JPH0587190B2 - - Google Patents
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- JPH0587190B2 JPH0587190B2 JP62252792A JP25279287A JPH0587190B2 JP H0587190 B2 JPH0587190 B2 JP H0587190B2 JP 62252792 A JP62252792 A JP 62252792A JP 25279287 A JP25279287 A JP 25279287A JP H0587190 B2 JPH0587190 B2 JP H0587190B2
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 31
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は半導体上の絶縁体膜形成方法、更に詳
しくは砒化ガリウムを用いたMIS構造デバイスの
形成方法に関する。
しくは砒化ガリウムを用いたMIS構造デバイスの
形成方法に関する。
（従来の技術）
砒化ガリウム（以下ではGaAsと記す）を用い
たMIS（金属−絶縁体−半導体）デバイスの特性
は絶縁体膜と半導体との界面特性に強く依存す
る。従来、良好な界面特性を得るために、GaAs
の表面酸化層及び表面過剰砒素（As）を水素プ
ラズマで除去する方法（ジヤーナル・オブ・アプ
ライド・フイジクス（Journal of Applied
Physics），52［５］3515−3519（1981））あるいは
高純度流水で処理する方法（アプライド・フイジ
クス・レターズ（Applied Physics Letters）50
［５］256−258（1987））等が検討されてきた。こ
れらは、ｎ型GaAsのMIS型半導体装置において
GaAs表面の過剰Asが表面ポテンシヤルをピンニ
ングしてしまい界面特性を悪化させるという問題
の解決を目的にしている。
たMIS（金属−絶縁体−半導体）デバイスの特性
は絶縁体膜と半導体との界面特性に強く依存す
る。従来、良好な界面特性を得るために、GaAs
の表面酸化層及び表面過剰砒素（As）を水素プ
ラズマで除去する方法（ジヤーナル・オブ・アプ
ライド・フイジクス（Journal of Applied
Physics），52［５］3515−3519（1981））あるいは
高純度流水で処理する方法（アプライド・フイジ
クス・レターズ（Applied Physics Letters）50
［５］256−258（1987））等が検討されてきた。こ
れらは、ｎ型GaAsのMIS型半導体装置において
GaAs表面の過剰Asが表面ポテンシヤルをピンニ
ングしてしまい界面特性を悪化させるという問題
の解決を目的にしている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかし、過剰Asの除去のためにプラズマを用
いる場合には、プラズマを発生させるための高周
波電源が基板加熱装置以外に必要となるという不
利の他に、プラズマ条件によつてはGaAs表面が
プラズマ損傷を受ける危険性がある。すなわちプ
ラズマ処理時間やプラズマ出力が適切でないと
As除去以上に損傷が生じ界面特性が劣化する。
また、流水処理の場合には、流水処理後絶縁体膜
を形成するまでの間にGaAs表面を大気にさらし
てはならないため絶縁体膜形成に移行するまでに
特別の工夫が必要とされ、特性の再現性も良くな
い。
いる場合には、プラズマを発生させるための高周
波電源が基板加熱装置以外に必要となるという不
利の他に、プラズマ条件によつてはGaAs表面が
プラズマ損傷を受ける危険性がある。すなわちプ
ラズマ処理時間やプラズマ出力が適切でないと
As除去以上に損傷が生じ界面特性が劣化する。
また、流水処理の場合には、流水処理後絶縁体膜
を形成するまでの間にGaAs表面を大気にさらし
てはならないため絶縁体膜形成に移行するまでに
特別の工夫が必要とされ、特性の再現性も良くな
い。
本発明は以上のような問題点を解決するために
なされたもので、簡便に再現性良くGaAs表面の
過剰Asを処理し良好なMIS特性を実現する方法
を提供することを目的とする。
なされたもので、簡便に再現性良くGaAs表面の
過剰Asを処理し良好なMIS特性を実現する方法
を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
本発明では、上記目的のため、GaAs表面酸化
層及び表面過剰Asの処理を熱的プロセス、すな
わち温度と雰囲気の管理のみで行なう。本発明
は、第１の工夫として、GaAs表面酸化層の除去
をAs雰囲気中550℃以上の熱処理またはGaAsエ
ピタキシヤル成長によつて行なつた後第２の工程
として、500℃から550℃に降温したのちAs雰囲
気を除き高純度水素雰囲気中または高真空中にお
いて過剰Asを熱処理し、続けて450℃以下の温度
でAlNを堆積させる工程をとるものである。
層及び表面過剰Asの処理を熱的プロセス、すな
わち温度と雰囲気の管理のみで行なう。本発明
は、第１の工夫として、GaAs表面酸化層の除去
をAs雰囲気中550℃以上の熱処理またはGaAsエ
ピタキシヤル成長によつて行なつた後第２の工程
として、500℃から550℃に降温したのちAs雰囲
気を除き高純度水素雰囲気中または高真空中にお
いて過剰Asを熱処理し、続けて450℃以下の温度
でAlNを堆積させる工程をとるものである。
（作用）
As雰囲気中550℃以上でGaAsを熱処理するこ
とにより表面分解を抑えながら表面酸化層を除去
するかまたはGaAsエピタキシヤル成長を行なう
ことにより表面酸化層を含まないGaAs表面を形
成する。上記の酸化膜除去効果は気相成長法ある
いは分子線エピタキシー法で一般に知られている
ものである。続けて500℃から550℃の温度で高純
度水素中あるいは高真空中で熱処理を行なうこと
により過剰Asを除去できる。H2中でのAs除去効
果は、Auger電子分光法により確認した。絶縁体
膜にはAlNを用い、絶縁体膜とGaAsとの反応に
より界面に過剰Asが生じないようにし、被着を
450℃以下で行なうことにより、GaAs表面の損
傷を防ぐ。ここで絶縁体膜を非酸化物系膜に限定
する理由は、GaAs表面における酸化膜の形成を
回避することにより、絶縁膜とGaAsとの界面に
おいての過剰Asの生成などを抑制する効果を期
待したためである。
とにより表面分解を抑えながら表面酸化層を除去
するかまたはGaAsエピタキシヤル成長を行なう
ことにより表面酸化層を含まないGaAs表面を形
成する。上記の酸化膜除去効果は気相成長法ある
いは分子線エピタキシー法で一般に知られている
ものである。続けて500℃から550℃の温度で高純
度水素中あるいは高真空中で熱処理を行なうこと
により過剰Asを除去できる。H2中でのAs除去効
果は、Auger電子分光法により確認した。絶縁体
膜にはAlNを用い、絶縁体膜とGaAsとの反応に
より界面に過剰Asが生じないようにし、被着を
450℃以下で行なうことにより、GaAs表面の損
傷を防ぐ。ここで絶縁体膜を非酸化物系膜に限定
する理由は、GaAs表面における酸化膜の形成を
回避することにより、絶縁膜とGaAsとの界面に
おいての過剰Asの生成などを抑制する効果を期
待したためである。
（実施例）
以下、本発明を実施例により説明する。
第１の実施例においてはAs雰囲気にはAsH3
（アルシン）を用い、絶縁体膜としてAlN（窒化
アルミニウム）をTMA（トリメチルアルミニウ
ム）およびN2H4（ヒドラジン）の系により堆積
した。
（アルシン）を用い、絶縁体膜としてAlN（窒化
アルミニウム）をTMA（トリメチルアルミニウ
ム）およびN2H4（ヒドラジン）の系により堆積
した。
まず、化学的エツチングを行なつた（100）
GaAs基板（ｎ型、キヤリア濃度１×1016cm-3）
を縦型石英ガラス製反応管内のカーボンサセプタ
上に載せ、H2（水素）を毎分41、AsH3を毎分0.5
c.c.供給し、650℃に昇温させ20分間熱処理を行な
つた。次に500℃まで降温し、AsH3の供給を止
め、H2ガス流中で30分間熱処理を行なつた。し
かるのち400℃でN2H4とTMAを、それぞれ毎分
４c.c.、毎分0.2c.c.供給し、20分間で厚さ900Aの
AlN膜を形成した。以上の工程は、すべて圧力
0.1気圧で行なつた。
GaAs基板（ｎ型、キヤリア濃度１×1016cm-3）
を縦型石英ガラス製反応管内のカーボンサセプタ
上に載せ、H2（水素）を毎分41、AsH3を毎分0.5
c.c.供給し、650℃に昇温させ20分間熱処理を行な
つた。次に500℃まで降温し、AsH3の供給を止
め、H2ガス流中で30分間熱処理を行なつた。し
かるのち400℃でN2H4とTMAを、それぞれ毎分
４c.c.、毎分0.2c.c.供給し、20分間で厚さ900Aの
AlN膜を形成した。以上の工程は、すべて圧力
0.1気圧で行なつた。
上記工程によつて得た試料にAI（アルミニウ
ム）を真空蒸着しＭ−IS構造ダイオードを作成し
た。ｎ型GaAsのMISダイオード特性で問題とさ
れる蓄積側容量分散は１キロヘルツから10メガヘ
ルツの間で５％程度と小さく、H2プラズマを用
いて過剰Asを除去した従来の結果のうちで良好
な特性を示したものと同等の良好な界面が実現さ
れていることがわかつた。更にこの特性は、再現
性良く得られ、H2中600℃20分間の熱処理によつ
ても劣化しなかつた。一方、従来の水素プラズマ
で処理した試料では、特性のばらつきが大きく、
良好な特性を示した試料についても500℃20分間
の熱処理によつて蓄積側周波数分数が60％以上と
なり、著しい特性劣化がみとめられた。また、本
発明におけるこれらの結果は雰囲気と温度の制御
のみで再現性良く得られた。
ム）を真空蒸着しＭ−IS構造ダイオードを作成し
た。ｎ型GaAsのMISダイオード特性で問題とさ
れる蓄積側容量分散は１キロヘルツから10メガヘ
ルツの間で５％程度と小さく、H2プラズマを用
いて過剰Asを除去した従来の結果のうちで良好
な特性を示したものと同等の良好な界面が実現さ
れていることがわかつた。更にこの特性は、再現
性良く得られ、H2中600℃20分間の熱処理によつ
ても劣化しなかつた。一方、従来の水素プラズマ
で処理した試料では、特性のばらつきが大きく、
良好な特性を示した試料についても500℃20分間
の熱処理によつて蓄積側周波数分数が60％以上と
なり、著しい特性劣化がみとめられた。また、本
発明におけるこれらの結果は雰囲気と温度の制御
のみで再現性良く得られた。
第２の実施例においては、650℃でTMG（トリ
メチルガリウム）とAsH3（アルシン）を原料と
するMOCVD法によりGaAs層をエピタキシヤル
成長させてから第１の実施例と同様にAsH3供給
を550℃で止め、H2ガス流中で30分間熱処理を行
なつたのち、400℃でN2H4−TMAを用いてAlN
膜を形成した。形成したｎ型GaAs層のキヤリア
濃度は1.2×1015cm-3である。本実施例ではGaAs
層およびAlN膜のMOCVDをすべて圧力0.1気圧
で行なつた。本実施例で作成したGaAs MISも
第１の実施例と同等の特性ならびに熱処理安定性
を示した。
メチルガリウム）とAsH3（アルシン）を原料と
するMOCVD法によりGaAs層をエピタキシヤル
成長させてから第１の実施例と同様にAsH3供給
を550℃で止め、H2ガス流中で30分間熱処理を行
なつたのち、400℃でN2H4−TMAを用いてAlN
膜を形成した。形成したｎ型GaAs層のキヤリア
濃度は1.2×1015cm-3である。本実施例ではGaAs
層およびAlN膜のMOCVDをすべて圧力0.1気圧
で行なつた。本実施例で作成したGaAs MISも
第１の実施例と同等の特性ならびに熱処理安定性
を示した。
なお上述においてはMIS型半導体装置をMIS型
ダイオードとして得る場合の実施例により本発明
のMIS型半導体装置の製造方法を説明したが、本
発明はこれをGaAs及び絶縁膜間の界面特性を利
用する種々のMIS型半導体装置例えばMIS型電解
効果トランジスタなどを得る場合に適用し得る。
さらに絶縁膜の堆積法についてはプラズマ気相成
長法など他の堆積法でも良く、第１の工程におけ
る熱処理雰囲気としては少なくともAsを構成要
素として含むものであれば有効である。
ダイオードとして得る場合の実施例により本発明
のMIS型半導体装置の製造方法を説明したが、本
発明はこれをGaAs及び絶縁膜間の界面特性を利
用する種々のMIS型半導体装置例えばMIS型電解
効果トランジスタなどを得る場合に適用し得る。
さらに絶縁膜の堆積法についてはプラズマ気相成
長法など他の堆積法でも良く、第１の工程におけ
る熱処理雰囲気としては少なくともAsを構成要
素として含むものであれば有効である。
（発明の効果）
以上に述べたように本発明によれば簡便に良好
なGaAsのMIS界面特性を得ることが可能とな
る。
なGaAsのMIS界面特性を得ることが可能とな
る。
Claims (1)
- １ 砒化ガリウム（GaAs）上に窒化アルミニウ
ム（AlN）を堆積する方法であつて、AlN堆積
前にGaAsを砒素雰囲気中550℃以上で熱処理す
るかまたはGaAsをエピタキシヤル成長させる第
１の工程と、500ないし550℃で高純度水素中ある
いは高真空中でGaAsの熱処理を行なう第２の工
程ののち、450℃以下でAlNを堆積させることを
特徴とするGaAs上のAlN堆積の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25279287A JPH0194662A (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 砒化ガリウムを用いたｍｉｓ型半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25279287A JPH0194662A (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 砒化ガリウムを用いたｍｉｓ型半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0194662A JPH0194662A (ja) | 1989-04-13 |
| JPH0587190B2 true JPH0587190B2 (ja) | 1993-12-15 |
Family
ID=17242315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25279287A Granted JPH0194662A (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 砒化ガリウムを用いたｍｉｓ型半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0194662A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990064934A (ko) * | 1999-05-25 | 1999-08-05 | 이환철 | 금속-절연체-반도체소자용 절연박막의 제조방법 |
| EP2306497B1 (en) * | 2009-10-02 | 2012-06-06 | Imec | Method for manufacturing a low defect interface between a dielectric and a III/V compound |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6294944A (ja) * | 1985-10-21 | 1987-05-01 | Nec Corp | ３−５化合物半導体のｍｉｓ構造形成方法 |
-
1987
- 1987-10-06 JP JP25279287A patent/JPH0194662A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6294944A (ja) * | 1985-10-21 | 1987-05-01 | Nec Corp | ３−５化合物半導体のｍｉｓ構造形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0194662A (ja) | 1989-04-13 |
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