣＶＤ法により半導体基
板に絶縁膜を堆積させるものである。
【００１０】１’：反応室である。反応室１’はロータ
リーポンプとターボ分子ポンプにより真空に引かれる。 ２：水銀ランプであって，反応ガス（第１の反応ガス，
第２の反応ガス）に光照射する光源である。
リーポンプとターボ分子ポンプにより真空に引かれる。 ２：水銀ランプであって，反応ガス（第１の反応ガス，
第２の反応ガス）に光照射する光源である。
【００１１】３：温度制御装置であって，光ＣＶＤ装置
の反応室１’の温度，基板温度を制御するものである。 １０：石英窓であって，水銀ランプ２の照射光を反応室
に透過させるものである。
の反応室１’の温度，基板温度を制御するものである。 １０：石英窓であって，水銀ランプ２の照射光を反応室
に透過させるものである。
【００１２】１１：半導体基板であって，化合物半導体
（ＩｎＰ）の基板である。 １２：支持台である。 １３：ヒータである。
（ＩｎＰ）の基板である。 １２：支持台である。 １３：ヒータである。
【００１３】１４：第１の反応ガス供給管であって，第
１の反応ガス（ＮＨ3 ）を供給するパイプである。第１
の反応ガス供給管(14)は吹き出し口が石英窓１０に近い
位置に配置する。
１の反応ガス（ＮＨ3 ）を供給するパイプである。第１
の反応ガス供給管(14)は吹き出し口が石英窓１０に近い
位置に配置する。
【００１４】１５：第２の反応ガス供給管であって，第
２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）を供給するパイプであって，
吹き出し口を半導体基板１１の近くに配置し，第１の反
応ガス供給管(14)から離して配置する。なお，本発明で
は，第２の反応ガスと第１の反応ガスの流量比（第２の
反応ガス／第１の反応ガス）を約１／１００より小さく
するものとする。
２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）を供給するパイプであって，
吹き出し口を半導体基板１１の近くに配置し，第１の反
応ガス供給管(14)から離して配置する。なお，本発明で
は，第２の反応ガスと第１の反応ガスの流量比（第２の
反応ガス／第１の反応ガス）を約１／１００より小さく
するものとする。
【００１５】
【作用】図１の本発明の基本構成の動作を説明する。図
１の構成において，第１の反応ガス供給管１４から第１
の反応ガス（ＮＨ3）が供給される。第２の反応ガス供
給管１５から第２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）が供給され
る。いずれも水銀ランプ２の光に照射され励起される。
半導体基板の近くに供給される第２の反応ガス（ＰＣｌ
3 ）は半導体基板１１に吸着され，励起された第１の反
応ガス（ＮＨ3 ）と第２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）が半導
体基板１１上で反応し，絶縁膜（ＰＮ）を生成し，半導
体基板１１上に堆積される。この間，支持台１２に支持
された半導体基板１１はヒータ１３で加熱され，温度制
御装置３により２００°Ｃ以下の温度に保たれるように
制御される。
１の構成において，第１の反応ガス供給管１４から第１
の反応ガス（ＮＨ3）が供給される。第２の反応ガス供
給管１５から第２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）が供給され
る。いずれも水銀ランプ２の光に照射され励起される。
半導体基板の近くに供給される第２の反応ガス（ＰＣｌ
3 ）は半導体基板１１に吸着され，励起された第１の反
応ガス（ＮＨ3 ）と第２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）が半導
体基板１１上で反応し，絶縁膜（ＰＮ）を生成し，半導
体基板１１上に堆積される。この間，支持台１２に支持
された半導体基板１１はヒータ１３で加熱され，温度制
御装置３により２００°Ｃ以下の温度に保たれるように
制御される。
【００１６】上記の反応において，第１の反応ガス供給
管(14)と第２の反応ガス供給管(15)を離して配置するこ
とにより，第１の反応ガス（ＮＨ3 ）と第２の反応ガス
（ＰＣｌ3 ）が光励起される前に直接反応して副生成物
（絶縁膜となる生成物（ＰＮ）以外の生成物）を発生す
ることを抑制できる。また，第１の反応ガスは石英窓１
０に近い位置に供給されるので，石英窓１０に付着しな
いようにし，発生する副生成物を吹き飛ばし，副生成物
が石英窓１０に付着しないようにし，石英窓１０が曇る
ことを防ぐ。
管(14)と第２の反応ガス供給管(15)を離して配置するこ
とにより，第１の反応ガス（ＮＨ3 ）と第２の反応ガス
（ＰＣｌ3 ）が光励起される前に直接反応して副生成物
（絶縁膜となる生成物（ＰＮ）以外の生成物）を発生す
ることを抑制できる。また，第１の反応ガスは石英窓１
０に近い位置に供給されるので，石英窓１０に付着しな
いようにし，発生する副生成物を吹き飛ばし，副生成物
が石英窓１０に付着しないようにし，石英窓１０が曇る
ことを防ぐ。
【００１７】また，第２の反応ガスは半導体基板１１に
近い位置に供給され，第２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）が半
導体基板１１に有効に吸着されるので絶縁膜（ＰＮ）が
効率良く堆積される。
近い位置に供給され，第２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）が半
導体基板１１に有効に吸着されるので絶縁膜（ＰＮ）が
効率良く堆積される。
【００１８】さらに水銀ランプ２は大面積を一様に照射
することができるものであり，石英窓１０を通して入射
することにより反応ガスを広い範囲に有効に励起する。
以上のようにして，反応の副生成物の発生を抑制すると
ともに，発生した副生成物により石英窓が曇ることを防
止し，さらに半導体基板上での第１の反応ガス（Ｎ
Ｈ3 ）と第２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）の反応が有効にで
きるようにすることにより，２００°Ｃ以下の温度で半
導体基板上に絶縁膜（ＰＮ）を堆積させることが可能に
なる。そして，第２の反応ガスと第１の反応ガスの流量
比（第２の反応ガス／第１の反応ガス）を約１／１００
より小さくして第２の反応ガスの割合を大きくすること
により，良好な絶縁膜（ＰＮ）を形成するようにした。
することができるものであり，石英窓１０を通して入射
することにより反応ガスを広い範囲に有効に励起する。
以上のようにして，反応の副生成物の発生を抑制すると
ともに，発生した副生成物により石英窓が曇ることを防
止し，さらに半導体基板上での第１の反応ガス（Ｎ
Ｈ3 ）と第２の反応ガス（ＰＣｌ3 ）の反応が有効にで
きるようにすることにより，２００°Ｃ以下の温度で半
導体基板上に絶縁膜（ＰＮ）を堆積させることが可能に
なる。そして，第２の反応ガスと第１の反応ガスの流量
比（第２の反応ガス／第１の反応ガス）を約１／１００
より小さくして第２の反応ガスの割合を大きくすること
により，良好な絶縁膜（ＰＮ）を形成するようにした。
【００１９】
【実施例】図２は本発明の実施例の装置構成を示す。図
２において，５１は光ＣＶＤ装置である。
２において，５１は光ＣＶＤ装置である。
【００２０】５１’は反応室である。反応室５１’はロ
ータリーポンプとターボ分子ポンプにより真空に引かれ
る。５２は石英窓であって，水銀ランプの照射光を透過
させるものであって，紫外線吸収の少ない合成石英であ
る。
ータリーポンプとターボ分子ポンプにより真空に引かれ
る。５２は石英窓であって，水銀ランプの照射光を透過
させるものであって，紫外線吸収の少ない合成石英であ
る。
【００２１】５３は水銀ランプであって，波長λ＝２５
４ｎｍ，１８５ｎｍである。オゾンが発生しないように
するためにＮ2 ガスにより冷却する。また，大面積を均
一に照射するために低圧水銀ランプを用いる。
４ｎｍ，１８５ｎｍである。オゾンが発生しないように
するためにＮ2 ガスにより冷却する。また，大面積を均
一に照射するために低圧水銀ランプを用いる。
【００２２】５４は水銀ランプの電源装置であって，Ａ
ｉｒは冷却用の空気である。５５はバブラーであって，
水素ガスをキャリアとしてＰＣｌ3 と水素ガスの混合ガ
スを発生するものである。水素ガスの流量により反応室
に流れるＰＣｌ3 ガスの流量を調整する。
ｉｒは冷却用の空気である。５５はバブラーであって，
水素ガスをキャリアとしてＰＣｌ3 と水素ガスの混合ガ
スを発生するものである。水素ガスの流量により反応室
に流れるＰＣｌ3 ガスの流量を調整する。
【００２３】５６は第１の反応ガス供給管であって，Ｎ
Ｈ3 ガスを供給するものである。５７は第２の反応ガス
供給管であって，Ｈ2 ガスとＰＣｌ3 ガスの混合ガスを
供給するものである。
Ｈ3 ガスを供給するものである。５７は第２の反応ガス
供給管であって，Ｈ2 ガスとＰＣｌ3 ガスの混合ガスを
供給するものである。
【００２４】５８は流量制御部（ＭＦＣ）であって，Ｎ
Ｈ3 の流量を制御するものである。５９は流量制御部
（ＭＦＣ）であって，Ｈ2 の流量を制御するものであ
る。６０は半導体基板（ＩｎＰ）である。
Ｈ3 の流量を制御するものである。５９は流量制御部
（ＭＦＣ）であって，Ｈ2 の流量を制御するものであ
る。６０は半導体基板（ＩｎＰ）である。
【００２５】６１は基板ホルダー（支持台）である。６
２は熱電対であって，半導体基板６０の温度検出をする
ものである。６３はステージであって，基板ホルダー６
１を指示するものである。
２は熱電対であって，半導体基板６０の温度検出をする
ものである。６３はステージであって，基板ホルダー６
１を指示するものである。
【００２６】６３’はヒータである。７０は準備室であ
って，光ＣＶＤ装置５１に半導体基板６０を移送する前
に予め半導体基板６０を配置して真空に引くものであ
る。
って，光ＣＶＤ装置５１に半導体基板６０を移送する前
に予め半導体基板６０を配置して真空に引くものであ
る。
【００２７】７１はゲートであって，準備室７０と光Ｃ
ＶＤ装置５１を仕切るものである。図２により本発明の
実施例を説明する。水銀ランプ５３を光源とする励起光
は半導体基板６０に対して垂直に照射する。原料ガスは
窒素の供給源としてＮＨ3 ガス，また燐の供給源として
ＰＣｌ3 を使用する。ＰＣｌ3 は常温で液体であるた
め，キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を使用しＨ2 ガス
の流量を制御とＰＣｌ3 のバブラー５５の温度を制御し
てＰＣｌ3 蒸気圧によりその流量を調整する。ＮＨ3 ガ
スとＨ2 ガスはそれぞれ流量制御部５８，流量制御部５
９により流量を制御される。
ＶＤ装置５１を仕切るものである。図２により本発明の
実施例を説明する。水銀ランプ５３を光源とする励起光
は半導体基板６０に対して垂直に照射する。原料ガスは
窒素の供給源としてＮＨ3 ガス，また燐の供給源として
ＰＣｌ3 を使用する。ＰＣｌ3 は常温で液体であるた
め，キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を使用しＨ2 ガス
の流量を制御とＰＣｌ3 のバブラー５５の温度を制御し
てＰＣｌ3 蒸気圧によりその流量を調整する。ＮＨ3 ガ
スとＨ2 ガスはそれぞれ流量制御部５８，流量制御部５
９により流量を制御される。
【００２８】ＮＨ3 ガスは石英窓５２の近傍に吹き付け
られるようにし，光励起されていないＮＨ3 とＰＣｌ3
が反応することにより生成されるＰＮ以外の副生成物が
付着して石英窓が曇ることがないようにする。また，第
１の反応ガス供給管５６と第２の反応ガス供給管５７は
できるだけ離して配置し，光励起されないＮＨ3 とＰＣ
ｌ3 が直接に反応して生成される副生成物の発生を抑制
するようにする。さらに，本発明の反応は半導体基板６
０に吸着したＰＣｌ3 を励起されたＮＨ3 が窒化してゆ
く反応方法であるため，第２の反応ガス供給管５７の吹
き出し口は半導体基板６０の近くになるように配置す
る。上記のようにすることにより，基板温度が２００°
Ｃ以下でも窒化反応による絶縁膜の形成を可能とし，さ
らに，ＰＣｌ3 に対するＮＨ3 の割合を大きくし，ＰＣ
ｌ3 ／ＮＨ3 ＝約１／１００〜１／１００００とするこ
とにより良好な絶縁膜を形成することができる。
られるようにし，光励起されていないＮＨ3 とＰＣｌ3
が反応することにより生成されるＰＮ以外の副生成物が
付着して石英窓が曇ることがないようにする。また，第
１の反応ガス供給管５６と第２の反応ガス供給管５７は
できるだけ離して配置し，光励起されないＮＨ3 とＰＣ
ｌ3 が直接に反応して生成される副生成物の発生を抑制
するようにする。さらに，本発明の反応は半導体基板６
０に吸着したＰＣｌ3 を励起されたＮＨ3 が窒化してゆ
く反応方法であるため，第２の反応ガス供給管５７の吹
き出し口は半導体基板６０の近くになるように配置す
る。上記のようにすることにより，基板温度が２００°
Ｃ以下でも窒化反応による絶縁膜の形成を可能とし，さ
らに，ＰＣｌ3 に対するＮＨ3 の割合を大きくし，ＰＣ
ｌ3 ／ＮＨ3 ＝約１／１００〜１／１００００とするこ
とにより良好な絶縁膜を形成することができる。
【００２９】次に絶縁膜の作成過程について実施例を説
明する。一般的な有機洗浄をし，酸化膜を除去した半導
体基板６０（ＩｎＰ基板）を準備室７０に挿入し，内部
を真空に引く。約３０分間排気した後にゲート７１を通
して半導体基板６０を光ＣＶＤ装置５１の反応室５１’
に搬送する。この時，ステージ６３が成膜温度（１００
°Ｃ）に達し，真空度は１０-8Ｔｏｒｒ台に達してい
る。基板ホルダー６１をステージ６３に乗せた場合一時
的に温度が低下する。基板温度を成膜温度に速やかに到
達させるために，Ｈ2 ガスを反応室に導入し，真空度を
成膜時の圧力である１Ｔｏｒｒに保つ。この工程の目的
は，短期間で基板温度を成膜温度に到達させることによ
り，半導体基板６０の熱変成をできるだけ抑え，また，
成膜初期の成膜温度の変動を抑えることである。成膜温
度に達したら，反応室５１’のＨ2 を排気する。水銀ラ
ンプ５３をセットし，原料ガス（ＮＨ3 ，ＰＣｌ3 ）を
導入し，窒化燐膜（ＰＮ）の堆積を行う。光ＣＶＤ装置
５１の反応室５１’の圧力は排気バルブ（図示せず）を
調節することによって，１Ｔｏｒｒに固定する。
明する。一般的な有機洗浄をし，酸化膜を除去した半導
体基板６０（ＩｎＰ基板）を準備室７０に挿入し，内部
を真空に引く。約３０分間排気した後にゲート７１を通
して半導体基板６０を光ＣＶＤ装置５１の反応室５１’
に搬送する。この時，ステージ６３が成膜温度（１００
°Ｃ）に達し，真空度は１０-8Ｔｏｒｒ台に達してい
る。基板ホルダー６１をステージ６３に乗せた場合一時
的に温度が低下する。基板温度を成膜温度に速やかに到
達させるために，Ｈ2 ガスを反応室に導入し，真空度を
成膜時の圧力である１Ｔｏｒｒに保つ。この工程の目的
は，短期間で基板温度を成膜温度に到達させることによ
り，半導体基板６０の熱変成をできるだけ抑え，また，
成膜初期の成膜温度の変動を抑えることである。成膜温
度に達したら，反応室５１’のＨ2 を排気する。水銀ラ
ンプ５３をセットし，原料ガス（ＮＨ3 ，ＰＣｌ3 ）を
導入し，窒化燐膜（ＰＮ）の堆積を行う。光ＣＶＤ装置
５１の反応室５１’の圧力は排気バルブ（図示せず）を
調節することによって，１Ｔｏｒｒに固定する。
【００３０】実施例では，ＰＣｌ3 とＮＨ3 の流量比を
ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８，１／３８０，１／３８０
０の場合についてＰＮを生成した。その結果，ＰＣｌ3
／ＮＨ3 ＝１／３８０，１／３８００で生成された絶縁
膜が良好なものであることを確認した。
ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８，１／３８０，１／３８０
０の場合についてＰＮを生成した。その結果，ＰＣｌ3
／ＮＨ3 ＝１／３８０，１／３８００で生成された絶縁
膜が良好なものであることを確認した。
【００３１】本実施例によって得られた窒化燐膜（Ｐ
Ｎ）と従来の２００°Ｃ以上でＩｎＰ基板に作成された
窒化燐膜のＸＰＳスペクトルを比較すると，両者に相違
がなく，またリーク電流値も相違ない良好なものであ
る。
Ｎ）と従来の２００°Ｃ以上でＩｎＰ基板に作成された
窒化燐膜のＸＰＳスペクトルを比較すると，両者に相違
がなく，またリーク電流値も相違ない良好なものであ
る。
【００３２】このことを図３，図４により説明する。図
３は本発明の方法により生成した窒化燐膜と従来の方法
で生成した窒化燐膜の光電子分光法（ＸＰＳ）による観
察結果の比較である。いずれもＰ２ｐ電子（燐の２ｐ軌
道電子）についてのスペクトルである。
３は本発明の方法により生成した窒化燐膜と従来の方法
で生成した窒化燐膜の光電子分光法（ＸＰＳ）による観
察結果の比較である。いずれもＰ２ｐ電子（燐の２ｐ軌
道電子）についてのスペクトルである。
【００３３】図３において，各図ともＸＰＳスペクトル
を示し，縦軸は強度（単位は任意），横軸はエネルギー
（ｅＶ）である。(a)は基板温度（Ｔｓｕｂ）＝１００
°Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８の場合である。
を示し，縦軸は強度（単位は任意），横軸はエネルギー
（ｅＶ）である。(a)は基板温度（Ｔｓｕｂ）＝１００
°Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８の場合である。
【００３４】(b)は基板温度（Ｔｓｕｂ）＝１００°
Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８０の場合である。(c)
は基板温度（Ｔｓｕｂ）＝１００°Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ
3 ＝１／３８００の場合である。
Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８０の場合である。(c)
は基板温度（Ｔｓｕｂ）＝１００°Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ
3 ＝１／３８００の場合である。
【００３５】(d)は基板温度（Ｔｓｕｂ）＝２００°
Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８の場合である。(e)は
基板温度（Ｔｓｕｂ）＝２００°Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3
＝１／３８０の場合である。
Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８の場合である。(e)は
基板温度（Ｔｓｕｂ）＝２００°Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3
＝１／３８０の場合である。
【００３６】(f)は基板温度（Ｔｓｕｂ）＝２００°
Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８００の場合である。
(a)において，(1) は観測スペクトルである（ギザギザ
のある曲線）。(2) は窒化燐（ＰＮ）のスペクトルであ
り，(3) はＰＮとＰ以外の生成物のスペクトルであり，
(4) はＰ（燐）のスペクトルである。(5) は推測値(2),
(3),(4) の合成値である。ＰＮ(2) ，中間生成物(3) ，
Ｐ(4) のスペクトルは観測値(1) からの推測値である。
(5) は推測値（(2),(3),(4))の合成曲線である。
Ｃ，ＰＣｌ3 ／ＮＨ3 ＝１／３８００の場合である。
(a)において，(1) は観測スペクトルである（ギザギザ
のある曲線）。(2) は窒化燐（ＰＮ）のスペクトルであ
り，(3) はＰＮとＰ以外の生成物のスペクトルであり，
(4) はＰ（燐）のスペクトルである。(5) は推測値(2),
(3),(4) の合成値である。ＰＮ(2) ，中間生成物(3) ，
Ｐ(4) のスペクトルは観測値(1) からの推測値である。
(5) は推測値（(2),(3),(4))の合成曲線である。
【００３７】(b)， (c)， (d)， (e)， (f)についても
各スペクトルは (a)と同様である。推測値の合成曲線
(5) が観測値の曲線(1) とほぼ一致するから推測値(2),
(3),(4) が正しいことが示されている。
各スペクトルは (a)と同様である。推測値の合成曲線
(5) が観測値の曲線(1) とほぼ一致するから推測値(2),
(3),(4) が正しいことが示されている。
【００３８】(a)， (b)， (c)から分かるように，ＰＣ
ｌ3 の半導体基板への吸着量を変化させることにより窒
化燐膜の化学的構造が変化する。また，基板温度（Ｔｓ
ｕｂ）が１００°Ｃの場合（ (a)， (b)， (c)）と２０
０°Ｃの場合（ (d)， (e)，(f)）を比較すると，基板
温度１００°Ｃと基板温度２００°Ｃとで同じ条件下に
おいてはほぼ同じような化学的構造を持つことが示され
ている。このことから，本発明の方法により１００°Ｃ
の堆積でもほぼ２００°Ｃと同様な窒化燐膜の生成がで
きることが示されている。
ｌ3 の半導体基板への吸着量を変化させることにより窒
化燐膜の化学的構造が変化する。また，基板温度（Ｔｓ
ｕｂ）が１００°Ｃの場合（ (a)， (b)， (c)）と２０
０°Ｃの場合（ (d)， (e)，(f)）を比較すると，基板
温度１００°Ｃと基板温度２００°Ｃとで同じ条件下に
おいてはほぼ同じような化学的構造を持つことが示され
ている。このことから，本発明の方法により１００°Ｃ
の堆積でもほぼ２００°Ｃと同様な窒化燐膜の生成がで
きることが示されている。
【００３９】図４は本発明の方法で堆積した絶縁膜のＩ
ｎＰＭＩＳダイオードと従来の方法で堆積した絶縁膜の
ＩｎＰＭＩＳダイオードの特性を示す。(a)は基板温度
（Ｔｓｕｂ）＝１００°Ｃのものであり， (b)は基板温
度（Ｔｓｕｂ）＝２００°Ｃのものである。
ｎＰＭＩＳダイオードと従来の方法で堆積した絶縁膜の
ＩｎＰＭＩＳダイオードの特性を示す。(a)は基板温度
（Ｔｓｕｂ）＝１００°Ｃのものであり， (b)は基板温
度（Ｔｓｕｂ）＝２００°Ｃのものである。
【００４０】半導体基板は，面方位（１００），ノンド
ープｎ型ＩｎＰ基板（４〜５×１０ 13 ｃｍ-3）のもの
である。裏面のオーミック電極を形成するために，まず
トリクロロエチレン，アセトン，メタノールを用い，超
音波洗浄を行った後，塩酸系のエッチャントにより表面
の数層のＩｎＰおよび酸化膜を除去し，更にフッ化水素
酸により酸化膜を除去する。窒素乾燥した後，真空蒸着
により金−ゲルマニューム合金を約０．１〜０．２μｍ
蒸着し，その後オーミックコンタクトを得るためにフォ
ーミングガス中で３５０°Ｃ，３分間のアニールを行っ
た。オーミック電極をつけた基板をもう一度上述の有機
洗浄，酸化膜除去を行い，窒素乾燥したのちに準備室に
挿入し，窒化燐膜を約０．１μｍ堆積した。窒化燐膜堆
積後，真空蒸着によりアルミニューム電極を直径０．５
ｍｍの孔の開いたメタルマスクを通して蒸着し，ＭＩＳ
ダイオードを作成した。
ープｎ型ＩｎＰ基板（４〜５×１０ 13 ｃｍ-3）のもの
である。裏面のオーミック電極を形成するために，まず
トリクロロエチレン，アセトン，メタノールを用い，超
音波洗浄を行った後，塩酸系のエッチャントにより表面
の数層のＩｎＰおよび酸化膜を除去し，更にフッ化水素
酸により酸化膜を除去する。窒素乾燥した後，真空蒸着
により金−ゲルマニューム合金を約０．１〜０．２μｍ
蒸着し，その後オーミックコンタクトを得るためにフォ
ーミングガス中で３５０°Ｃ，３分間のアニールを行っ
た。オーミック電極をつけた基板をもう一度上述の有機
洗浄，酸化膜除去を行い，窒素乾燥したのちに準備室に
挿入し，窒化燐膜を約０．１μｍ堆積した。窒化燐膜堆
積後，真空蒸着によりアルミニューム電極を直径０．５
ｍｍの孔の開いたメタルマスクを通して蒸着し，ＭＩＳ
ダイオードを作成した。
【００４１】図４は上記のＭＩＳダイオードを用いて電
圧電流特性の測定結果を示す。(a)は基板温度１００°
Ｃの場合であり，パラメータは原料ガスの流量比であ
る。 (b)は基板温度２００°Ｃの場合でありパラメータ
は原料ガスの流量比である。
圧電流特性の測定結果を示す。(a)は基板温度１００°
Ｃの場合であり，パラメータは原料ガスの流量比であ
る。 (b)は基板温度２００°Ｃの場合でありパラメータ
は原料ガスの流量比である。
【００４２】(a)， (b)からわかるように，ＰＣｌ3 ／
ＮＨ3 ＝１／３８０，１／３８００でリーク電流の少な
い良好な絶縁膜が得られる。このように，図２の光ＣＶ
Ｄ装置を使用し，第２の反応ガスと第１の反応ガスの流
量比を小さくすることにより窒化反応を完全なものとし
てリーク電流の小さい良好な絶縁膜を生成することがで
きる。
ＮＨ3 ＝１／３８０，１／３８００でリーク電流の少な
い良好な絶縁膜が得られる。このように，図２の光ＣＶ
Ｄ装置を使用し，第２の反応ガスと第１の反応ガスの流
量比を小さくすることにより窒化反応を完全なものとし
てリーク電流の小さい良好な絶縁膜を生成することがで
きる。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば，毒性の少ない原料と水
銀ランプとにより化合物半導体に基板温度が２００°Ｃ
以下の低温で良好な光ＣＶＤ絶縁膜を得ることが可能に
なる。そのため，化合物半導体基板の性質を損なうこと
なく絶縁膜を堆積することができ，良好な特性のＭＩＳ
半導体装置を作成することができるようになる。
銀ランプとにより化合物半導体に基板温度が２００°Ｃ
以下の低温で良好な光ＣＶＤ絶縁膜を得ることが可能に
なる。そのため，化合物半導体基板の性質を損なうこと
なく絶縁膜を堆積することができ，良好な特性のＭＩＳ
半導体装置を作成することができるようになる。
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の光ＣＶＤ装置の実施例を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明の窒化燐膜と従来の窒化燐膜のＸＰＳに
よる観測結果の比較を示す図である。
よる観測結果の比較を示す図である。
【図４】ＩｎＰＭＩＳダイオードの特性の比較を示す図
である。
である。
１：光ＣＶＤ装置
１’：反応室
２：水銀ランプ
３：温度制御装置
１０：石英窓
１１：半導体基板（III −Ｖ族化合物）
１２：支持台
１３：ヒータ
１４：第１の反応ガス供給管
１５：第２の反応ガス供給管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−204944（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−56771（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−125546（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−68476（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−155831（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
C23C 16/48
H01L 21/26
H01L 21/318
H01L 29/78
Claims (3)
- 【請求項１】 光化学気相成長法により化合物半導体基
板に絶縁膜を低温形成する方法において，照射光の光源
として水銀ランプを使用し，反応室の該照射光を入射す
る部分の近い位置に第１の反応ガスを供給し，該化合物
半導体基板に近い位置に第２の反応ガスを供給し，第２
の反応ガスと第１の反応ガスの流量比（第２の反応ガス
／第１の反応ガス）を約１／１００より小さくして絶縁
膜を形成することを特徴とする化合物半導体基板への絶
縁膜の低温形成方法。 - 【請求項２】 請求項１において第１の反応ガスがアン
モニア（ＮＨ3 ）であり，第２の反応ガスが三塩化燐
（ＰＣｌ3 ）であって，形成される絶縁膜が窒化燐（Ｐ
Ｎ）であり，該化合物半導体基板が燐化インジウム（Ｉ
ｎＰ）であることを特徴とする化合物半導体基板への絶
縁膜の低温形成方法。 - 【請求項３】 請求項２において，三塩化燐（ＰＣ
ｌ3 ）と窒化燐とアンモニア（ＮＨ3 ）の流量比（ＰＣ
ｌ3 ／ＮＨ3 ）が約１／１００〜１／１００００である
ことを特徴とする化合物半導体基板への絶縁膜の低温形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23460894A JP3363613B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 化合物半導体基板への絶縁膜の低温形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23460894A JP3363613B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 化合物半導体基板への絶縁膜の低温形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897156A JPH0897156A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3363613B2 true JP3363613B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=16973710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23460894A Expired - Fee Related JP3363613B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 化合物半導体基板への絶縁膜の低温形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3363613B2 (ja) |
-
1994
- 1994-09-29 JP JP23460894A patent/JP3363613B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0897156A (ja) | 1996-04-12 |
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