JPH02128471A - 電界効果トランジスタ - 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」二の利用分野〉 この発明は、電界効果トランジスタに関し、さらに詳し
くは、インジウム（Ｉｎ）系化合物半導体を活性層とし
た金属絶縁膜半導体（以下、ＭＩＳと記す）形などの電
界効果トランジスタの改良に関する。

〈従来の技術〉 化合物半導体、とくにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、高
速性、低消費電力性、低雑音性などにおいてシリコンよ
りも優れているため、現今その開発か活発に行なわれて
いる。その素子形式としては、シリコンによって実現さ
れるＭＯ９形電界効果１−ランジスタに相当するＭＩＳ
形電界効果トランジスタか、高性能化、高集積化に適し
ているため望ましいが、従来はその形成が後述するよう
な原因によって困難であった。そのため、■−Ｖ族化合
物半導体としては砒化ガリウム（Ｇ　ａＡ　ｓ）を用い
たショットキー形電界効果トランジスタが実現されてい
る程度である。

〈発明か解決しようとする課題〉 ＭＩＳ形半導体が実現されれば、その論理振幅（入力電
圧の振幅）が大きい上に、雑音や電源電圧変動に対する
耐性が高く、しかも高集積度の電子デバイスが実現する
と期待されており、その＋Ａ　１４としては燐化インジ
ウム（Ｉｎｋ）、砒化ガリウム・インジウム（ｒｎＧａ
Ａｓ）などのインジウム系化合物がある。

しかしなから、インジウム系化合物半導体によるＭＩＳ
形電界効果トランンスタは、実用化するには界面特性が
不充分であり、動作中に特性ドリフトが生じるなとの重
要な問題点があった。

すなわち、従来からＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ等に対し、光
ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いたゲート絶縁膜形
成が試みられている。しかし、絶縁膜によっては、化合
物半導体の場合、成膜初期のＰやＡｓの脱離によって界
面特性が劣化することが知られている。また、このよう
なＰやＡｓの脱離を抑制する効果を持つ絶縁膜、たとえ
ば窒化シリコン（Ｓｉ、Ｎ、）などは、絶縁膜としての
絶縁耐圧が低いという欠点があり、ＩｎＰ等の表面を良
好な化学量論状態に保ち、かつ絶縁耐圧が高い絶縁膜を
形成する技術は、現在迄のところ確立されているとは言
い難い。

本発明は、」−記諸点に鑑みて創案されたものであり、
」二連の技術的問題点を解決し、動作面で安定であり、
しかも高性能の電界効果トランジスタを提供することを
目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、この発明の電界効果トラン
ジスタは、インジウム系化合物単結晶半導体層と、上記
単結晶半導体層」―に形成された絶縁膜と、上記絶縁膜
」二に形成された電極を含む電界効果トランジスタであ
って、」―記絶縁膜は、ケート絶縁膜として、少なくと
も酸化シリコンからなる絶縁膜と燐化合物からなる絶縁
膜とによる二重積層構造をなしていることを特徴として
いる。

〈作用〉 インジウム系化合物単結晶半導体層には、ソース領域お
よびトレイン領域か形成され、絶縁膜は、ゲート絶縁膜
として、少なくとも酸化シリコンからなる絶縁膜と燐化
合物からなる絶縁膜とによる二重層構造をなし、上記絶
縁膜」二にゲート電極が形成される。

このように構成された電界効果トランジスタは良好な界
面特性、■族原子の拡散阻止能力、高耐圧なとの特徴を
有し、優れた総合特性を実現する。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は、この発明の一実施例のＭＩＳ形電界効果）・
ランンスタｌの構造を示す断面図である。

同図において、２は単結晶ＩｎＰ基板、３．４はケート
絶縁膜、５はデー１〜電極、６はソース電極、７はドレ
イン電極、８はドープ層、９は単結晶ＩｎＰ活性層であ
り、インジウム系化合物単結晶半導体層である単結晶１
ｎＰ基板２の」−にドープ層８とともに後述する特性を
有するゲート絶縁膜３及びゲート絶縁膜４か形成され、
図示しないレジストをマスクどしてケート絶縁膜３．４
をエツチングにより取り除き、ソース電極６及びドレイ
ン電極７が形成され、ケート絶縁膜４のうえにゲート電
極５が形成される構造となしている。

本実施例において注目すべきは、次の点である。

すなわち、単結晶半導体層２と直接接触するゲート絶縁
膜３の飼料として、単結晶半導体中のＰやＡｓの脱離を
抑制する効果をらつ燐化合物（例えば窒化燐、酸化燐等
）により実現される高品質絶縁膜を用い、ゲート電極５
の直下のゲート絶縁膜４の材料として絶縁耐圧の高いソ
リコン酸化膜（Ｓｉ０２）を使用している点である。

次に本実施例によるＭＴＳ形電界効果トランノスタの製
法について説明する。

第２図（ａ）乃至（ｄ）は、それぞれ本発明の実施例の
ＭｒＳ形電界効果トランジスタの製法を順を追って示す
断面図である。

同図（ａ）は、ＩｎＰ基板２上に、ドープ層８を形成さ
せる工程を示した図である。この工程では、半絶縁性あ
るいは高抵抗のＩｎＰ基板２の」二に、高品質の１＋Ｉ
ｎＰ単結晶をエピタキノヤル成長を行なうことがてきる
ＭＯＣＶＤ、ＶＰＥなどの方法が適用される。すなわち
、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合には、約７０　Ｔｏｒｒの
減圧条件下において、基板温度６００°Ｃ１組成比（Ｖ
／ＩＩＩ）が約２００となるように、トリメチルインジ
ウム（ＴＭＩｎ）およびボスフィン（ＰＨ３）、更にド
ーパントとしてシラン（ＳＩＨ４）をトータルとして２
５０ＳＣＣＭ流す。水素ガスをキャリアとし全ガス流量
１５ｓＬＭの成長において、厚さ約０．３μｍのｎ＋　
Ｉ　ｎＰ層、すなわちドープ層８を得る。ここに上記ｎ
＋ＩｎＰトープ層８の比抵抗ρはＩ〜ｌ０ｘｌＯ−’Ω
Ｇｍである。

同図（ｂ）は、活性層９を規定する工程を説明するため
の図である。仮想線で示される第１のレジストｒ１をマ
スクとして、深さｄ−０４μｍ１幅Ｃ−３μｍの領域Ｇ
をエツチングにより取り除く。この工程は臭素系エッヂ
ヤント（Ｂ　ｒ２＋ＨＢ　ｒ＋　Ｈ２０）あるいは硫酸
系エッヂヤント（■ｌ、５０４−１Ｉ（。

０、＋ｒ−ｒ、ｏ）を用いたウェットエツチング法によ
り行なわれる。

同図（ｃ）はケート絶縁膜３及び４を形成させる工程を
説明するための図である。この工程では、前記のトープ
層８及び活性層９」二に高品質の燐化合物膜及びＳ１０
．膜を形成することができるプラズマＣＶＤ法（ＰＣＶ
Ｄ）、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法（ＥＣ
ＲＰＣＶＤ）、光ＣＶＤ法（Ｐ　ｈｏｔｏ　−ＣＶ　Ｄ
　）などが適用される。即ちＥＣＲＰＣＶＤを用いた燐
化合物の場合について述べると、ヂャンバー内をベース
真空度的７ＸＩＯ−６Ｔ　ｏｒｒとして、室温あるいは
３００℃以下の基板加熱を行った状態で、次の表−１に
示すような組成のガスを流す。

表−１代表的な燐化合物と成膜時の 代表的なガス組成 なお、表−１においてＰＨ３は４％希釈であり、希釈ガ
スとして通常Ｈ７、Ｈｅ、　Ｎ２、Ａｒ等を用いるが、
当然のことながら希釈ＰＨ３に限定するものではない。

また、当然のことながら表−１に示した各燐化合物の成
膜時のガス組成はあくまでも代表的な組成であり限定さ
れるものではない。

次に、約８７０ガウスの磁場と、周波数的２４．５ＧＨ
ｚのマイクロ波を約１２０Ｗ導入することにより、ゲー
ト絶縁膜３を得る。

さらに、同様の条件で、組成比Ｑ２／ＳｉＨ＋が３とな
るように、酸素ガス（０２）および５Ｉ８４を計２０Ｓ
ＣＣＭ流ずことにより、厚さ約９０ｎｍの８１０７、す
なわちゲート絶縁膜４を得る。なお、この場合の基板温
度とＳ　＋　０２膜のデボレートとの関係の一例を表−
２に示す。

表−２基板温度とＳｉｇｈのデボレートとの関係 同図（ｄ）は、ソース電極６．トレイン電極７およびケ
ート電極５の形成工程を示す図である。前記ケート絶縁
膜４」−の図示しない第２のレジストをマスクとして、
ゲート絶縁膜４および３をエツチングにより取り除き、
ドープ層８上にＡｕ／Ｇｅ電極によりソース電極６．ド
レイン電極７を設け、その後、さらにゲート絶縁膜４上
にＡＱ電極により リグート電極５を設ける。さらにパッンヘーノヨン工程
を経て、ＭＩＳ形電界効果トランジスタｌが完成する。

なお同図（ｄ）は前記した第１図と同一構造を示す図で
ある。

以」二のようにして形成された本発明の実施例としての
ＭＩＳ形電界効果トランジスタｌについて、絶縁膜３に
いずれの燐化合物を用いた場合ら発明者等がターマン法
で評価した界面準位密度は、その最小値が５　Ｘ　１０
１０ｃＦ”ｅＶ刊であり、またゲート絶縁膜中の固定電
荷は７　Ｘ　ｌ　Ｏ１０ａｍ−’と低い値を示した。

また電界効果移動度はμｆｅ＝　３３００　ｃｒｒｒ２
／　ＶＳと良好な値が得られた。さらにゲート電圧Ｖｇ
＝５Ｖを印加した状態でのドレイン電流のドリフトは、
１時間で高々３％以下と極めて高い安定度を示した。

すなわち、本実施例によれば安定で特性の優れたＭＩＳ
形電界効果トランジスタを実現可能となる。

なお、上記した実施例においては燐化合物膜」−に５ｉ
Ｏ７膜を積層する構造となしたが、総合的な効果が出れ
ば良いため、積層の順序は逆であっても構わない。また
各層厚及び層数は上記の実施例に限定されるものではな
い。

更に、上述の実施例では活性層９を形成する■■族の化
合物半導体としてｒｎＰを用いた例について説明したが
、本発明はこれに限定されるものではなく、ＴｎＧａＡ
ｓ、ＴｎＧａＡｓＰ等のＩｎ系の同族の他の化合物半導
体を用いる場合にも同様に実施することが出来、当然に
本発明の範囲に含まれるものであることは言うまでもな
い。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明の電界効果トランジ
スタは、インジウム系化合物単結晶半導体層上に形成さ
れた絶縁膜が、ゲート絶縁膜として、少なくとも酸化シ
リコンからなる絶縁膜と燐化合物からなる絶縁膜とによ
る二重積層構造をなしているので、良好な界面特性、■
族原子の拡散阻止能力、高耐圧特性が得られ、従って、
素子特性の向上と信頼性の向」二が図られ、その高速性
や低雑音化を活用した超高速デバイスを実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のＭＩＳ形電界効果トラン
ジスタの構造を示す断面図、第２図（ａ）乃至（ｄ）は
それぞれ上記実施例のＭＩＳ形電界効果トランジスタの
製法を順を追って示す断面図である。 ｌ・ＭＩＳ形電界効果トランジスタ、 ２・・単結晶ＩｎＰ基板、 ３・・・燐化合物からなるゲート絶縁膜、４・　ＳｉＯ
２からなるゲート絶縁膜、５・・ゲート電極、６・−・
ソース電極、７・・・ドレイン電極、８・・・ｎ＋　Ｉ
ｎＰドープ層、９　・単結晶ＩｎＰ活性層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）インジウム系化合物単結晶半導体層と、上記単結
   晶半導体層上に形成された絶縁膜と、上記絶縁膜上に形
   成された電極を含む電界効果トランジスタであって、 上記絶縁膜は、ゲート絶縁膜として、少なくとも酸化シ
   リコンからなる絶縁膜と燐化合物からなる絶縁膜とによ
   る二重積層構造をなしていることを特徴とする電界効果
   トランジスタ。