JPH0291938A - 化合物半導体素子の表面安定化保護膜形成方法 - 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素子の表面安定化保護膜形成方法
に関する。

〔従来の技術〕

従来、インジウムリン（ＩｎＰ）やガリウム砒素（Ｇａ
Ａｓ）等のｍ−ｖ族化合物半導体基板上に形成されるＰ
／Ｎ接合やショットキ接合を用いる素子の表面安定化保
護膜（以下、パッシベーション膜という）を形成するに
あたっては、化合物半導体基板の表面を強制的に酸化さ
せず、あるいは■陽極酸化法（例えばＨ，Ｈａｓｅｇａ
ｗａ　ｅｔ、　ａｌ、、　Ｊ、Ｅ、Ｃ，Ｓ、　１２３７
１３（１９７６））、■酸素プラズマ酸化法（例えばＴ
、Ｓｕｇａｎ。

ｅｔ、　ａｌ、、　Ｊ、Ｅ、Ｃ，Ｓ、　１２１１１３（
１９７４））、■光アシスト酸化法（例えばＴ、５ｕｚ
ｕｋｉ　ｅｔ、ａｌ、、Ａ、Ｐ、Ｌ、　３１４７３（１
９７７））等により基板表面を強制的に酸化させてシリ
コン酸化膜やシリコン窒化膜等の所謂ＣＶＤ保護膜（パ
ッシベーション膜）を形成させていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のパッシベーション膜形成方法では化合物
半導体表面における該化合物半導体構成元素からなる酸
化物組成と、その深さ方向分布の再現性、均一性が良く
なかったり、−旦制御性良く酸化層を形成しても、連続
してプラズマＣＶＯ（シリコン）窒化膜や光アシストＣ
ＶＤ窒化膜等のＣＶＤ保護膜を成長させていないため、
イオン性の不純物例えばナトリウムイオン（Ｎａ”）や
銅イオン（Ｃｕ”）等の不純物元素を取込んだり、その
後、継続して行う該化合物半導体基板の洗浄工程やＣＶ
Ｄ成暎時に該酸化物層が削られたり、組成変化を起こし
たりするため、再現性や均一性に乏しいという欠点があ
った。

本発明の目的は上記課題を解消した化合物半導体素子の
表面安定化保護膜形成方法を提供することにある。

〔発明の従来技術に対する相違点〕

上述した従来の表面安定化保護膜形成方法に対し、本発
明はパッシベーション膜の形成前に同一炉内で水蒸気酸
化させることにより素子特性の安定化を図るという相違
点を有する。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明はインジウムリン（Ｉ
ｎＰ）やガリウム砒１（ＧａＡｓ）等のｍ−ｖ族化合物
半導体基板上に形成されるＰ／Ｎ接合やショットキ接合
を用いる素子の表面安定化保護膜を形成する化合物半導
体素子の表面安定化保護膜形成方法において、所定水蒸
気濃度に保った雰囲気にて前記化合物半導体基板の素子
表面を水蒸気酸化させ、同一炉内で連続して、プラズマ
ＣＶＤ窒化膜やシリコン酸化膜乃至光アシストＣＶＤ窒
化膜やシリコン酸化膜等の表面安定化保護膜を形成する
ものである。

〔実施例〕

以下、本発明について図面を参照して説明する。

本発明は、インジウムリン（Ｉ　ｎ　Ｐ）やガリウム砒
素（ＧａＡｇ）等の■−■族化合物半導体基板上に形成
されるＰ／Ｎ接合やショットキ接合を用いる素子のパッ
シベーション膜を形成するにあたって、前記化合物半導
体基板の素子表面を水蒸気酸化させ、同一炉内で連続し
て、プラズマＣＶＤ　（シリコン）窒化膜やシリコン酸
化膜乃至光アシストＣＶＯ＜シリコン）窒化膜やシリコ
ン酸化膜等のパッシベーション膜を形成するものである
。

水蒸気酸化させる際に、所定水蒸気濃度の雰囲気中で該
化合物半導体基板の素子表面を一定温度（５０℃−４０
０℃）の下に酸化することにより低温で組成制御された
該化合物半導体構成元素からなる酸化物層を形成した後
、同一炉内にて、連続して低温成長温度でのプラズマＣ
ＶＤ窒化膜等の所謂ＣＶＯ保護膜（パッシベーション膜
）を形成することにより、プラズマ状態に該基板表面が
さらされることに伴う所謂プラズマダメージを誘起させ
ないこと、また連続成長によるイオン性不純物導入や酸
化物変成等を防止する。また水蒸気雰囲気中にて化合物
半導体基板の熱処理を行うに際して、所定の昇温速度で
低温側から高温側（室温から４００℃を上限とする範囲
内）に熱処理することにより■−■族化合物半導体の短
所であるＶ族元素の蒸発を低温側熱処理に形成される該
化合物半導体構成元素からなる酸化物層で被覆させて保
護しながら所定厚さの酸化物層を組成制御して形成する
。

次に本発明の実施例について説明する。

（実施例１） 第１図（ａ）は本発明の実施例１であるインジウムリン
（ＩｎＰ）化合物半導体基板を用いるアベランシ工・フ
ォトダイオード（Ａ、Ｐ、Ｄ）の縦断面図、第１図（ｂ
）〜（１）は本発明を製造工程順に示す縦断面図である
。

第１図（ｂ）において、高濃度Ｎ型インジウムリン（ｎ
”Ｉ　ｎ　Ｐ）基板１上に低濃度ｎ−型インジウムガリ
ウム砒素（ｎ″″ＩｎＧａＡｓ）層２及びｎ型インジウ
ムリン（ＩｎＰ）層３からなるエピタキシャル成長層を
有する基板にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜乃至五酸化
燐を含むシリコン酸化膜（ＣＶＤ　ＳｉＯ□）膜９を成
長させたのち、通常のフォトリソグラフィーと弗酸水溶
液により該ＣＶＤ　５ｉｎ２膜９の所望領域を開窓して
から、燐を含む亜鉛化合物を用いた封管拡散法により所
定温度熱処理を施して高濃度Ｐ型拡散層（ｐ”Ｚｎ）４
によるＰＮ接合を形成する。次いで第１図（ｃ）に示す
ように該ＣＶＤ　５ｉｎ２膜９を弗酸水溶液により除去
した後、本発明による表面安定化保護膜を以下の要領で
形成する。

すなわち、図示しないプラズマＣＶＤ窒化膜成長装置に
接続された所定温度の純水槽に窒素ガスを所定量バブル
させることにより一定濃度の水蒸気を含む窒素ガスを該
成長装置に流し込んでおき、第１図（ｃ）に示すように
、該プラズマＣＶＤ窒化膜成長装置内の基板の温度を所
定昇温速度で室温から３００℃まで昇温して所定水蒸気
雰囲気中にて該ＩｎＰ基板１の素子表面にＩｎ２Ｏ５ｅ
　ｘｎｃｐｏ、）ｘやＩｎＰＯ４等のＩｎとＰからなる
インジウムリン酸化物層（ｐ”ＩｎＰ層）５を所定厚さ
、所定範囲の組成混合比にて形成させ、その後、水蒸気
雰囲気から完全に窒素雰囲気に置換させた後、モノシラ
ンガス（Ｓｉｎ、）、アンモニアガス（ＮＨ３）からな
る窒素混合ガス雰囲気にてプラズマ放電させた所謂プラ
ズマＣＶＤ窒化膜６を成長させる。

然る後、第１図（ｄ）に示すように亜鉛拡散を施したｐ
”　ＩｎＰ層５及びプラズマＣＶＤ窒化膜６の一部を通
常のフォトリソグラフィーと弗酸水溶液乃至熱リン酸等
により開窓し、金亜鉛（ＡｕＺｕ）等のＰ型ＩｎＰ層に
対するオーミック電極を介してチタン、白金。

金（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）のアノード電極７を形成する０
次いで第１図（＆）に示すように、ｎ”ＩｎＰ側に金、
ゲルマニウム合金とニッケルからなるＮ型用オーミック
電極を介してチタン、金等のカソード電極８を形成して
アバランシェ・フォトダイオードを完成する。

上述したように実施例１によれば、水蒸気雰囲気中でイ
ンジウムリン（Ｉ　ｎ　Ｐ）化合物半導体基板の素子表
面を酸化して該化合物半導体基板の構成元素からなるイ
ンジウムリンの酸化層を形成させたのち、同一炉内で連
続してＣＶＤ窒化膜６を形成することにより、特にＡＰ
Ｄの逆方向耐圧の安定化、リーク電流の減少化が達成さ
れる。

（実施例２） 第２図（ａ）は本発明の第２の実施例であるガリウム砒
素（ＧａＡｓ）化合物半導体基板を用いるショットキ接
合型電界効果トランジスタを基本能動素子とし、他に抵
抗等の受動素子からなる集積回路素子を示す縦断面図、
第２図（ｂ）〜（ｅ）は第２図（ａ）の集積回路素子の
形成方法を示す縦断面図である。

先ず第２図（ｂ）に示すように、半絶縁性ガリウム砒素
（ＧａＡｓ）基板ｚｌ上にシリコン等のＮ型不純物イオ
ンを所定領域にイオン注入させて、活性化アニールを施
しｎ型ガリウム砒素（ＧａＡｓ）領域２２を形成したの
ち１通常のＣＶＤ法によるシリコン酸化膜２３を形成す
る。続いてチタン、白金、金からなるショットキゲート
電極２４を該シリコン酸化膜２３の所定領域を開窓して
形成する。次いで第２図（ｃ）に示すように該シリコン
酸化膜２３をスペーサ層とするレジストリフトオフ技術
により金、ゲルマニウム合金（ＡｕＧｅ）とニッケル（
Ｎｉ）からなるＮ型ＧａＡｓへのソースオーミック電極
２５、ドレインオーミック電極２６．抵抗層オーミック
電極２７を形成する。特に、ここで重要なことは該スペ
ーサ層としてのシリコン酸化膜を弗酸水溶液にて除去し
たのち、熱リン酸や塩酸等にて該ＧａＡｇ露出面上の自
然酸化層等の酸化物を十分除去しておくこと及びｎ型能
動層領域以外の半絶縁性ＧａＡｓ基板２１の表面等の所
謂フィールド領域のシリコン酸化１１１２３は全面的に
除去する必要がある。次いで第２図（Ｊ）に示すように
本発明の方法により化合物半導体基板の構成元素である
ＧａとＡｓからなるガリウム砒素酸化物層２８を水蒸気
雰囲気にて形成したのち、シリコン酸化膜（ＣＶＤＳ　
ｉ　Ｏ，膜）２９を形成する。然る後に通常のショット
キ接合型ＧａＡｓ電界効果トランジスタ製造方法に従い
、ＣＶＤ　５ｉｎ２＠２９の所定位置を開窓してソース
電極３０、ドレイン電極３１及び抵抗電極３２及びゲー
ト引出し電極をチタン、白金、均等のメタルで接続して
第２図（ａ）に示すショットキ接合型ＧａＡｓ電界効果
集積回路素子を完成する。

本実施例によれば、半絶縁性ＧａＡｓ基板２１の表面の
みを選択的に組成比制御して水蒸気酸化させることによ
り、ショットキ接合型ＧａＡｓ電界効果トランジスタの
集積回路製造で最も問題となるサイドゲート効果が大幅
に改善され、しかも該強制酸化に伴うトランジスタへの
影響を全く無視して行える利点を有する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は水蒸気雰囲気中で化合物半
導体基板の素子表面を酸化して該化合物半導体基板の構
成元素からなる酸化物層を形成したのち、同一炉内で連
続してプラズマＣＶＤシリコン窒化膜やシリコン酸化膜
乃至ＣＶＤシリコン酸化膜を形成することにより、該半
導体基板の素子表面にプラズマダメージを誘起させない
ばかりでなく、イオン性不純物等の不純物混入を防ぐと
ともに該化合物半導体基板の構成元素からなる酸化物層
の低温形成による■−■族化合物半導体特有の■族元素
の蒸発防止、ＣＶＤシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜
と化合物半導体との界面特性を該酸化物層を介して再現
性、均一性良く制御できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例を示すＩｎＰ化合
物半導体基板を用いるアバランシェ・フォトダイオード
（ＡＰＤ）の縦断面図、第１図（ｂ）〜（ｄ）は第１図
（ａ）に示すＡＰＤの形成方法を工程順にしめず縦断面
図、第２図（ａ）は本発明の第２の実施例を示すＧａＡ
ｓ化合物半導体基板を用いるシ五ットキ接合型電界効果
トランジスタ集積回路素子の縦断面図、第２図（ｂ）〜
（ｅ）は第２図（ａ）の形成工程を示す縦断面図である
。 １・・・高濃度Ｎ型インジウムリン基板２・・・低濃度
ｎ″″インジウムガリウム砒素層３・・・ｎ型インジウ
ムリン層 ４・・・高濃度Ｐ型拡散層 ５・・・インジウムリン酸化物層 ６・・・プラズマＣＶＤ（シリコン）窒化膜７・・・ア
ノード電極　　　　　８・・・カソード電極９．２３．
２９・・・シリコン酸化膜 ２１・・・半絶縁性ガリウム砒素基板 ２２・・・ｎ型ガリウム砒素領域 ２４・・・ショットキゲート電極 ２５・・・ソースオーミック電極 ２６・・・ドレインオーミック電極 ２７・・・抵抗層オーミック電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）インジウムリン（ＩｎＰ）やガリウム砒素（Ｇａ
   Ａｓ）等のIII−Ｖ族化合物半導体基板上に形成される
   Ｐ／Ｎ接合やショットキ接合を用いる素子の表面安定化
   保護膜を形成する化合物半導体素子の表面安定化保護膜
   形成方法において、所定水蒸気濃度に保った雰囲気にて
   前記化合物半導体基板の素子表面を水蒸気酸化させ、同
   一炉内で連続して、プラズマＣＶＤシリコン窒化膜やシ
   リコン酸化膜乃至光アシストＣＶＤシリコン窒化膜やシ
   リコン酸化膜等の表面安定化保護膜を形成することを特
   徴とする化合物半導体素子の表面安定化保護膜形成方法
   。