JPH03156974A - 化合物半導体絶縁ゲート型電界効果トランジスタ - Google Patents

化合物半導体絶縁ゲート型電界効果トランジスタ

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JPH03156974A
JPH03156974A JP29672389A JP29672389A JPH03156974A JP H03156974 A JPH03156974 A JP H03156974A JP 29672389 A JP29672389 A JP 29672389A JP 29672389 A JP29672389 A JP 29672389A JP H03156974 A JPH03156974 A JP H03156974A
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JP
Japan
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layer
gate
metal
inp
gate electrode
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Pending
Application number
JP29672389A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Ishimura
石村 浩
Kazumi Sasaki
和美 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

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、化合物半導体を用いた絶縁ゲート型電界効果
トランジスタに関し、特にインジウム(In)を少なく
ともその構成元素として含む化合物半導体、とりわけI
nPを用いた高周波、高出力動作に好適な絶縁ゲート型
電界効果トランジスタに関する。
(従来の技術) InPは、現在マイクロ波半導体素子用材料の主流を占
めているGaAsに比べても、電子飽和速度が大きく、
また熱伝導率が大きいといった特性を有しているため、
GaAsを上回る高周波動作が期待される電力用半導体
素子用材料として注目を集めている。InPでは、Ga
Asの様に逆方向リーク電流の小さい良好なシミットキ
1接合を形成することが難しいため、金属/絶縁体/半
導体構造(以下MISと略す)をゲートとする絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ(以下にl5FII!Tと略
す)が中心に開発されてきた。
InP MISFETを実用化するにあたっての最も大
きな問題点の−っは、ドレイン電流が時間と共に変動す
るいわゆる電流ドリフトが生ずることであった。電流ド
リフトの原因については末だ不明な点も多いが、絶縁膜
/InP (IS界面)に存在する界面準位への電子の
充放電により、動作チャネル中の電子濃度が時間と共に
変調を受けることが主な原因の一つと考えられる。この
ため従来より、IS界面の界面準位を極力低減すべく、
種々の絶縁膜形成方法、例えば熱酸化法、陽極酸化法、
化学的気相堆積(CVO)法、光CVD法、プラズマC
VD法などにより、工n203、陽極酸化膜、SiO2
、Si3N4膜といった種々の絶縁膜を形成することが
試みられてきた。
これらの方法の中で、低温堆積が可能な光CVD法やプ
ラズマCVD法により、堆積温度が300℃以下で形成
されたSiO□膜等では比較的良好な界面特性が報告さ
れており、事実この様なIS界面を用い、ゲート金属と
してAQを使ったInP MISFETに於いては、ド
レイン電流ドリフトが約5〜10%程度にまで改善され
てきた。
しかしながら実用的には、末だ改善の効果は不十分であ
ると言わざるを得す、これがため実用に供し得るInP
 MISFETを製造することができないのが実情であ
った。
この様に、従来はMIS構造のうちのIS界面のみが注
目され、改善に向けての努力が行われてきたが、MI界
面については殆ど検討がなされていなかった。しかし、
MI界面はMIS構造の電気的特性に影響を及ぼすこと
は明らかで、例えば、AQ/Sin2IM界面の場合に
は、A11とSjO□との反応によりMIS構造の電気
的特性が大きく変化することが実験的に確認されている
。従って、実用に供し得るInP MISFETを製造
するためには、MI界面を改善することも重要となる。
(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、従来、界面準位密度の小さい、良好
な特性を有するIS界面を形成すべく、種々の堆積方法
で種々の絶縁膜の堆積が試みられてきたが、従来通常用
いられてきたAQをゲート電極金属とした場合には、ド
レイン電流ドリフトに対する改善の効果は末だ不十分で
あった。このため、電流ドリフトが生じない良好な特性
のMISFETを実現することができなかった。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、I
nをその構成元素とする化合物半導体、とりわけInP
を用いた高周波、高出力動作に好適な絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ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、化合物半導体層
を動作層とする絶縁ゲート型電界効果トランジスタにお
いて、ゲート絶縁体に接する少なくとも一層以上の金属
層からなるゲート電極部がNi、 V、 Cr、 Zr
、 Nb、 Mo、 Ta、またはり金属層のいづれか
ひとつを最下層とするものであり、トランジスタの動作
層を形成する化合物半導体が、少なくともインジウムI
nを構成元素として含むこと、或いは、ゲート絶縁体に
接する半導体層が、InPであること、またゲート絶縁
体が、窒化燐PxNy(x、 yは正の数)を最下層と
する少なくとも一層以上の絶縁体層からなることを実施
態様としている。尚、動作層を形成する半導体層と、ゲ
ート絶縁体に接する半導体層は同一の半導体で形成され
ていても、或いは異なる半導体で形成されていても良い
(作 用) =4− 従来使われていたAQの場合には、往々にしてゲート絶
縁膜との反応が起こり、この反応によって金属/絶縁膜
界面、及び絶縁膜中に捕獲準位が形成される。また、反
応に伴う生成物が拡散によって絶縁膜/半導体界面に到
達し、そこで界面準位を形成することが起こっていた。
本発明者はこの、金属と絶縁膜との反応を抑止すること
を目的に、種々の金属について実験検討を重ねた結果、
Ni、またはTa、V、 Cr、Zr、 Nb、 Mo
などの高融点金属を、ゲート絶縁体に接するゲート電極
金属層の最下層金属として用いることにより、上”記、
金属/絶縁体(MI)界面に関する問題点を改善し得る
ことを見出だして本発明を達成するに至った。これによ
り、電流ドリフトが生じない良好な特性の阿l5FET
を提供できる。
(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
第1図は、この発明に係るデイブレジョン型InP M
ISFETの断面概略図である。この図において、■は
半絶縁性InP基板、2はn型InP動作層、3は窒化
燐PxNy(X、 yは正の数)を下層とし窒化珪素5
iNx(xは正の数)を上層とした積層膜からなるグー
1−絶縁層、4.5はn型動作層にオーム性接触をなす
、それぞれソース、及びドレイン電極であり、また、6
はNiからなるゲート電極である。
以下に第1図に示したInP MISFETの製造方法
の一例を工程順に第2図(、)〜(c)によって説明す
る。
先ず、第2図(a)に示すように半絶縁性InP基板1
にS〕イオンを加速エネルギ70keVでドーズ量4×
10′27■2注入した後、ホスフィンPH3を約5T
orr含んだAri囲気中で730℃10分間のアニー
ルを施して注入Siを活性化させ、キャリア濃度が概略
2.5 X 1017G−3のn型動作層2を形成する
。続いて、素子分離のためのメサエッチングを施した後
(図示せず)、第2図(b)に示すように、プラズマ発
生部と、膜を堆積する反応部を空間的に分離した、イン
ダイレクトプラズマCvD装置を用い、基板温度90℃
にて、窒化燐PxNy(x、 yは正の数)を下層とし
窒化珪素5iNx(xは正の数)を上層とじた積層膜か
らなるゲート絶縁膜を全体の厚さで60nm堆積する。
この際、PxNyの膜厚は10nm以下が望ましい。次
に、第2図(C)に示すように、通常のPEP法、蒸着
法、およびリフトオフ法によって、AuGe/Ptをソ
ース、ドレイン領域に形成し合金化熱処理を施して、ソ
ース、ドレイン電極4.5を形成する。続いて、ゲート
形成用PEP工程、蒸着、リフトオフ工程を経てNiか
らなるゲート電極6を形成し、第1図に示すようなデイ
ブレジョン型InP MISFETが完成する。
尚、上記実施例ではプレーナ型のにl5FETについて
説明したが、本発明のMISFETはなんらこれらに限
定されるものではなく、例えば、ゲート部にリセス構造
を採っても良いことは勿論である。なお、上記実施例で
は本発明のMISFETを製造する方法において、動作
層2は半絶縁性InP基板にイオン注入法によって形成
する場合を説明したが、例えば、クロライド気相成長(
VPE)法や分子線結晶成長(MBE) @などのエピ
タキシャル結晶成長技術を使って形成しても良い。更に
は、この半導体層が、− 非晶質であっても本発明の効果は基本的には変わらない
また、最下層のゲート金属も上記実施例で説明したNi
に限られることはなく、本発明の請求範囲、即ちV、C
r、 Zr、 Nb、 Mo、 Ta、またはりから選
ばれた金属であるならば、以下に述べるような本発明の
効果が得られる。
上記実施例においては、ゲート絶縁膜として窒化燐P、
Ny(x、 yは正の数)を下層とし窒化珪素SiN。
(Xは正の数)を上層とした積層膜を用いた場合を説明
したが、ゲー1へ絶縁膜は、これに限られるものではな
く、例えば、InPxOy(x、 yは正の数)等であ
っても良い。ただし、本発明実の実験によると、最下層
のゲート金属をNi等にする場合に得られた効果は、た
とえ積層膜構造であってもゲート絶縁膜が、窒化線Px
Ny(x、yは正の数)を最下層とする場合に最大とな
った。
上述の方法で製造された本発明のInP MISFET
のドレイン電流ドリフトを測定したところ、第3図に実
線で示すごとく、ドリフト量は2%以内と極− めて小さなものであった。尚、第3図は、ソース、ドレ
イン間に5vの電圧を印加し、ゲートバイアス電圧を時
刻(t)=Oで0■から一2■までステップ状に変化さ
せた場合のドレイン電流の時間変化を、時刻(t)=o
のドレイン電流で正規化して示したものである。本発明
の効果を明確にするために、同一形状のMISFETを
、従来のAQをゲート電極とし、他のプロセスはすべて
上記MISFETと同一に形成して同様の測定を行った
結果を図中破線で合わせて示しである。電流ドリフトが
大幅に減少していることが分かる。
以」二は半導体動作層がInPの場合について説明した
が、例えばInGaAsなどのInを含む混晶半導体を
動作層とした場合には本発明を適用できる。また本発明
の別の実施例として、InGaAsを動作層とし、In
Pをその上に積層したFETの構造断面図を第4図に示
す。第4図において、1は半絶縁性InP基板、】1は
n型InGaAs動作層、12はInP層、3は窒化燐
PXNy(x、 yは正の数)を下層とし窒化珪素5i
Nx(xは正の数)を上層とした積層膜からなるゲ−ト
絶縁膜、6はNiからなるゲート電極、4.5はそれぞ
れソース、ドレイン電極である。尚、第4図に示したよ
うな構造において、ゲート電極下のInPl、2層は不
純物がトープされていてもいなくても本発明の効果には
影響はない。この様なMISFETに於いても、上記第
3図に示したのと同等の、ドレイン電流ドリフト抑制効
果が得られた。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば絶縁ゲート部、特に
MI界面が改良され、ドレイン電流の時間ドリフト量を
、従来のMISFETに比べて大幅に低減させ得る化合
物半導体MISFETを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るInP MISFETを示す断
面概略図、第2図(a)〜(c)は、本発明に係るIn
PMISFETの製造方法の一実施例を工程順に説明す
る断面図、第3図は、本発明の実施例により製造したI
nP MISFETのドレイン電流の時間変化を、従来
のMISFETのドレイン電流の時間変化と比較して示
す線図、第4図は、本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。 1・・・半絶縁性InP基板、2・・・n型InP動作
層、3・・・ゲート絶縁膜、4・・・ソース電極、5・
・・ドレイン電極、6・・・グー1〜電極、12− I
nP層、11−n型InGaAs動作層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 化合物半導体層を動作層とする絶縁ゲート型電界効果ト
    ランジスタにおいて、ゲート絶縁体に接する少なくとも
    一層以上の金属層からなるゲート電極部が、Ni、V、
    Cr、Zr、Nb、Mo、Ta、またはWの金属層のい
    づれか一つを最下層とすることを特徴とする化合物半導
    体絶縁ゲート型電界効果トランジスタ。
JP29672389A 1989-11-15 1989-11-15 化合物半導体絶縁ゲート型電界効果トランジスタ Pending JPH03156974A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2347789B (en) * 1999-03-01 2002-07-03 Nec Corp Complementary integratted circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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