JPH0194662A - 砒化ガリウムを用いたｍｉｓ型半導体装置の製造方法 - 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） 本発明は半導体上の絶縁体膜形成方法、更に詳しくは砒
化ガリウムを用いたＭＩＳ構造デバイスの形成方法に関
する。

（従来の技術） 砒化ガリウム（以下ではＧａＡｓと記す）を用いたＭＩ
Ｓ（金属−絶縁体一半導体）デバイスの特性は絶縁体膜
と半導体との界面特性に強く依存する。従来、良好な界
面特性を得るために、ＧａＡｓの表面酸化層及び表面過
剰砒素（Ａｓ）を水素プラズマで除去する方法（ジャー
ナル・オン・アプライド・フィジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）、　５２［
５］３５１５−３５１９（１９８１））あるいは高純度
流水で処理する方法（アプライド・フィジクス・レター
ズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ）　　ＬＯ［５］２５６−２５８（１９８７））等
が検討されてきた。これらは、ｎ型ＧａＡｓのＭＩＳ型
半導体装置においてＧａＡｓ表面の過剰Ａｓが表面ポテ
ンシャルをピンニングしてしまい界面特性を悪化させる
という問題の解決を目的にしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、過剰＾Ｓの除去のためにプラズマを用いる場合
には、プラズマを発生させるための高周波電源が基板加
熱装置以外に必要となるという不利の他に、プラズマ条
件によってはＧａＡｓ表面がプラズマ損傷を受ける危険
性がある。すなわちプラズマ処理時間やプラズマ出力が
適切でないとＡｓ除去以上に損傷が生じ界面特性が劣化
する。また、流水処理の場合には、流水処理後絶縁体膜
を形成するまでの間にＧａＡｓ表面を大気にさらしては
ならないため絶縁体膜形成に移行するまでに特別の工夫
が必要とされ、Ｗ性の再現性も良くない。

本発明は以上のような問題点を解決するためになされた
もので、簡便に再現性良（ＧａＡｓ表面の過剰Ａｓを処
理し良好なＭＩＳ特性を実現する方法を提供することを
目的゛とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、上記目的のため、ＧａＡｓ表面酸化層及び
表面過剰Ａｓの処理を熱的プロセス、すなわち温度と雰
囲気の管理のみで行なう。本発明は、第１の工夫として
、ＧａＡｓ表面酸化層の除去をＡｓ雰囲気中５５０℃以
上の熱処理またはＧａＡｓエピタキシャル成長によって
行なった後第２の工程として、５００’　Ｃから５５０
℃に降温したのちＡｓ雰囲気を除き高純度水素雰囲気中
または高真空中において過剰Ａｓを熱処理し、続けて４
５０”　Ｃ以下の温度で窒化物、弗化物等非酸化物系絶
縁体膜を成長させる工程をとるものである。

（作用） Ａｓ雰囲気中５５０”　Ｃ以上でＧａＡｓを熱処理する
ことにより表面分解を抑えながら表面酸化層を除去する
かまたはＧａＡｓエピタキシャル成長を行なうことによ
り表面酸化層を含まないＧａＡｓ表面を形成する。上記
の酸化膜除去効果は気相成長法あるいは分子線エピタキ
シー法で一般に知られているものである。続けて５００
”　Ｃから５５０”　Ｃの温度で高　　・純度水素中あ
るいは高真空中で熱処理を行なうことにより過剰Ａｓを
除去できる。高真空中でＡｓ圧を除いた場合にはこの・
温度でＧａ安定化面が現われることが知られている（た
とえば、ジャーナル・オン・クリスタルグロウス（Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ）、
　８１（１９８７）４９−５４）。Ｈ２中でのＡｓ除去
効果は、＾ｕｇｅｒ電子分光法により確認しな。絶縁体
膜には非酸化物系膜を用い、絶縁体膜とＧａＡｓとの反
応により界面に過剰Ａｓが生じない、ようにし、被着を
４５０℃以下で行なうことにより、ＧａＡｓ表面の損傷
を防ぐ。ここで絶縁体膜を非酸化物系膜に限定する理由
は、ＧａＡｓ表面における酸化膜の形成を回避すること
により、絶縁膜とＧａＡｓとの界面においての過剰Ａｓ
の生成などを抑制する効果を期待したためである。

（実施例） 以下、本発明を実施例により説明する。

第１の実施例においてはＡｓ雰囲気にはＡｓＨｇ（７１
シン）を用い、絶縁体膜としてＡＩＮ（窒化アルミニウ
ム）をＴＭＡ（トリメチルアルミニウム　）　およびＮ
２Ｈ４（七Ｆリジン）　の系によ　り堆積した。

まず、化学的エツチングを行なった（１００）ＧａＡｓ
基板（ｎ型、キャリア濃度Ｉ　Ｘ　１０１６ｃｍ−３）
を縦型石英ガラス製反応管内のカーボンサセプタ上に載
せ、Ｈ２（水素）を毎分４１　、ＡｓＨ３を毎分０　、
５ｃｃ供給し、６５０℃に昇温させ２０分間熱処理を行
なった。次に５００＠Ｃまで降温し、ＡｓＨ３の供給を
止め、Ｈ２ガス流中で３０分間熱処理を行なった。

しかるのち４００℃でＮ２Ｈ４とＴＭＡを、それぞれ毎
分４ｃｃ　１．毎分０．２ｃｃ供給し、２０分間で厚さ
９００ＡのＡＩＮ膜を形成した。以上の工程は、すべて
圧力０．１気圧で行なった。

上記工程によって得た試料にＡＩ（アロニウム）を真空
蒸着しＭ−１３構造ダイオードを作成した。ｎ型ＧａＡ
ｓのＭＩＳダイオード特性で問題とされる蓄積側容量分
散は１キロヘルツから１０メガヘルツの間で５χ程度と
小さく、Ｈ２プラズマを用いて過剰Ａｓを除去した従来
の結果のうちで良好な特性を示したものと同等の良好な
界面が実現されていることがわかった。更にどの特性は
、再現性良く得られ、Ｈ２中６００℃２０分間の熱処理
によっても劣化しなかった。一方、従来の水素プラズマ
で処理した試料では、特性のばらつきが大きく、良好な
特性を示した試料についても５００℃２０分間の熱処理
によって蓄積側周波数分数が６０％以上となり、著しい
特性劣化がみとめられた。また、本発明におけるこれら
の結果は雰囲気と温度の制御のみで再現性良く得られた
。

第２の実施例においては、６５０℃でＴ　Ｍ　Ｇ　（ト
’ｊ　メｆル肋つム）とＡＳＨ３（アルシン）を原料と
するＭＯＣＶＤ法によりＧａＡｓ層をエピタキシャル成
長させてから第１の実施例と同様にＡｓＨ３供給を５５
０℃で止め、Ｈ２ガス流中で３０分間熱処理を行なった
のち、４００℃でＮ２Ｈ４−Ｔ１４Ａを用いてＡＩＮ膜
を形成した。形成したｎ型ＧａＡｓ層のキャリア濃度は
１．２×１　（）　１５ｃｍ−３である。本実施例では
ＧａＡｓ層およびＡＩＮ膜のＭＯＣＶＤをすべて圧力０
．１気圧で行なった。

本実施例で作成したＧａＡｓ　ＭＩＳも第１の実施例と
同等の特性ならびに熱処理安定性を示した。

第３の実施例ではＭＢＥ　（分子線エピタキシャル）装
置中でＧａＡｓ基板の表面酸化膜をＡｓフラックス１０
１６ｃｒａ−２ｓｅｃ−”下６５０℃の熱処理で除去し
たのち５５０°　Ｃで＾Ｓフラックスを止め圧力１×１
Ｏ−９Ｔｏｒｒ以下で１０分間熱処理しなのち３５０℃
で絶縁体膜としてＣａＦ２　（弗化カルシウム）を蒸着
した。本実施例で作成した試料でも第１の実施例と同等
の特性が得られた。

なお上述においてはＭＩＳ型半導体装置をＭＩＳ−型ダ
イオードとして得る場合の実施例により本発明のＭＩＳ
型半導体装置の製造方法を説明したが、本発明はこれを
ＧａＡｓ及び絶縁膜間の界面特性を利用する種々のＭＩ
Ｓ型半導体装置例えばＭＩＳ型電解効果トランジスタな
どを得る場合に適用し得る。またＧａＡｓ基板上の絶縁
膜はＡＩＮやＣａＦ２ばかりでな（Ｓｉ３Ｎ４など他の
絶縁膜を用いても、本発明を適用し得ることは明らかで
あろう。さらに絶縁膜の堆積法についてはプラズマ気相
成長法など他の堆積法でも良く、第１の工程における熱
処理雰囲気としては少なくともＡｓを構成要素として含
むものであれば有効である。

（発明の効果） 以上に述べたように本発明によれば簡便に良好なＧａＡ
ｓのＨｉｓ界面特性を得ることが可能となる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　砒化ガリウム上に非酸化物系絶縁膜を形成する方法で
   あって、該絶縁体膜形成前に砒化ガリウムを砒素雰囲気
   中５５０℃以上で熱処理するかまたは砒化ガリウムをエ
   ピタキシャル成長させる第１の工程と、５００℃から５
   ５０℃の温度に降温してから砒素雰囲気を除き高純度水
   素中または高真空中において熱処理を行なう第２の工程
   の後４５０℃以下で非酸化物系絶縁体膜を被着させる工
   程を含むことを特徴とする砒化ガリウム上の窒化絶縁体
   膜形成方法。