JPH02119145A

JPH02119145A - 金属−酸化物−半導体接合の形成方法

Info

Publication number: JPH02119145A
Application number: JP27073188A
Authority: JP
Inventors: Haruo Yamagishi; 山岸　春生; Masayoshi Miyauchi; 宮内　正義
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1990-05-07

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は金属−半導体接合の形成方法に係り、特に金属
と半導体基体との界面に酸化物層を設けた、金属−酸化
物一半導体接合の形成方法に関する。

（従来の技術）最近のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）の高性能化を目
指して、■−ｖ族化合物半導体のデバイス関連技術の開
発、改良が盛んに行なわれており、それらの技術の一つ
に、良好な特性を持ったショットキ接合の形成技術があ
る。ショットキ接合形成技術は、特にＧａＡｓデバイス
の開発に関連して進められてきた。ショットキ接合の整
流性の良否やリーク電流の大小を表わす物理量として、
ｎ値及びバリアの高さΦＢがある。

ＩｎＰはボストＧａＡｓとして期待されている半導体材
料であるが、良好なショットキ接合の形成が困難である
。従来デバイスに使用されて来たＳｉやＧａＡｓではΦ
Ｂはショットキ接合形成金属の種類によらず、半導体の
バンドギャップＥＧの２７３穆度という経験則が成り立
っている。

例えばＧａＡｓでは０−　８〜０−　９　ｅ　Ｖ％Ｓ　
ｔでは０．７〜０．８ｅＶ程度のΦＢを示すショットキ
接合が比較的容易に形成できる。これに対して金属−１
ｎＰショットキ接合では、上記の経験則が成り立つと仮
定すれば、ΦＢα０．８ｅＶの値が期待されるが、実際
にはΦＢと０．　４〜０．　５ｅＶ程度の値のショット
キ接合しか得られていない。ΦＢが小という結果が示す
ように、リーク電流が大きく、一般に降伏電圧も小さく
なり、従ってデバイスへの適用が困難であるという問題
がある。

このような問題を改良するために種々の対策がとられて
きた。それはショットキ接合が形成される金属とＩｎＰ
との界面に、例えば酸化物からなる薄い絶縁膜を介在さ
せ、金属−酸化物一半導体接合を形成して、擬似的にバ
リアの高さΦＢを増加させることにより、リーク電流を
低減し、降伏電圧の増大を図る方法である。例えばＩｎ
Ｐ表面の陽極酸化、又は化学的酸化等が試みられている
。

しかしこれらの方法は、一般にウェットプロセスで行な
われるので、工程上の不安定、絶縁膜の厚さ制御の困難
さ、これに伴うｎ値の変動、特性の熱的不安定等の欠点
が残る。

一方、ドライプロセスによりΦＢを増加させる方法とし
て、文献［Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　Ｖｏ
ｌ。

３０、Ｎｏ、９（１９８７）、　Ｐ、５７９］に示され
ているように、ＩｎＰ表面を酸素プラズマに晒らす方法
がある。

酸素プラズマに晒らされたＩｎＰ表面は、酸化されて絶
縁膜が形成され、これによってΦＢが増大し、リーク電
流が減少する。しかし、この方法では酸素プラズマ処理
に際し、ＩｎＰ基体がプラズマ領域において３００℃程
度の高温に晒らされるので、ＩｎＰ表面にプラズマによ
る欠陥が発生し、これがｎ値の増大や降伏電圧の低下の
原因になったり、或いはＩｎＰデバイスの特性のバラツ
キや歩留低下を起したりする欠点がある。またレジスト
パターン形成後にプラズマ処理を施す必要がある場合に
は、高温とプラズマとによってレジストが変成し、レジ
スト灰化装置を使用してもレジスト剥離が困難となる欠
点がある。

このような欠点を改良するため、本発明者らは酸素プラ
ズマに替えてマイクロ波励起の酸素ラジカルを使用して
ＩｎＰ表面に酸化膜を形成した後、その上に金属を被着
し、金属−酸化物−ＩｎＰ接合を形成する方法を特許出
願した（特開昭６ｌ−２２４４５４）。

ここで使用される酸素ラジカルは第６図に示すようなプ
ラズマ発生装置で生成される長寿命のものである。装置
はガス解離室（１１）と試料室（１２）から構成され、
これらは石英等から成るパイプ（１３）により接続され
ている。またガス解離室（１１）にはガス導入口（１４
）　、導波管（１５）が設置され、試料室（１２）には
ガス排出口（１６）　、試料台（１７）がそれぞれ設け
られている。このような構成でプラズマ装置内を圧力〜
Ｉ　Ｘ　１　Ｇ”　Ｔｏｒｒ以下に排気した後、例えば
酸素ガスを３０８ＣＣＭ程度の流量でガス導入口（１４
）よりガス解離室（１１）へ導入し、導波管（１５）よ
り例えば３００Ｗのマイクロ波電界を印加し、酸素ガス
を放電、解離し酸素プラズマを発生させる。この際生成
される長寿命の酸素ラジカルを輸送管（１３）を経てガ
ス解離室（１１）から離れた試料室（１２）に導き、あ
らかじめ配置されたＩｎＰ（１）の表面と反応させ、酸
化膜が形成される。これにより試料表面の温度は室温に
近く、ＩｎＰ表面に発生する欠陥は抑制され、上述した
欠陥の発生という欠点は改善される。また高温によるレ
ジストの変成等も防止される。

その後、本発明者らは前記方法を使ってデバイス開発を
進めた結果、この方法においても、逆方向特性の安定性
の問題があることが判明した。

この点の改善のため種々の対策を行なったが、実用に供
し得る安定な接合を形成するまでに至らなかった。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、酸素ラジカル処理によるＩｎＰ表面
への酸化膜形成後、その上に金属、例えばＡｕを被着し
て構成した金属−酸化物一半導体接合は逆方向の通電、
例えば反復通電或いは過剰通電に対してしばしば劣化が
見られる、というデバイス適用上重大な欠点のあること
が判明した。

本発明は上記のような欠点を改良し、安定した逆方向特
性を示す金属−酸化物一半導体接合の形成方法を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明では酸化膜の被着方
法を改良することにより、逆方向リーク電流を減らし、
耐圧を増加させ、かつ安定性に勝れた逆方向特性を示す
、金属−酸化物一半導体接合を形成するものである。

本発明の酸化膜の形成方法は、前記の長寿命の酸素ラジ
カルに適量のＰＨ，ガスを混入し、両者の反応により室
温に近い温度において、半導体基板上の金属−酸化物一
半導体接合形成予定域に、すみやかに、燐を含む酸化膜
を堆積することにある。堆積した酸化膜の上に接合形成
金属、例えばＡｕを被着して、金属−酸化物一半導体接
合を形成する。

（作　　用）上記の方法により形成した金属−酸化物一半導体接合は
、逆方向リーク電流が小さく、逆方向耐圧が高く、かつ
安定性が優れており、従来の方法で形成した接合と比較
して接合時、性が向上する。

（実施例）以下、本発明の一つの実施例を図面を参照して説明する
。

本２発明で使用する酸化膜堆積用プラズマ装置は、第１
図に示すように、試料室にホスフィンガス導入口（２８
）が設置されていること以外は、第６図に示したプラズ
マ装置と本質的に変りはない。

第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の方法を、ｌｎＰショッ
ト牛ゲートＦＥＴのゲート電極の形成に適用する場合の
例である。第２図Ｃａ”）に示すようにＩｎＰ基板（１
）にｎ型動作層（２）を形成した後、この動作層（２）
上にソース電極（３）及びドレーン電極（４）を周知の
方法により形成する。次に第２図（ｂ）に示すようにソ
ース電極（３）及びドレーン電極（４）を含むＩｎＰ動
作層（２）上に５ｉＯ１膜（５）を堆積し、その上に例
えばフォトレジスト層（６）でゲート電極形成予定域（
７）を形成し、ＩｎＰ動作層（２）の一部を露出する。

次にＩｎＰ動作層（２）上のゲート電極形成予定域（７
）に本発明の接合形成方法を適用する。

すなわち、このＩｎＰ基板を第１図に示したプラズマ装
置内に配置し、ゲート電極形成予定域（７）を含むＩｎ
Ｐ基板（１）全面に酸化ＪｌｉＩ　（ｉｌｌ）を堆積す
る。酸化膜の堆積は例えば次のように行なう。

先ずプラズマ装置内を圧力１×１ｏ□″Ｔｏｒｒ以下に
排気した後、例えば酸素ガスを３０３ＣＣＭ程度の割合
で、第１図に示す酸素ガス導入口（２４）よりガス解離
室（２１）へ導入し、導波管（２５）により約３００Ｗ
のマイクロ波を印加し、酸素ガスを放電、解離し、Ｍ素
プラズマが解離室（２１）内で発生する。同時に生成す
る長寿命の酸素ラジカルを輸送パイプ（２３）を経て試
料室（２２）に輸送し、ここで導入口（２８）がら例え
ば３゜ＳＣＣＭの割合で導入されたホスフィンガスと反
応させて、あらかじめ配置されたＩｎＰ基板（１）の全
面に、例えば７分で厚さ約６０λの酸化膜（８）を堆積
する。

次に、酸化膜（８）を堆積したＩｎＰ基板（１）をすみ
やかに真空蒸着装置内に配置し、第２図（ｃ）に示すよ
うに厚さ〜４０００人の金属層、例えばＡｕ層（９）を
ゲート電極予定域（７）を含むＩｎＰ基板（１）全面に
被着する。続いてフォトレジスト層（６）を用いて通常
のリフトオフ法によりゲート形成域以外のＡｕ層を除去
する。

最後にＳｉ０２層（５）を除去して第２図（ｄ）に示す
ように所定の寸法、形状のゲート電極（１０）が得られ
る。

ここに得られたゲート電極の接合特性は、ｎ値＝１．０
６．バ１，１７（７）高さＯＢ　ｙＯ，６８ｅＶ。

降伏電圧ＶＲ（逆方向電流ＩＲ−１μＡ）と２５Ｖとい
う良好な値が得られた。参考のため製作した従来の酸素
ラジカルのみの方法によるゲート電極特性は、ｎ値＝１
．　０８．ΦＢＡｔＯ，６４ｅＶ及びＶＲα１９Ｖであ
った。

第３図、第４図、第５図は本発明の方法と、従来の酸素
ラジカルのみによる方法と、それぞれによって形成した
酸化物層を設けたＡｕ−１ｎＰ接合の特性を比較したも
のである。第３図は本発明の方法（０印）と従来の方法
（０印）によるｎ値の個数分布を示したものである。図
かられかるように、一般に酸化膜の厚さが増すとｎ値は
大きくなることを考慮しても、本発明の接合のｎ値は従
来方法によるものにくらべて、遜色はない。第４図は同
様に本発明の方法及び従来方法による、逆方向電圧−電
流特性の典型例である。第５図は同じく降伏電圧ＶＲ（
ＩＲ−１μＡ）の個数分布を両方法で比較したもので、
特性の改善、特に降伏電圧の増加及びリーク電流の減少
が著しいことを示している。

なお、本実施例においてはＩｎＰ半導体について説明し
たが、例えばＩ　ｎＧａＡｓのようなＩｎを含む他の■
−ｖ族化合物半導体に対しても有効である。

また、接合形成金属としてＡｕを例に説明したが、Ｐｔ
、Ｐｄ等他の金属でも良いことは勿論である。

また、半導体装置としてＩｎＰＦＥＴを製造する場合を
例に説明したが、金属−酸化物一半導体接合を含んで構
成される他のデバイスにも有効なことは明らかである。

なお、本発明に使用される酸化膜の厚さは５０〜１５０
λ程度が好ましい。その理由は、膜厚が１５０λ以上に
なると接合のｎ値が大きくなることやリチャードソン定
数が小さくなること等により、電流−電圧特性、特に整
流特性が悪くなる。

また、５０Ａ以下では逆方向耐圧の低下、リーク電流の
増加を招き本発明の効果が減少する。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、半導体基板に金属を
被着して金属−半導体接合を構成するにあたり、金属と
半導体基板との界面に酸素ラジカルとホスフィンとの反
応により形成される酸化膜を設けることにより、接合特
性、特に逆方向特性及びその安定性に優れた、金属−酸
化物一半導体接合を形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において使用するプラズマ装置を示す概
略断５面図、第２図は本発明の実施例のデバイス製作工程を示す断面
図、第３図は本発明の方法と従来の方法とにより形成した接
合のｎ値を示す個数分布図、′Ｍ１４図は本発明の方法
と従来の方法とにより形成した接合の逆方向特性を示す
図、第５図は本発明の方法と従来の方法とにより形成した接
合の降伏電圧を示す個数分布図、第６図は従来のプラズ
マ装置を示す概略断面図である。１・・・半導体基板、２・・・動作層、３・・・ソース
電極。４・・・ドレーン電極、５・・・Ｓ　１０．層、６・・
・フォトレジスト層、７・・・接合形成予定域、８・・
・酸化物層。９・・・金属（Ａｕ）層、　１０・・・ゲート電極、　
１１．２１・・・ガス解離室、　１２．２２・・・試料
室、　１３．２３・・・輸送パイプ、　１４．２４・・
・ガス導入口、　１５．２５・・・導波管、　１８゜２
Ｂ・・・排気口、　１７．２７・・・試料台、２８・・
・ガス導入口。

Claims

【特許請求の範囲】

酸素ラジカルとホスフィンガスとの反応により形成され
る燐の酸化物を、インジウムを含むIII−Ｖ族化合物半
導体基板の表面上の所定域に堆積して酸化物層を形成す
る工程と、前記酸化物層上に金属を被着する工程とから
成ることを特徴とする金属−酸化物−半導体接合の形成
方法。