JPH02239667A - 化合物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］ 本発明は化合物半導体を基板とするＭＯＳ型電界効果ト
ランジスタ（以下Ｍ　Ｏ　Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　ト記ｔ　）
の製造方法に関し、特にＩｎＰ単結晶およびその三元、
四元混晶の基板上にＭＯＳＦＥＴを形成する場合に利用
して最も効果のある技術に関する。

［従来の技術］ ＧａＡｓ，ＩｎＰなどの化合物半導体は電子の移動度が
Ｓｉよりも高く、また耐放射線性，耐熱性などに優れ、
Ｓｉに代わる高周波、高速の電子デバイスとしてその将
来性が見込まれ、数多くの研究がなされてきたが、界面
準位密度の小さな安定な酸化膜が得られないためＭＯＳ
ＦＥＴはまだ実用化されるに至っていない。そこで、Ｇ
ａＡｓにおいては、ショットキー電極を用いたＭＥＳＦ
ＥＴが実用化され、ディスクリートの高周波ＦＥＴや，
小規模のディジタルＩＣが実用化されている．しかし、
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｍ　Ｅ　Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔはショットキ
ー障壁電位が小さいために、論理振幅が大きくとれず、
大規模のディジタルＩＣを高歩留りで製造することがで
きないという欠点を有している。

一方、Ｇ　ａ　Ａ　ｓに比べて更に論理振幅が小さいＭ
ＥＳＦ’ＥＴＬかできないＩｎＰについては，熱酸化法
、陽極酸化法、プラズマ酸化法などによりＭＯＳＦＥＴ
を作る努力がされてきたが、いずれも酸化膜の組成が不
均一となり、絶縁性が悪く，良好なＭＯＳＦＥＴが実現
できず実用化されるには至っていない。このようなＭＯ
ＳＦＥＴに代わる方法として、Ｓｉｎ２，ＳｉＮｘ，Ａ
ＱａＯｉ＋ＰＮのような絶縁膜をＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法，光励起ＣＶＤ法，スパッタ法、蒸着法、スピン
オン法などにより低温堆積させるＭＩＳＦＥＴの研究が
数多くなされてきた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記方法により製造されたＭＩＳＦＥＴ
はいずれもドレイン電流がドリフトするという電子デバ
イスとしては致命的な欠点を有しており、実用化される
には至っていない。

ところでさきに述べたように、化合物半導体においては
ＭＯＳＦＥＴが実用化されていないが、その原因は酸化
膜の組成が不均一となることである。

例えばＩｎＰの場合、酸素中で熱酸化させると当初はＩ
ｎＰＯ４が２０人ほど成長するが，その後は、ＩｎＰＯ
．膜の外側にＩ　ｎ，Ｏ，膜が、またＩｎＰとＩｎＰＯ
４の界面にはＰが析出することが知られている。このよ
うな現象は陽極酸化や、プラズマ酸化などのいずれの方
法であっても起こり，均一で良質な酸化膜が得られない
原因となっている。

このように、熱酸化によっては良質な絶縁膜ができにく
いために、先に述べたような種々の低温堆積法が研究さ
れているわけであるが，堆積法では化合物半導体基板の
表面上に別の系の物質を堆積させるために、絶縁膜と化
合物半導体基板の界面で格子不整合が起こる他，表面の
欠陥、汚れなどにより、界面には多くの界面準位が形成
されやすく．これによってドレイン電流がドリフトを起
こすという問題点がある． この発明の目的は、ＩｎＰ系の化合物半導体基板におい
て，界面準位密度が小さく．安定かつ特性の均一な酸化
膜を有するＭＯＳＦＥＴを形成する技術を提供すること
にある． ［課題を解決するための手段］ Ｓｉ基板上のＭＯＳＦＥＴにおいては、Ｓ　ｉｏ，？酸
化膜を形成する際，Ｓｉ／ＳｉＯ■界面はもともとのＳ
ｉ基板の表面ではなく，酸化に伴って酸素が酸化膜を拡
散してＳｉと反応するために，界面は結晶内部に形成さ
れる．このため、基板表面の欠陥などに影響されない低
界面準位密度が実現できそれゆえにＳｉ基板ではＭＯＳ
ＦＥＴが実用化されている． 以上の点を総合的に検討すると、化合物半導体のＦＥＴ
を実現するためには、熱酸化膜を絶縁膜とするＭＯＳＦ
ＥＴが最も良い方法と考えられる。

ところで、熱酸化膜を用いたＩｎＰのＭＯＳデバイスに
関しては酸素中での熱酸化の他，高圧酸素中での熱酸化
，ｐ，ｏｓ蒸気中での熱酸化、ＨＮＯ，溶液中での酸化
、ｐ，ｏ，を蒸着させた後，これを加熱して酸化させる
方法など，従来いくつかの方法が検討されてきたがいず
れも不十分なものであり、ＭＯＳＦＥＴは実用化される
に至っていない．その原因としては，酸化膜の組成が不
均一となり，一部で絶縁性の悪い酸化物が形成されてい
るとの結論に達した。

例えばＩｎＰ基板を硝酸中で酸化させると，およそ一定
組成の酸化膜が形成されるものの、その組成は必要とさ
れる高品質の絶縁膜とは異なった組成のもので、酸化膜
中のリンの濃度が少なくなっていることを見出した．こ
のような酸化膜では、そのバンドギャップが絶縁性の悪
いものとなっていたり、トラップや欠陥に伴うドナーや
アクセプタが発生している可能性がある。

そこでこの発明は、硝酸とリン酸とを混合した混酸中に
ＩｎＰ基板を所定時間浸漬して基板表面に酸化膜を形成
させるようにした。

また、酸化膜の質を更に向上させるために，基板の構成
元素のうち蒸気圧の低い元素を溶解させた混酸中に上記
基板を浸漬して酸化膜を形成するようにした． なお、酸化膜形成後には、膜を安定化させるために空気
中，窒素中，水素中、不活性ガス中，真空中などで熱処
理することはいうまでもない。

［作用］ 上記した手段によれば、硝酸とリン酸の混酸を用いてＩ
．ｎＰ基板を酸化させるので，酸化膜形成中にリン酸が
分解してリンが補給されるため，リンを十分に含む高品
質の酸化膜が形成される。

［実施例］ 直径２インチのアンドープΩ型のＩｎＰ単結晶をＬＥＣ
法で育成し、引上げ軸と直交する方向に切断し、切り出
されたウェーハを有機洗浄後、ブロームメタノールでエ
ッチング後，酸化直前にＨＦで洗浄した。使用したウェ
ーハのキャリア濃度は（４　〜６　）　Ｘ　ｌ　Ｏ”ｃ
ｍ−’である。

次に、ビーカーに６０％ＨＮＯ，にＨ，ＰＯ４を加えた
混酸を入れ、この混酸液中にＩｎＰウェーハを浸し．ｍ
度６０℃でキセノンランプの強い光を照射しながら約１
０分間酸化させ、１０００人程度の酸化膜を形成した後
、３７０℃で１２時間空気中で熱処理した。

酸化膜が形成されたウェーハの一方の面にレジストを塗
付し、オーミック電極を形成させる他方の面の酸化膜を
ラッピングで除去し、Ｂｒ系エッチャントでエッチング
した後、Ａｕ−Ｇｅを蒸着？た。次に、上記レジストを
除去した後、Ｎ２ガス中で３５０℃で５分間アニールし
、Ａｕ−Ｇｅのオーミック電極を形成し、さらに酸化膜
が残っている面にマスクを用いて直径０．３ｍｍ、間隔
１ｌでＡＱＮを蒸着し、ＭＯＳキャパシタを作成した。

第１図に、作成したＭＯＳキャパシタについて測定した
Ｃ−Ｖ特性を示す。

従来法によると、Ｃ−■特性の電圧軸方向のシフト量が
０．３Ｖ以上あったものが本実施例では第１図から明ら
かなように、ヒステリシスの電圧軸方向のシフト量が０
．２５Ｖ以下の優れた絶縁膜が形成できた。このことは
、本発明で示している方法が、ＩｎＰ半導体を基板とす
るＭＯＳＦＥＴのドレイン電流ドリフト現象の低減に極
めて有力なことを示している。また、ターマン法で測定
した界面準位密度はｌ　Ｏ”ｃｓｉ−”　ｅ　Ｖ−”以
下であり、本発明により，界面準位密度の少ない良質の
絶縁膜ができた。

また、ＨＮＯ，とＨ■ＰＯ４の混酸中でウェーハを酸化
させる際，前もってＩｎを溶解させておいた混酸を使用
した場合にあっても、第２図のように良好なＣ−■特性
が得られ，ターマン法で測定した界面準位密度はＩｎを
溶解させない場合に比べて低減された。

なお、上記実施例ではＩｎＰ単結晶基板上にＭＯＳＦＥ
Ｔを形成した場合についても説明したが、ＩｎおよびＰ
を含む三元、四元混品基板上にＭＯＳＦＥＴを形成する
場合に適用することができ，同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、化合物半導体基板上に
酸化膜を有する素子を形成するにあたり、その化合物半
導体の楕成元素のうち蒸気圧の高い元素を含む酸と硝酸
との混酸中に上記基板を浸漬して表面に酸化膜を形成す
るようにしたので、酸化膜形成中に酸が分解して構成元
素が補給されるため、高品質の酸化膜が形成され、これ
によって界面準位密度が小さく安定かつ特性の均一な酸
化膜を有するＭＯＳＦＥＴを形成できるようになるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を適用して得られたＭＯ
Ｓキャパシタの容量一電圧特性を示す図、第２図は本発
明の他の実施例を適用して得られたＭＯＳキャパシタの
容量一電圧特性を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体基板上に酸化膜を有する素子を形成
   するにあたり、その化合物半導体の構成元素のうち蒸気
   圧の高い元素を含む酸と硝酸との混酸中に上記基板を浸
   漬して表面に酸化膜を形成するようにしたことを特徴と
   する化合物半導体装置の製造方法。
2. （２）化合物半導体の構成元素のうち蒸気圧の低い元素
   をさらに溶解させた混酸を使用するようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の化合物半導体装置の製造方法。