JPH0194663A - 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） 本発明は半導体装置の製造方法、更に詳しくは砒化ガリ
ウムを用いたＭＩＳ型半導体装置の製造方法に関する。

（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型（金属−絶縁体一半導体）半導体装置の特性は絶縁
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（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）。

設［５１３５１５−３５１９（１９８１））あるいは高
純度流水で処理する方法（アプライド・フイジクス・レ
ターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ）　　５０［５］２５６−２５８（１９８７）
）等が検討されてきた。これらは、ｎ型ＧａＡｓのＭＩ
Ｓ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Ａｓの除去のためにプラズマを用いる場合
韓は、プラズマを発生させるための高周波電源等装置が
基板加熱装置以外に必要であるという不利の他に、プラ
ズマ条件によってはＧａＡｓ表面が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、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の工程として、
ＧａＡｓ表面酸化層の除去をＡｓ雰囲気中５５０”　Ｃ
以上での熱処理またはＧａＡｓエピタキシャル成長によ
って行なった後、５００’　Ｃから５５０℃の温度に降
温してからＡｓ雰囲気からＰ（リン）雰囲気に変え熱処
理する第２の工程ののち続けて４５０’　Ｃ以下で窒化
物、弗化物等非酸化物系絶縁体膜を被着させるものであ
る。本発明では第２の工程の後詰絶縁体膜形成直前また
は同形成中さらに同形成後までＰ雰囲気を継続しても、
該絶縁体膜の絶縁性に大きな影響が無いかぎり構わない
。

（作用） Ａｓ雰囲気中５５０℃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。５００℃から５５
０℃の温度でＰ雰囲気中熱処理することにより過剰Ａｓ
が除去されＰが吸着される。このＰによる置換は、分子
線エピタキシー装置及び気相成長装置内でＰ　Ｈ３（７
オｌフイン）圧を加えた場合に関し、Ａｎｇｅｒ分支法
により確認した。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＾Ｓが生じ
ないようにし、さらに被着を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表面の酸化を
回避することにより、絶縁体膜とＧａＡｓ界面における
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全工程を気相成長装置によって
行なった。Ａｓ雰囲気にはＡｓ）１３＜アルシン）を、
Ｐ雰囲気にはＰ）＋３（）オスフィン）を用い、絶縁体
として＾ＩＮ（窒化アルミニウム）　をＴＭＡ（）リメ
チルアルミニウム　）　および８２Ｈ４（ヒドラジン）
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　１０１６ｃ！１−３
）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、）＋２（水素）を毎分４１　、　ＡｓＨ３を毎分
０　、５ｃｃ供給し、６５０”　Ｃ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、Ａｓ
Ｈ３供給を止め、ＰＨ，を毎分０．５ｃｃ供給し１０分
間熱処理を行なった。しかるのち４００℃でＰＨ３供給
を止めＮ２Ｈ４とＴＭＡを、それぞれ毎分４ｃｃ、毎分
０　、２ｃｃ供給し、２０分間でＡＩＮ膜を厚さ９００
Ａ被着させた。

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（アルミニウム）を真
空蒸着し旧Ｓ楕遣ダイオードを作成した。ｎ型ＧａＡｓ
のＭＩＳ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と小さく、従来の、
Ｈ２プラズマを用いて過剰Ａｓを除去した結果のうち良
好な特性を示したものと同等の良好な特性が実現されて
いることがわかった。更にこの特性は、再現性良く得ら
れ、１１２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、５００℃という低温で蓄積側特性の劣化が起きた
。また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ＴＭＧＯＩＪメｆ
ルカリウム）とＡｓＨ３（アルシン）を原料とする　Ｍ
ＯＣＶＤ　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５００℃
で止め、直ちに、ＰＨ３を毎分０．５ｃｃ供給し５分間
熱処理を行なった。こののち３７０℃でＮ２Ｎ２Ｈ４−
Ｔを用いてＡＩＮ膜を形成した。この場合にはＰＨ３を
膜堆積終了まで供給した。本実施例で作成したＡＩＮ膜
抵抗率は７Ｘ１０１５ΩＣｌｌｌＰＨ３を供給しなかっ
た場合とほぼ等しい。・ 本実施例で作成したＧａＡｓ　　ＭＩＳも第１の実施例
と同等の特性を示しな。

第３の実施例においてはＭＯＭＢＥ　（有機金属分子線
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１０１６ｃｍ−２ｓｅｃ−１下６５ｏ０
Ｃで除去したのち５００℃でＡｓフラックスを止めＰＨ
３を１ｍＴｏｒｒ供給し１０分間熱処理したのちＣａＦ
２　（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Ｇ
ａＡｓ及び絶縁膜間の界面特性を利用する種々合のＭＩ
Ｓ型半導体装置例えばＭＩＳ型電界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も上記した気相成長、Ｍ
ＯＭＢＥに限られものではなく他の堆積法例えばプラズ
マ気相成長法など他の堆積法などを用いても良い。熱処
理雰囲気としてもそれぞれＡｓ及びＰ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再現性良く良
好なＧａＡｓのＭＩＳ界面特性を得ることが可能になる
。

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体膜を形成する方法
   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
   ５５０℃の温度に降温してから砒素雰囲気をリン雰囲気
   に変え熱処理を行なう第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
   する砒化ガリウムを用いたＭＩＳ型半導体装置の製造方
   法。