JPH03129878A - 金属―酸化物―半導体接合の形成方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、電界効果トランジスタにおけるショットキ接
合をはじめｍ−ｖ族化合物半導体デバイスに用いられる
金属と半導体との界面に酸化物薄層を設けた金属−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ＦＥＴ　（電界効果トランジスタ）をほじめとする
■−■族化合物半導体デバイスの高性化を指向して、各
種のデバイス関連技術の開発、改良が盛んに進められて
いる。それらの技術の一つにショットキ接合の形成とい
う基本技術がある。ショットキ接合形成技術は、特にＧ
ａＡｓデバイスの開発に関連して進められてきた。

ＩｎＰはポスト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なこと
が知られている。ショットキ接合のリーク電流の大小や
整流性の良否を表わす物理量として、接合のバリアの高
さφＢ、　ｎ値があるが、従来デバイスに使用されて来
たＳｉやＧａＡｓ　ｎ−型半導体については、φＢ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２／３程度という経験則が成立っている
。例えば、ＧａＡｓでは０．８〜０．９ｅＶ、　Ｓｉ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、金属−ＩｎＰショットキ接合においては、
上記経験則によれば、φＢ＝０．８ｅＶ程度の値が期待
されるが、実際にはφＢＴｈ０．４〜０．５　ｅＶ程度
のショットキ接合しか得られていない。φＢが小さいと
いう結果が示すように、金属−ＩｎＰショットキ接合に
おいては、逆方向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。

このような困難を克服するため種々の対策が講ぜられて
きた。例えば、金属とＩｎＰとの界面に酸化物からなる
薄い絶縁膜を介在させて擬似的に接合の°バリアの高さ
φＢを増大させ、リーク電流を低減し、降伏電圧の増大
を図る方法である。

本発明者らは先に、ＩｎＰに界面酸化物を形成する手段
として、ショットキ形成金属の被着に先だって、ＩｎＰ
表面をマイクロ波励起の酸素ラジカルに拍子することに
よってＩｎＰ表面に薄い（≦５０人）酸化物層を形成す
ることにより金属−酸化物−ＩｎＰ接合を形成する方法
を案出した（特開昭６ｌ−２２４４５４）。

その後、前記方法を使用してデバイス開発を進めた結果
、この方法によっても、接合特性特に逆方向特性の安定
性に問題−例えば逆方向の反復通電或いは過剰通電に対
する劣化−があることが判明した０本発明者らは、これ
らの欠点の克服を目的に酸化物層の形成方法の改良を図
った結果、逆方向リーク電流が減少し、耐圧が増加し、
さらに逆方向特性の安定性にすぐれた金属−酸化物−Ｉ
ｎＰ接合の形成方法を見出した（特願昭６３−２７０７
３１）。改良された酸化物の形成方法は、酸素ガスのマ
イクロ波励起により生成された長寿命の酸素ラジカルに
適量のホスフィン（ｐｕａ）ガスを混入させ、両者の反
応により室温に近い温度において、ＩｎＰ（半導体）基
体上の接合予定域に、燐を含む酸化物を堆積せしめる方
法である。この堆積した酸化物層上に接合形成金属、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。このようにして形成された接合は、従来の酸素ラ
ジカル処理のみを用いて形成された接合と比較して、逆
方向リーク電流が小さく、逆方向耐圧が高く、且つ安定
性の改善も著しい。しかし、更に開発を進める段階で、
同一ウエバ内或いは同時流品ウェハ間に特性のばらつき
が生じる場合がしばしばみられることが判明した。これ
は、素子製造において歩留り低下につながる重要は課題
であり改善が必要である。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように、例えばＩｎＰのような半導体基体主
表面の接合形成予定域に、マイクロ波励起の長寿命酸素
ラジカルとＰＨ，ガスとの反応により燐を含む酸化物を
堆積し、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同一ウエバ内或いは同時
流品のウェハ間にしばしば特性のばらつきが見られ、歩
留り低下という素子製造上重大な欠点があることが判明
した。

本発明は上記の欠点を改良し、特性ばらつきの少い安定
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） 本発明の金属−酸化物一半導体接合の形成方法は、イン
ジウムを含む■−■族化合物半導体基体の接合形成予定
域の主面上に、酸素ラジカルとホスフィンガスとの反応
により燐の酸化物を堆積させた直後にアニールを施し、
次いで酸化物層上に金属層を被着して金属−酸化物一半
導体接合を形成する工程を含むことを特徴とする。

（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
前記アニール処理を施さない場合に比較して同一ウエバ
内はもとより、同時に工程にかけたウェハ間での特性の
均一性が向上する。

（実施例） 以下、本発明にかかる金属−酸化物一半導体接合の一実
施例につき１図面を参照して説明する。

第１図（ａ）〜（ｇ）に本発明に係る金属−酸化物一半
導体接合の形成方法を、　ＩｎＰショットキゲートＦＥ
Ｔのゲート電極の形成に通用する混合の工程を断面図で
示す。

第１図（ａ）に示すように半絶縁性１ｎＰ基体１上にｎ
−型ＩｎＰ動作層２を形成した後、この動作層２上にオ
ーミック接触をなすソース電極３Ｓ、およびドレイン電
極３Ｄを周知の方法により形成する。

次に第１図（ｂ）に示すように、ソース電極３ｓおよび
ドレーン電極３Ｄを含むＩｎＰ動作層２上にＣＶＤ５ｉ
ｎ、膜４、続いてプラズマＳｉ、　Ｎ４膜５を堆積する
。

次いで、光触刻法を用いて、反応性イオンエツチング法
（以下、ＲＩＥ法と略称する）でＳｉ、　Ｎ４膜５．続
いてケミカルドライエツチング法（以下、ＣＯ２法と略
称する）で５ｉｎ２膜４を夫々エツチングして、逆Ｔ字
型のゲート電極形成予定域３を形成し、ＩｎＰ動作層２
の一部を露出させる。

次に、第１図（ｃ）に示すように、ゲート形成予定域３
を含むＩｎＰ基体１の全面に燐を含む酸化物層１４を堆
積する。

次に、上記酸化物層１４の形成方法を第２図を参照して
説明する。酸化物形成装置はガス解離室２１と試料室２
２から構成され、これらは例えば石英で構成された輸送
パイプ２３により接続されている。

また、ガス解離室２１には酸素ガス導入口２４、導波管
２５が設置され、試料室２２にはホスフィンガス導入口
２８、排気口２６および試料台２７がそれぞれ設けられ
ている。先ず装置内を圧力Ｉ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以
下に排気した後、例えば酸素ガスを３０３ＣＣＨの割合
で酸素ガス導入口２４よりガス解離室２１へ導入し、導
波管２５により３００ｗのマイクロ波電界を印加し、酸
素ガスを放電、解離させ、酸素プラズマを解離室２１内
で発生させる。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、ガス導入口
２８から例えば３０３ＣＣＨ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
体１上に、例えば厚さ約８０人の酸化物層１４を堆積さ
せる。

次に、第１図に示す本発明の方法に従って、接合形成金
属の被着に先だって、ＩｎＰ基体を含む酸化物層１４に
アニール処理を施す。前記のように、酸化物層１４を堆
積したＩｎＰ基体１を例えばアルゴンガスを流し２５０
℃の温度に設定されたアニール炉に収容し、例えば２５
分間アニールを施す。次に、アニールを終った前記Ｉｎ
Ｐ基体１を好ましくはすみやかに、蒸着装置内に収容し
た後、背圧が〜５Ｘ　１０””　Ｔｏｒｒに到達してか
ら、第１図（ｄ）に示すようにゲート電極形成域３を含
む半導体基体１全面にゲート形成金属、例えばＡｕ層６
を約５０００人波着する。その結果、第１図（ｄ）に示
すように、ゲート電極３Ｇが形成される。続いて、第１
図（ａ）に示すように、ゲート電極形成域３を含む半導
体基体１全面にレジスト層７、例えばＡＺ４３５０　（
商品名。

シブレイ社１ｇ）を厚く例えば〜３声厚に塗布する。

この結果、ゲート電極形成開孔部３は第１図（ｅ）に示
すようにレジストで塞がれる。この状態でレジスト７を
０２ガスを用いたＲＩＥで除去し、第１図（ｆ）のよう
にゲート電極部を除＜　Ａｕ層６を露出させる０次に、
ゲート電極形成域３のレジストをマスクにＡｕ層６、酸
化物層１４、Ｓｉ、　Ｎ４膜５、Ｓｉｎ、膜４を夫々エ
ツチング除去し、最後に、ゲート電極形成域３のレジス
トを除去し第１図（ｇ）に示すような所定の寸法、形状
のゲート電極３Ｇを備えたＦＥＴが完成する。

前記のようにして得られたゲート電極の接合特性の典型
値として、バリア高さφＢ≧０．６９　ｅＶ、降伏電圧
ＶＲ（逆方向電流ＩＲ＝　１　ｕＡ）！２８Ｖ、　ｎ　
＝１．ｏｓという良好な値が得られた。また同時に製作
した酸化物層を有しつつ、アニールを施さないＦＥＴの
ゲート電極の接合特性はφＢ！０．６７ｅＶ、　ＶＲ＝
２４Ｖ、ｎ＝１．０６であった。

第３図、第４図は本発明の方法と、従来のアニールなし
の方法とでそれぞれ形成したＡｕ−酸化物−ＩｎＰ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Ｃ
図中０印）と従来の方法（図中×印）で形成した接合に
逆方向電圧ＶＲ＝　ＩＯＶを印加した際の電流値ＩＲの
同一ウエバ内における個数分布を示したものである０図
から判るように、本発明により形成した接合の方が逆方
向電流の均一性が向上していることは明らかである。第
４図は同じく降伏電圧ＶＲの個数分布を両方法で形成し
た接合について比較したもので、本発明による均一性の
改善の効果は明らかである。また、同時に工程にかけた
ウェハ間でも特性のばらつきが改善された。

上述した実施例においては、・酸化物層堆積後のアニー
ル温度が２５０℃の場合について説明したが本発明者ら
の実験によればアニール温度は２００℃〜３５０℃の範
囲が適当である。２００℃以下の温度では酸化物−ｒｎ
Ｐ界面を含む酸化物層に対するアニール効果が十分発揮
されず、特性のばらつきの低減に顕著な改善はみられな
い。また、３５０℃以上の温度では、特性の改善よりむ
しろ劣化する、例えば逆方向リーク電流の増大、耐圧の
減少といった現象がしばしばみられるようになり、特性
改善のためのアニール温度として不適当である。なお、
アニール時間の効果はあまり顕著ではなく、デバイス製
造工程等その他を考慮して、２０〜３０分が好ましい。

なお、本実施例においては、半導体がｒｎＰの場合につ
いて説明したが、本発明半導体材料に制約うけるもので
なく例えばＩｎＧａＡｓのようなＩｎを含む他の■−■
族化合物半導体に対しても同様に有効である。

また、アニール時に使用するガスとしてアルゴンを例示
したが、酸素ガスでも同様の効果が得られた。さらに、
接合形成金属としてＡｕを例に説明したが、Ｐｔ、　Ｐ
ｄ、　Ａｇ等他の金属でもよい。

さらに、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であることは勿論であ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、Ｉｎを含む■−■族
化合物半導体基体表面に酸素ラジカルとホスフィンとの
反応より酸化物を堆積し、その上に金属を被着して金属
−酸化物一半導体接合を構成するにあたり、前記金属の
被着に先だって前記半導体基体を含む前記酸化物をアニ
ールすることにより、接合特性特に逆方向特性のばらつ
きの少い安定性に優れた接合を形成することができる顕
著な利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明に係る接合形成方法を含
むＦＥＴの製作工程を工程順に示すいずれも断面図、第
２図は本発明の達成に用いられるプラズマによる酸化物
堆積装置の概要を示す断面図、第３＠Ｉは本発明の方法
と従来方法とにより形成した接合の逆方向電流値の個数
分布を示す線図、第４図は同じく本発明の方法と従来方
法とにより形成した接合の降伏電圧の個数分布を示す線
図である。 ３・・・ゲート形成予定域、３Ｓ、３Ｇ、３Ｄ・・・電
極、４−　Ｓｉｎ、膜、５−５ｉ、Ｎ４膜、６−Ａｕ層
、１４・・・酸化物層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　インジウムを含むIII−Ｖ族化合物半導体基体の接合
   形成予定域の主面上に、酸素ラジカルとホスフィンガス
   との反応により燐の酸化物を堆積させた直後にアニール
   を施し、次いで酸化物層上に金属層を被着して金属−酸
   化物−半導体接合を形成する工程を含む金属−酸化物−
   半導体接合の形成方法。