JPH01107547A - 化合物半導体基板 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、化合物半導体基板、特にその絶縁薄膜に関す
るものである。

［従来の技術］ 例えばガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体は
高速性及び低消費電力特性等、その優れた特性より電界
効果トランジスタ（Ｆ［ＥＴ）や高速ダイオードその他
各種ＩＣ′：ｒｆ、広く用いられている。

ＧａＡＳの基板を作製する場合は、半絶縁性ＧａＡＳの
基板に直接不純物イオンを注入し、その後熱処理（アニ
ール）してイオン注入層を活性化することが行われてい
る。

このアニール処理によりイオン注入層は活性化されるが
、これは又同時に基板表面を変質させる場合を生ずるの
で、これを防ぐためアニール処理を行う前にＧａＡＳの
基板上に酸化シリコン（Ｓｉｎ２）や窒化シリコン（Ｓ
ｉ３Ｎ４）等の絶縁膜を形成する、いわゆるキャップア
ニール方式や、又は蒸気圧を制御してその雰囲気中でア
ニールする方式等、各種の表面安定化技術が用いられて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述したように、表面安定化技術の一方式として基板表
面に例えばＳ　ｉ　０２！Ｉや或いはＳｉ３Ｎ４膜等の
保護膜を形成させる方式が用いられている。

これらの保護膜は熱酸化方式或いはプラズマ酸化方式等
を用いて形成することができるが、この場合、形成され
た５ｉｎ２膜についてテストした結果、水蒸気に対する
気密性が十分でなく、素子に組立てた場合特性が劣化し
たりバラツキを生ずる現象がみられた。８１３Ｎ４Ｐａ
の場合は水蒸気に対する気密性は十分であるが、膜形成
時の残留ストレスの影響があることと熱膨張率がＧａＡ
Ｓ基板と大きく異なること等の特性により、熱処理中に
クランクが生じ易く性能が不安定になる傾向がみられた
。

又、例えばＡＳの蒸気圧の中でアニールするいわゆるキ
ャップレスアニールの場合は、活性化特性にバラツキを
生じて保Ｗ！膜を形成した場合に特性が大きく変化する
嫌いがあった。

本発明の目的は、耐湿性に優れ、安定な特性を有する化
合物半導体基板を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、半導体基板の表面に絶縁性の薄膜を形成して
表面の保護及び安定化を行う化合物半導体基板において
、前記基板表面と接する境界面にシリコンと酸素との混
合になる第１の絶縁薄膜を有し、その上層にシリコンと
酸素と窒素との混合になる第２の絶縁ＷＩＩＩ！Ｊを具
え、さらにその上層に前記第２の絶縁膜と同成分で窒素
の濃度を異にする第３の絶縁薄膜が配してあることを特
徴とし、高安定性能の表面を有する基板が得られるよう
にして目的の達成を計ったものである。

［作　　用］ 本発明の化合物半導体基板では、絶縁１１１１１１１を
形成する場合、例えばプラズマＣＶＤ１Ｊ膜形成装置を
用いてこれにモノシラン（Ｓ　！　Ｈ４）ガスと亜酸化
窒素（Ｎ２０）ガスとを流しその雰囲気中で基板を処理
する場合に両ガスの流量パターンを変化させることによ
って高性能が得られるようにしたもので、基板表面には
酸化シリコン（Ｓｔ０２）の絶縁膜と、窒素の混入した
（ＳｉＯＮ）絶縁膜と、窒素濃度を上背させた５ｉＯＮ
の絶縁膜とによる三層の絶縁薄膜が形成されているので
、耐湿性に優れ高安定な基板を得ることができる。

［実　施　例１ 以下、本発明の一実施例についてＧａＡＳＩ板を対象と
して説明する。

このＧａＡＳ基板はＬＥＣ法（液体封止法）を用いて作
製されたアンドープ状の半絶縁性基板（ウェハ）で、φ
２″のウェハに鏡面研磨しさらに１μｍ化学的エツチン
グを行い、十分に水洗、乾燥した後イオン注入装置によ
り加速電圧４０ｋｅｖにおいて３×１０１１０１２Ｃの
２８Ｓｉ＋を注入したものである。

薄膜作成装置には平行の平板電極を有し基板温度を調節
できるプラズマＣＶＤ肋膜形成装置を用いた。

ウェハに絶縁薄膜を形成する場合は、上記のウェハをセ
ットし、ガス入口より窒素中に４％希釈されたＳｉＨガ
スとＮ４０ガスとを流量化を変化しながら注入した。装
置の電極間距離を４０ｍ、ウェハ温度３５０℃、放電圧
力０．５Ｔｏｒｒ、放電パワー１００Ｗとし、ＳｉＨ４
ガスとＮ２０ガスとを一定の流量で流し総流量を４００
　ｃｃ／分とした。

第１図はこのような条件におけるＮ２０流蛍と絶縁膜の
屈折率Ｒ及び膜成長率Ｆの関係を示すもので市販のエリ
プソメータを用いて測定した。

図において屈折率Ｒが１．６以下の絶縁膜では水密性不
十分で素子特性に劣化を生じ、屈折率Ｒが２以上では次
工程のアニール処理時にクラックを発生することが認め
られた。

即ち、ＳｉＨ４ガスとＮ２０ガスの流量を一定とした場
合は絶縁膜の特性に欠陥を生ずることが認められたので
、次に両ガスの流量パターンを変えて測定した。

ＣＶＤ３ｔ！２１形成装置の各条件は上記と同一とし、
Ｎ２０ガスを１００ＣＣ／分の割合で１０秒聞流し、そ
の後１０ＣＣ／分で５０秒間流すようにして流層を減少
させるとともに４％希釈Ｓ＋＋４ガスを増加し、両ガス
の総流Ｍは４００　ｃｃ／分として３分間放置した結果
、膜厚が１５００人で特性が極めて安定な絶縁薄膜を得
ることができた。

この場合の絶縁薄膜は厚さ約１００人の３１０２膜と、
厚さ約４００人の窒素の混入した５ｉＯＮ膜と、厚さ約
１０００人の高窒素濃度の３ｉＯＮとよりなる複合絶縁
薄膜を形成するものである。

この複合絶縁ｉＪ膜を水素ガスの雰囲気中で８００℃、
２０分間の熱処理を行い、注入不純物の活性化を行った
結果、シート抵抗１．８〜２にΩ／Ｄが得られた。これ
はＣＶＤ薄膜形成装置において窒素を混入せずにＳｉＯ
２膜を形成した場合の活性化率と略同じである。

尚、絶縁薄膜の組成比を変える場合は、原料ガスの組成
比を変化させる方式と、プラズマＣＶＤ薄膜形成装置の
電気的条件等を変化する方式とが用いられる。

以上、本実施例を用いることにより次のような効果が得
られる。

（１）高温でアニールしても絶縁膜にクラックや剥離を
生ぜず、水密性が良好で浸水テストにおいても特性の劣
化が生じない。

（２）不純物の活性化特性が安定するので素子特性も安
定となる。

［発明の効果１ 本発明によれば、耐湿性に優れ、高安定な特性を有する
化合物半導体基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の化合物半導体基板の一実施例を示すＮ
２０ガス流ｆｐと絶縁薄膜の屈折率及び成長率の関係を
示す特性図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の表面に絶縁性の薄膜を形成して表面
   の保護及び安定化を行う化合物半導体基板において、前
   記基板表面と接する境界面にシリコンと酸素との混合に
   なる第１の絶縁薄膜を有し、その上層にシリコンと酸素
   と窒素との混合になる第２の絶縁薄膜を具え、さらにそ
   の上層に前記第２の絶縁膜と同成分で窒素の濃度を異に
   する第３の絶縁薄膜が配してあることを特徴とする化合
   物半導体基板。
2. （２）前記第１の絶縁薄膜の厚さは５０オングストロー
   ム（Å）以上である特許請求の範囲第１項記載の化合物
   半導体基板。
3. （３）前記絶縁薄膜はプラズマＣＶＤ（気相成長）薄膜
   形成装置を用い、モノシランガスと亜酸化窒素ガスとの
   混合ガスを流入させ、両ガスの流量割合を変化して形成
   するものである特許請求の範囲１項記載の化合物半導体
   基板。