JPH098058A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH098058A JPH098058A JP14854795A JP14854795A JPH098058A JP H098058 A JPH098058 A JP H098058A JP 14854795 A JP14854795 A JP 14854795A JP 14854795 A JP14854795 A JP 14854795A JP H098058 A JPH098058 A JP H098058A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】表面漏洩電流による特性劣化のない高速な、或
いは高集積化された、或いは動作寿命の長い化合物半導
体装置及びその製造方法を提供する。 【構成】化合物半導体表面1にのみ不純物元素3を添加
する。 【効果】化合物半導体表面1でのフェルミレベル5の位
置を制御でき、電極間漏洩電流の低減が可能となり、ま
た動作時間に伴うゲート漏洩電流の増加を抑制できる。
いは高集積化された、或いは動作寿命の長い化合物半導
体装置及びその製造方法を提供する。 【構成】化合物半導体表面1にのみ不純物元素3を添加
する。 【効果】化合物半導体表面1でのフェルミレベル5の位
置を制御でき、電極間漏洩電流の低減が可能となり、ま
た動作時間に伴うゲート漏洩電流の増加を抑制できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置及びそ
の製造方法に関わり、特に表面漏洩電流による特性劣化
のない高速な、或いは高密度に集積化された、或いは動
作寿命の長い化合物半導体装置及びその製造方法に関わ
る。
の製造方法に関わり、特に表面漏洩電流による特性劣化
のない高速な、或いは高密度に集積化された、或いは動
作寿命の長い化合物半導体装置及びその製造方法に関わ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の化合物半導体装置では例えば特開
平1−184874 号、或いはニュークリアインストラメンツ
アンド メソッズ イン フィジックス リサーチ(N
uclearInstruments and Methods in Phusics Research)
B89巻,1994,pp.290−297等に記載されて
いるように、1keV乃至10MeVの運動エネルギー
を有する水素イオン(H+),硼素イオン(B+),炭
素イオン(C+),酸素イオン(O+)等の軽元素イオ
ンや同じく鉄イオン(Fe+)乃至はクロムイオン(C
r+)等の重金属イオン等の高速のイオンを素子間に注
入し高抵抗化することにより素子間の絶縁を行ってい
る。
平1−184874 号、或いはニュークリアインストラメンツ
アンド メソッズ イン フィジックス リサーチ(N
uclearInstruments and Methods in Phusics Research)
B89巻,1994,pp.290−297等に記載されて
いるように、1keV乃至10MeVの運動エネルギー
を有する水素イオン(H+),硼素イオン(B+),炭
素イオン(C+),酸素イオン(O+)等の軽元素イオ
ンや同じく鉄イオン(Fe+)乃至はクロムイオン(C
r+)等の重金属イオン等の高速のイオンを素子間に注
入し高抵抗化することにより素子間の絶縁を行ってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したイオン注入を
用いた従来技術では空孔,アンチサイト原子,格子間原
子、及びそれらの複合体からなる高密度の欠陥が半導体
バルク中に発生する。またイオン注入により結晶中の原
子間結合が切断されるため、未結合手も高密度に存在す
る。これらの欠陥や未結合手はしばしば深い準位を作り
電荷を捕獲する。このため緩和時間の長い充放電が起こ
り、半導体装置の高速,高周波動作を阻害して特性を劣
化させるという問題があった。
用いた従来技術では空孔,アンチサイト原子,格子間原
子、及びそれらの複合体からなる高密度の欠陥が半導体
バルク中に発生する。またイオン注入により結晶中の原
子間結合が切断されるため、未結合手も高密度に存在す
る。これらの欠陥や未結合手はしばしば深い準位を作り
電荷を捕獲する。このため緩和時間の長い充放電が起こ
り、半導体装置の高速,高周波動作を阻害して特性を劣
化させるという問題があった。
【0004】また、インジウムを含んだIII−V 族化合
物半導体表面に例えば二酸化硅素(SiO2)薄膜等の酸
化膜を形成すると電極間に流れる漏洩電流が非常に大き
くなるために素子特性が大幅に低下し、或いは充分な素
子間絶縁が行えないという問題があった。
物半導体表面に例えば二酸化硅素(SiO2)薄膜等の酸
化膜を形成すると電極間に流れる漏洩電流が非常に大き
くなるために素子特性が大幅に低下し、或いは充分な素
子間絶縁が行えないという問題があった。
【0005】また、III−V 族化合物半導体電界効果ト
ランジスタに於て、動作時間と共にゲート漏洩電流が増
加して素子特性が劣化するという問題もあった。
ランジスタに於て、動作時間と共にゲート漏洩電流が増
加して素子特性が劣化するという問題もあった。
【0006】本発明の目的は電荷を捕獲する深い準位を
半導体バルク中に導入することなく表面漏洩電流を低減
し、またゲート漏洩電流の増加を抑制することにある。
半導体バルク中に導入することなく表面漏洩電流を低減
し、またゲート漏洩電流の増加を抑制することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的は図1のバン
ド構造に示す様に、化合物半導体表面1にのみ不純物元
素3を添加し、化合物半導体表面1でのフェルミレベル
5の位置を制御することにより達成される。
ド構造に示す様に、化合物半導体表面1にのみ不純物元
素3を添加し、化合物半導体表面1でのフェルミレベル
5の位置を制御することにより達成される。
【0008】
【作用】III−V 族化合物半導体では半導体/絶縁膜界
面で半導体のフェルミレベルの位置がバルク中での位置
と異なるために界面でバンドの曲がりが生じる。このた
め界面近傍に伝導電子の蓄積層が形成され、この蓄積層
が電流漏洩経路となって漏洩電流が大幅に増大するとい
う現象が生じる。このような現象を防止するためには半
導体表面でのフェルミレベルの位置を抑制することが必
要である。
面で半導体のフェルミレベルの位置がバルク中での位置
と異なるために界面でバンドの曲がりが生じる。このた
め界面近傍に伝導電子の蓄積層が形成され、この蓄積層
が電流漏洩経路となって漏洩電流が大幅に増大するとい
う現象が生じる。このような現象を防止するためには半
導体表面でのフェルミレベルの位置を抑制することが必
要である。
【0009】表面でのフェルミレベルの位置を制御する
ためには表面でバンドの曲がりを引き起こす準位を補償
した上で所望の位置に一致するように調整すればよい。
それは目的に応じたドーパントを表面に添加することで
可能となる。本発明の手段では半導体バルク中に電荷を
捕獲する深い準位が導入されることはない。従ってこれ
に伴う特性劣化も起こらない。
ためには表面でバンドの曲がりを引き起こす準位を補償
した上で所望の位置に一致するように調整すればよい。
それは目的に応じたドーパントを表面に添加することで
可能となる。本発明の手段では半導体バルク中に電荷を
捕獲する深い準位が導入されることはない。従ってこれ
に伴う特性劣化も起こらない。
【0010】更に、セレン(Se)、或いはイオウ
(S)等のVI族元素、或いはNやFを用いてIII−V 族
化合物半導体表面に変成層を形成することにより表面の
未結合手が終端され、表面準位の非常に少なくバンドの
曲がりも殆どない表面が得られる。従って、VI族元素、
N或いはFによる変成層を形成することにより表面フェ
ルミレベルの制御は容易になり、添加するドーパントの
量も少なくなる。変成層を形成する前に表面酸化物を除
去して清浄表面を形成すると表面フェルミレベルの制御
性は更に改善される。
(S)等のVI族元素、或いはNやFを用いてIII−V 族
化合物半導体表面に変成層を形成することにより表面の
未結合手が終端され、表面準位の非常に少なくバンドの
曲がりも殆どない表面が得られる。従って、VI族元素、
N或いはFによる変成層を形成することにより表面フェ
ルミレベルの制御は容易になり、添加するドーパントの
量も少なくなる。変成層を形成する前に表面酸化物を除
去して清浄表面を形成すると表面フェルミレベルの制御
性は更に改善される。
【0011】
(実施例1)初めに本発明を半導体集積回路の素子間絶
縁に用いた場合について説明する。
縁に用いた場合について説明する。
【0012】図2は燐化インジウム(InP)基板を用
いた半導体集積装置の素子間絶縁工程を示す断面図であ
る。フォスフィン(PH3 )フラックスを半絶縁性基板
20の表面に照射しながら基板温度を400℃に昇温
し、10分間保持する。これにより表面の自然酸化物は
除去され清浄表面が得られる。PH3 フラックスの代わ
りに原子状水素を照射してもよい。原子状水素は200
0乃至3000Kに加熱したタングステンのチューブや
フィラメントを用いて熱解離により生成してもよく、ま
たマイクロ(μ)波,高周(rf)波、或いはグロー放
電やコロナ放電により発生させた水素プラズマ中で生成
してもよい。水素プラズマを用いる場合には電場,磁
場,四重極場等により荷電粒子が試料表面に到達しえな
いようにすると尚一層良い。
いた半導体集積装置の素子間絶縁工程を示す断面図であ
る。フォスフィン(PH3 )フラックスを半絶縁性基板
20の表面に照射しながら基板温度を400℃に昇温
し、10分間保持する。これにより表面の自然酸化物は
除去され清浄表面が得られる。PH3 フラックスの代わ
りに原子状水素を照射してもよい。原子状水素は200
0乃至3000Kに加熱したタングステンのチューブや
フィラメントを用いて熱解離により生成してもよく、ま
たマイクロ(μ)波,高周(rf)波、或いはグロー放
電やコロナ放電により発生させた水素プラズマ中で生成
してもよい。水素プラズマを用いる場合には電場,磁
場,四重極場等により荷電粒子が試料表面に到達しえな
いようにすると尚一層良い。
【0013】次に試料表面にSe分子線を30秒間照射
して厚さ5Åの変成層22を形成する(図2a)。
して厚さ5Åの変成層22を形成する(図2a)。
【0014】続いて、変成層表面にFe原子21を1×
1010cm-2だけ吸着する。Feの代わりにニッケル(N
i),コバルト(Co)等他の鉄族元素,白金(P
t),パラジウム(Pd)等の白金族元素、或いはCr
を用いてもよい。この後、表面保護膜としてSiO2 薄
膜23を形成する(図2b)。
1010cm-2だけ吸着する。Feの代わりにニッケル(N
i),コバルト(Co)等他の鉄族元素,白金(P
t),パラジウム(Pd)等の白金族元素、或いはCr
を用いてもよい。この後、表面保護膜としてSiO2 薄
膜23を形成する(図2b)。
【0015】図2(a),(b)に示した本発明による
処理より図3(a)に示す様に表面保護膜/半導体界面
におけるInP基板のフェルミレベル5は表面保護膜形
成後もミッドギャップ近傍に位置させることができた。
未処理試料の場合、表面保護膜/半導体界面にできるイ
ンジウム酸化物30のため、図3(b)に示す様にフェ
ルミレベル5は界面付近で伝導電子帯端直下に固着さ
れ、界面付近に伝導電子31が蓄積される。この伝導電
子31の蓄積層が電極間の電流漏洩経路となる。
処理より図3(a)に示す様に表面保護膜/半導体界面
におけるInP基板のフェルミレベル5は表面保護膜形
成後もミッドギャップ近傍に位置させることができた。
未処理試料の場合、表面保護膜/半導体界面にできるイ
ンジウム酸化物30のため、図3(b)に示す様にフェ
ルミレベル5は界面付近で伝導電子帯端直下に固着さ
れ、界面付近に伝導電子31が蓄積される。この伝導電
子31の蓄積層が電極間の電流漏洩経路となる。
【0016】1μm離れた2つの電極間に10Vの直流
電圧を印加すると、図4の曲線41に示す様に、処理を
行わない従来の方法では1mA近くのリーク電流が流れ
た。これに対して本発明による処理を行うことにより、
曲線40のように電極間のリーク電流は100nA以下
に抑えることができた。即ち、本発明による処理により
サイドゲート耐圧が向上し、これにより素子の高集積化
も容易になった。
電圧を印加すると、図4の曲線41に示す様に、処理を
行わない従来の方法では1mA近くのリーク電流が流れ
た。これに対して本発明による処理を行うことにより、
曲線40のように電極間のリーク電流は100nA以下
に抑えることができた。即ち、本発明による処理により
サイドゲート耐圧が向上し、これにより素子の高集積化
も容易になった。
【0017】本実施例では変成層としてSe化物を用い
たが、S化物等他のVI化物,窒化物、或いは弗化物でも
同等の効果が得られることはいうまでもない。また、基
板にInPを用いたが、他のIII−V 族化合物半導体、
例えばInGaAs,InAlAs,InAs,InN,In
Sb、或いはこれらを含む混晶等でもよい。
たが、S化物等他のVI化物,窒化物、或いは弗化物でも
同等の効果が得られることはいうまでもない。また、基
板にInPを用いたが、他のIII−V 族化合物半導体、
例えばInGaAs,InAlAs,InAs,InN,In
Sb、或いはこれらを含む混晶等でもよい。
【0018】(実施例2)本発明の第2の実施例として
ヘテロ構造バイポーラトランジスタ(HBT)の表面保
護に適用した場合について説明する。
ヘテロ構造バイポーラトランジスタ(HBT)の表面保
護に適用した場合について説明する。
【0019】図5はInP/InGaAs HBTの製
造工程を示す断面図である。半絶縁性InP基板20の
上にアンドープのInGaAsバッファ層50,n+型
InGaAs層51,n−型InGaAs層52,p型
InGaAs層53,n型InP層54,n+型InG
aAs層55を順次エピタキシャル成長した後、エミッ
タ電極56を形成する。前記エミッタ電極56をマスク
にして不要なn型InP層54及びn+型InGaAs
層55を除去する。n型InP層54及びn+型InG
aAs層55がエミッタ層となる。また、p型InGa
As層53がベース層,n−型InGaAs層52がコ
レクタ層,n+型InGaAs層51がサブコレクタ層
となる(図5a)。
造工程を示す断面図である。半絶縁性InP基板20の
上にアンドープのInGaAsバッファ層50,n+型
InGaAs層51,n−型InGaAs層52,p型
InGaAs層53,n型InP層54,n+型InG
aAs層55を順次エピタキシャル成長した後、エミッ
タ電極56を形成する。前記エミッタ電極56をマスク
にして不要なn型InP層54及びn+型InGaAs
層55を除去する。n型InP層54及びn+型InG
aAs層55がエミッタ層となる。また、p型InGa
As層53がベース層,n−型InGaAs層52がコ
レクタ層,n+型InGaAs層51がサブコレクタ層
となる(図5a)。
【0020】次いで露出したp型InGaAs層53の
表面を原子状水素照射により清浄化した後、原子状窒素
を照射して変成層22を形成する。変成層22を形成す
る際の基板温度は400℃とし、変成層22の厚さを1
0Åにした。原子状窒素は窒素分子を解離してもよく、
或いはアンモニア(NH3),ヒドラジン(N2H4),ア
ジ化水素(HN3)、及びこれらの誘導体若しくは置換体
を真空中で加熱或いはプラズマを用いて分解して発生さ
せてもよい。更に炭素(C)分子線を変成層上に照射して
C原子を1×1011cm-2だけ吸着させる。これによりn
型InP層54のフェルミレベルは表面近傍で伝導電子
帯端の直下に、またp型InGaAs層53のフェルミ
レベルは表面近傍で価電子帯端の直上に位置させること
ができる。ベリリウム(Be),マグネシウ(Mg),
カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),バリウ
ム(Ba)等のIIa族元素もしくは亜鉛(Zn),カド
ミウム(Cd),水銀(Hg)等のIIb族元素をp型I
nGaAs層53上の変成層表面に吸着させてもよい。
但しこの場合、IIa族,IIb族元素がn型InP層54
の表面に吸着しないようにする必要がある(図5b)。
表面を原子状水素照射により清浄化した後、原子状窒素
を照射して変成層22を形成する。変成層22を形成す
る際の基板温度は400℃とし、変成層22の厚さを1
0Åにした。原子状窒素は窒素分子を解離してもよく、
或いはアンモニア(NH3),ヒドラジン(N2H4),ア
ジ化水素(HN3)、及びこれらの誘導体若しくは置換体
を真空中で加熱或いはプラズマを用いて分解して発生さ
せてもよい。更に炭素(C)分子線を変成層上に照射して
C原子を1×1011cm-2だけ吸着させる。これによりn
型InP層54のフェルミレベルは表面近傍で伝導電子
帯端の直下に、またp型InGaAs層53のフェルミ
レベルは表面近傍で価電子帯端の直上に位置させること
ができる。ベリリウム(Be),マグネシウ(Mg),
カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),バリウ
ム(Ba)等のIIa族元素もしくは亜鉛(Zn),カド
ミウム(Cd),水銀(Hg)等のIIb族元素をp型I
nGaAs層53上の変成層表面に吸着させてもよい。
但しこの場合、IIa族,IIb族元素がn型InP層54
の表面に吸着しないようにする必要がある(図5b)。
【0021】更にエミッタ層を挟んでベース電極57を
形成する。不要なp型InGaAs層53及びn−型I
nGaAs層52を除去してコレクタ電極58を形成し
た後、エミッタ層,ベース層の側部にSiO2 からなる
側壁59を形成すればHBTの主要部分が完成する(図
5c)。
形成する。不要なp型InGaAs層53及びn−型I
nGaAs層52を除去してコレクタ電極58を形成し
た後、エミッタ層,ベース層の側部にSiO2 からなる
側壁59を形成すればHBTの主要部分が完成する(図
5c)。
【0022】本実施例によりエミッタ層の面積が2μm
×2μmのHBTを作製した場合、ベース−エミッタ電
極間の表面リーク電流や再結合電流は小さく、ベース電
流,コレクタ電流の理想係数(n値)ほぼ1と理想的な
状態になった。またエミッタ接地電流増幅率はコレクタ
電流10nA以上(エミッタ−ベース電圧0.35V以
上)の領域でほぼ一定になり、その値は160以上であ
った。
×2μmのHBTを作製した場合、ベース−エミッタ電
極間の表面リーク電流や再結合電流は小さく、ベース電
流,コレクタ電流の理想係数(n値)ほぼ1と理想的な
状態になった。またエミッタ接地電流増幅率はコレクタ
電流10nA以上(エミッタ−ベース電圧0.35V以
上)の領域でほぼ一定になり、その値は160以上であ
った。
【0023】これに対して従来方法による同じエミッタ
サイズのHBTではベース−エミッタ電極間の表面リー
ク電流が大きく、電流増幅率は1以下であり、トランジ
スタ動作は起こらなかった。従来のHBTで同等の電流
増幅率を得るためにはエミッタ電極を10μm×10μ
mとし、100mA以上のコレクタ電流(エミッタ−ベ
ース電圧0.8V 以上)が必要であった。
サイズのHBTではベース−エミッタ電極間の表面リー
ク電流が大きく、電流増幅率は1以下であり、トランジ
スタ動作は起こらなかった。従来のHBTで同等の電流
増幅率を得るためにはエミッタ電極を10μm×10μ
mとし、100mA以上のコレクタ電流(エミッタ−ベ
ース電圧0.8V 以上)が必要であった。
【0024】以上のように、本実施例では従来例に較べ
駆動電圧を半分以下に下げると共に千倍以上の低電力化
が実現できた。また10倍以上の集積化も実現できた。
ここで、本実施例では変成層として窒化物を用いたがS
化物等のVI族化物、或いは弗化物でも同等の効果が得ら
れることはいうまでもない。また、InGaAs表面の
処理を行ったが、他のIII−V 族化合物半導体、例えば
InP,InAlAs,InAs,InN,InSb或
いはこれらを含む混晶等の表面処理でも同様である。
駆動電圧を半分以下に下げると共に千倍以上の低電力化
が実現できた。また10倍以上の集積化も実現できた。
ここで、本実施例では変成層として窒化物を用いたがS
化物等のVI族化物、或いは弗化物でも同等の効果が得ら
れることはいうまでもない。また、InGaAs表面の
処理を行ったが、他のIII−V 族化合物半導体、例えば
InP,InAlAs,InAs,InN,InSb或
いはこれらを含む混晶等の表面処理でも同様である。
【0025】(実施例3)本発明の第3の実施例として
金属−絶縁膜−半導体型電解効果トランジスタ(MIS
−FET)に適用した場合について説明する。
金属−絶縁膜−半導体型電解効果トランジスタ(MIS
−FET)に適用した場合について説明する。
【0026】図6は本発明を適用したMIS−FETの
製造工程をを示す断面構造図である。半絶縁性InAs
基板60上にp型InAs層61,n+型InAs層6
2を順次エピタキシャル成長した後、エッチングにより
n+型InAs層62の一部を除去してゲート電極部を
形成する。この後、真空装置に導入し、アルシン(As
H3 )分子線照射下で400℃に加熱して表面酸化物を
除去する。清浄表面に弗化塩素(ClF3 )ガスを照射
して弗化インジウムからなる厚さ10Åの変成層1を形
成する。ClF3 ガス以外に弗素ガスを用いてもよく、
また弗化炭素(CF3 )或いは弗化窒素(NF3 )をプ
ラズマ中で分解して生成した弗素ラジカルを用いてもよ
い。変成層22にSi原子を添加してn型領域を形成す
ると2次元電子ガス63が発生する(図4a)。
製造工程をを示す断面構造図である。半絶縁性InAs
基板60上にp型InAs層61,n+型InAs層6
2を順次エピタキシャル成長した後、エッチングにより
n+型InAs層62の一部を除去してゲート電極部を
形成する。この後、真空装置に導入し、アルシン(As
H3 )分子線照射下で400℃に加熱して表面酸化物を
除去する。清浄表面に弗化塩素(ClF3 )ガスを照射
して弗化インジウムからなる厚さ10Åの変成層1を形
成する。ClF3 ガス以外に弗素ガスを用いてもよく、
また弗化炭素(CF3 )或いは弗化窒素(NF3 )をプ
ラズマ中で分解して生成した弗素ラジカルを用いてもよ
い。変成層22にSi原子を添加してn型領域を形成す
ると2次元電子ガス63が発生する(図4a)。
【0027】次に酸化アルミニウム(Al2O3)からなる
絶縁膜層64を変成層22上に形成する。その後ゲート
電極65及びオーミック電極66を形成してMIS−F
ETの主要部分が完成する(図4b)。
絶縁膜層64を変成層22上に形成する。その後ゲート
電極65及びオーミック電極66を形成してMIS−F
ETの主要部分が完成する(図4b)。
【0028】本実施例ではチャネルに高い電界を印加す
ることが容易になり、素子の高速な動作が期待できる。
本素子の伝達コンダクタンスは約500mS/mmであっ
た。絶縁膜層64の材料として酸化タンタル(Ta
2O5),チタン酸マグネシウム(MgTiO3)等の誘電
率の大きな材料を用いれば伝達コンダクタンスを更に大
きくすることが可能である。変成層22中のSi濃度を
変えることによりしきい値電圧を変えることができる。
p型InAs層42の代わりにアンドープInAs層を用
い、Si原子の代わりにH原子を拡散させることにより
空乏モードのMIS−FETを作製することができる。
ることが容易になり、素子の高速な動作が期待できる。
本素子の伝達コンダクタンスは約500mS/mmであっ
た。絶縁膜層64の材料として酸化タンタル(Ta
2O5),チタン酸マグネシウム(MgTiO3)等の誘電
率の大きな材料を用いれば伝達コンダクタンスを更に大
きくすることが可能である。変成層22中のSi濃度を
変えることによりしきい値電圧を変えることができる。
p型InAs層42の代わりにアンドープInAs層を用
い、Si原子の代わりにH原子を拡散させることにより
空乏モードのMIS−FETを作製することができる。
【0029】本実施例では変成層として弗化物を用いた
がS化物等のVI族化物或いは窒化物でも同等の効果が得
られることはいうまでもない。また、InAs表面の処
理を行ったが、他のInを含んだIII−V 族化合物半導
体、例えばInP,InAlAs,InGaAs,InN,I
nSb或いはこれらを含む混晶等の表面処理でも同様で
ある。
がS化物等のVI族化物或いは窒化物でも同等の効果が得
られることはいうまでもない。また、InAs表面の処
理を行ったが、他のInを含んだIII−V 族化合物半導
体、例えばInP,InAlAs,InGaAs,InN,I
nSb或いはこれらを含む混晶等の表面処理でも同様で
ある。
【0030】(実施例4)本発明の第4の実施例として
電解効果トランジスタ(FET)の一種である高電子移
動度トランジスタ(HEMT)に適用した場合について
説明する。
電解効果トランジスタ(FET)の一種である高電子移
動度トランジスタ(HEMT)に適用した場合について
説明する。
【0031】図7は本発明を適用したHEMTの製造工
程を示す断面構造図である。半絶縁性GaAs基板70
上にアンドープGaAs層71,n型AlGaAs層7
2,アンドープAlGaAs層73,n+型GaAs層
74を順次エピタキシャル成長する。この時アンドープ
GaAs層71とn型AlGaAs層72との界面に2
次元電子ガス63が発生する(図7a)。
程を示す断面構造図である。半絶縁性GaAs基板70
上にアンドープGaAs層71,n型AlGaAs層7
2,アンドープAlGaAs層73,n+型GaAs層
74を順次エピタキシャル成長する。この時アンドープ
GaAs層71とn型AlGaAs層72との界面に2
次元電子ガス63が発生する(図7a)。
【0032】次いでホトレジスト層75をn+型GaA
s層74上に塗布し、ホトリソグラフィーによるパター
ニングを行った後、アンドープAlGaAs層73をス
トッパにしてエッチングによりn+型GaAs層74を
除去してゲート電極部を形成する。前記開口部のアンド
ープAlGaAs層73の表面上にPd原子3を109cm
-3だけ吸着し、表面より10Åの深さにまで拡散させた
後、ゲート電極としてアルミニウム層76を堆積する
(図7b)。
s層74上に塗布し、ホトリソグラフィーによるパター
ニングを行った後、アンドープAlGaAs層73をス
トッパにしてエッチングによりn+型GaAs層74を
除去してゲート電極部を形成する。前記開口部のアンド
ープAlGaAs層73の表面上にPd原子3を109cm
-3だけ吸着し、表面より10Åの深さにまで拡散させた
後、ゲート電極としてアルミニウム層76を堆積する
(図7b)。
【0033】更に余分なアルミニウム層76をホトレジ
スト層75除去した後、n+型GaAs層74上にオー
ミック電極66を形成し、電極間の半導体表面に表面保
護膜としてSiO2 膜23を堆積すればトランジスタ
の主要部分が完成する(図7c)。
スト層75除去した後、n+型GaAs層74上にオー
ミック電極66を形成し、電極間の半導体表面に表面保
護膜としてSiO2 膜23を堆積すればトランジスタ
の主要部分が完成する(図7c)。
【0034】本トランジスタではゲート電極に逆バイア
スを印加して2次元電子ガス63のシート電子濃度を変
化させる。従来の工程によるトランジスタではある動作
時間以上でゲートリーク電流が増加し始めるという劣化
現象が起こる。本発明によるトランジスタでは前記劣化
現象が生じるまでの動作時間を100倍以上に延ばすこ
とが可能になった。
スを印加して2次元電子ガス63のシート電子濃度を変
化させる。従来の工程によるトランジスタではある動作
時間以上でゲートリーク電流が増加し始めるという劣化
現象が起こる。本発明によるトランジスタでは前記劣化
現象が生じるまでの動作時間を100倍以上に延ばすこ
とが可能になった。
【0035】本実施例では半導体表面にPd原子を添加
したが、他の白金族元素,鉄族元素或いはCrを添加し
ても同等の効果が得られる。また、Pd原子3を吸着さ
せる開口部のアンドープAlGaAs層73の表面にVI
族化物,弗化物或いは窒化物からなる変成層を形成すれ
ば更に劣化の生じるまでの動作時間を長くすることがで
きる。加えて前記変成層形成前に前記開口部のアンドー
プAlGaAs層73の表面を原子状水素などを用いて
清浄化すれば、より一層効果的である。
したが、他の白金族元素,鉄族元素或いはCrを添加し
ても同等の効果が得られる。また、Pd原子3を吸着さ
せる開口部のアンドープAlGaAs層73の表面にVI
族化物,弗化物或いは窒化物からなる変成層を形成すれ
ば更に劣化の生じるまでの動作時間を長くすることがで
きる。加えて前記変成層形成前に前記開口部のアンドー
プAlGaAs層73の表面を原子状水素などを用いて
清浄化すれば、より一層効果的である。
【0036】本実施例ではHEMTに適用したが、他の
MES型FETに適用しても同様の効果が得られる。
MES型FETに適用しても同様の効果が得られる。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、インジウムを含む化合
物半導体に関して絶縁膜/半導体構造界面における半導
体フェルミレベルの位置を自由に制御することが可能と
なった。前記構造を電子素子に用いれば表面漏洩電流の
少ない良好な素子が得られる。例えば本発明を半導体集
積装置の素子間絶縁に用いれば素子間漏洩電流成分を大
幅に低減でき、小さな素子間距離で良好な素子間絶縁を
再現性良く実現できる。これにより集積度を高くするこ
とが容易になる。
物半導体に関して絶縁膜/半導体構造界面における半導
体フェルミレベルの位置を自由に制御することが可能と
なった。前記構造を電子素子に用いれば表面漏洩電流の
少ない良好な素子が得られる。例えば本発明を半導体集
積装置の素子間絶縁に用いれば素子間漏洩電流成分を大
幅に低減でき、小さな素子間距離で良好な素子間絶縁を
再現性良く実現できる。これにより集積度を高くするこ
とが容易になる。
【0038】本発明を化合物半導体ヘテロ接合バイポー
ラトランジスタに用いれば、エミッタ,ベース,コレク
タ電極間の表面漏洩電流が抑制され、トランジスタの増
幅率の低下を阻止することができる。本発明をMIS型
構造を有する電界効果トランジスタに適用すればチャネ
ル領域へのバイアスの印加が容易になり高速で動作マー
ジンの大きい素子が得られる。また、本発明をHEMT
やMES型電界効果トランジスタに用いれば動作寿命の
長い素子が得られる。
ラトランジスタに用いれば、エミッタ,ベース,コレク
タ電極間の表面漏洩電流が抑制され、トランジスタの増
幅率の低下を阻止することができる。本発明をMIS型
構造を有する電界効果トランジスタに適用すればチャネ
ル領域へのバイアスの印加が容易になり高速で動作マー
ジンの大きい素子が得られる。また、本発明をHEMT
やMES型電界効果トランジスタに用いれば動作寿命の
長い素子が得られる。
【図1】本発明による化合物半導体表面のバンド構造
図。
図。
【図2】本発明の第一の実施例である素子間絶縁の製造
工程を示す断面図。
工程を示す断面図。
【図3】本発明による表面保護膜/半導体界面のバンド
構造図。
構造図。
【図4】本発明、及び従来例による素子間絶縁を示す特
性図。
性図。
【図5】本発明の第二の実施例である化合物半導体ヘテ
ロ構造バイポーラトランジスタの製造工程を示す断面
図。
ロ構造バイポーラトランジスタの製造工程を示す断面
図。
【図6】本発明の第三の実施例である化合物半導体MI
S型電界効果トランジスタの製造工程を示す断面図。
S型電界効果トランジスタの製造工程を示す断面図。
【図7】本発明の第四の実施例である化合物半導体HE
MTの製造工程を示す断面図。
MTの製造工程を示す断面図。
1…III−V族化合物半導体表面、2…III−V族化合物
半導体バルク、3…化合物半導体表面にドープされた特
定不純物原子、4…伝導電子帯端、5…フェルミレベ
ル、6…価電子帯端、10…電極、20…半絶縁性In
P基板、21…半導体表面に形成された変性層中に拡散
されたFe原子、22…半導体表面に形成された変性
層、23…SiO2 からなる表面保護膜、30…In酸
化物、31…絶縁膜/半導体界面近傍に蓄積された伝導
電子、40…本発明による素子間漏洩電流、41…従来
の素子間漏洩電流、50…アンドープInGaAs層、
51…n+型InGaAs層、52…n−型InGaA
s層、53…p型InGaAs層、54…n型InP
層、55…n+型InGaAs層、56…エミッタ電
極、57…ベース電極、58…コレクタ電極、59…S
iO2からなる側壁、60…半絶縁性InAs基板、6
1…p型InAs層、62…n+型InAs層、63…
2次元電子ガス、64…Al2O3からなる絶縁膜層、6
5…ゲート電極、66…オーミック電極、70…半絶縁
性GaAs基板、71…アンドープGaAs層、72…
n型AlGaAs層、73…アンドープAlGaAs
層、74…n+型GaAs層、75…ホトレジスト層、
76…アルミニウム層。
半導体バルク、3…化合物半導体表面にドープされた特
定不純物原子、4…伝導電子帯端、5…フェルミレベ
ル、6…価電子帯端、10…電極、20…半絶縁性In
P基板、21…半導体表面に形成された変性層中に拡散
されたFe原子、22…半導体表面に形成された変性
層、23…SiO2 からなる表面保護膜、30…In酸
化物、31…絶縁膜/半導体界面近傍に蓄積された伝導
電子、40…本発明による素子間漏洩電流、41…従来
の素子間漏洩電流、50…アンドープInGaAs層、
51…n+型InGaAs層、52…n−型InGaA
s層、53…p型InGaAs層、54…n型InP
層、55…n+型InGaAs層、56…エミッタ電
極、57…ベース電極、58…コレクタ電極、59…S
iO2からなる側壁、60…半絶縁性InAs基板、6
1…p型InAs層、62…n+型InAs層、63…
2次元電子ガス、64…Al2O3からなる絶縁膜層、6
5…ゲート電極、66…オーミック電極、70…半絶縁
性GaAs基板、71…アンドープGaAs層、72…
n型AlGaAs層、73…アンドープAlGaAs
層、74…n+型GaAs層、75…ホトレジスト層、
76…アルミニウム層。
Claims (20)
- 【請求項1】化合物半導体禁制帯中にディープレベルを
形成する不純物元素を前記半導体表面に含ませることに
より前記表面におけるフェルミレベルを前記禁制帯中央
付近に位置させることを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項2】請求項1の化合物半導体装置に於て、前記
不純物元素が遷移金属元素、特に白金族元素,鉄族元
素、或いはクロムであることを特徴とする化合物半導体
装置。 - 【請求項3】化合物半導体禁制帯中に浅いドナーレベル
を形成する不純物元素を前記半導体表面に含ませること
により前記表面におけるフェルミレベルを伝導帯端直下
付近に位置させることを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項4】請求項3の化合物半導体装置に於て、前記
不純物元素がIV族元素、特に硅素,ゲルマニウム或いは
スズであることを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項5】化合物半導体禁制帯中に浅いアクセプタレ
ベルを形成する不純物元素を前記半導体表面に含ませる
ことにより前記表面におけるフェルミレベルを価電子帯
端直下付近に位置させることを特徴とする化合物半導体
装置。 - 【請求項6】請求項1乃至5のいずれか記載の化合物半
導体装置に於て、前記化合物半導体表面にVI族元素,窒
素、或いは弗素の少なくとも一種類を含む分子線或いは
ガスを反応させて得られる前記化合物半導体構成元素の
VI族化物,窒化物,弗化物の少なくとも一種類からなる
変成層が形成されていることを特徴とする化合物半導体
装置。 - 【請求項7】請求項6の化合物半導体装置に於て、前記
変成層が前記化合物半導体構成元素の硫化物,セレン化
物若しくは少なくともそれらの一種を含む混合物である
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項8】請求項1乃至5の化合物半導体装置に於
て、前記半導体表面を清浄化した後、前記清浄化表面に
前記不純物元素を含ませることを特徴とする化合物半導
体装置。 - 【請求項9】請求項6,7の化合物半導体装置に於て、
前記半導体表面を清浄化した後、前記清浄化表面を変成
することを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項10】請求項1乃至9の化合物半導体装置に於
て、前記半導体表面及びその近傍のバルク中に水素原子
を拡散させて不純物準位を終端した後、前記半導体表面
に前記不純物元素を含ませることを特徴とする化合物半
導体装置。 - 【請求項11】化合物半導体禁制帯中にディープレベル
を形成する不純物元素を前記半導体表面に含ませる工程
を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】請求項11の化合物半導体装置の製造方
法に於て、前記不純物元素が遷移金属元素、特に白金族
元素,鉄族元素、或いはクロムであることを特徴とする
化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】前記化合物半導体禁制帯中に浅いドナー
レベルを形成する不純物元素を前記半導体表面に含ませ
る工程を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造
方法。 - 【請求項14】請求項13の化合物半導体装置製造方法
に於て、前記不純物元素がIV族元素、特に硅素,ゲルマ
ニウム或いはスズであることを特徴とする化合物半導体
装置の製造方法。 - 【請求項15】化合物半導体禁制帯中に浅いアクセプタ
レベルを形成する不純物元素を前記半導体表面に含ませ
る工程を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造
方法。 - 【請求項16】請求項11乃至15の化合物半導体装置
の製造方法に於て、前記化合物半導体表面にVI族元素,
窒素、或いは弗素の少なくとも一種類を含む分子線或い
はガスを反応させて、前記化合物半導体構成元素のVI族
化物,窒化物,弗化物の少なくとも一種類からなる変成
層を形成する工程を含むことを特徴とする化合物半導体
装置の製造方法。 - 【請求項17】請求項16の化合物半導体装置の製造方
法に於て、前記変成層が前記化合物半導体構成元素の硫
化物,セレン化物もしくは少なくともそれらの一種を含
む混合物であることを特徴とする化合物半導体装置の製
造方法。 - 【請求項18】請求項11乃至15の化合物半導体装置
の製造方法に於て、前記半導体表面を清浄化した後、前
記清浄化表面に前記不純物元素を含ませることを特徴と
する化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項19】請求項16,17の化合物半導体装置の
製造方法に於て、前記半導体表面を清浄化した後、前記
清浄化表面を変成することを特徴とする化合物半導体装
置製造方法。 - 【請求項20】請求項11乃至19に於て、前記半導体
表面及びその近傍のバルク中に水素原子を拡散させて不
純物準位を終端した後、前記半導体表面に前記不純物元
素を含ませることを特徴とする化合物半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14854795A JPH098058A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14854795A JPH098058A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH098058A true JPH098058A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=15455209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14854795A Pending JPH098058A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH098058A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004335828A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 表面安定化方法、及び半導体装置の製造方法 |
-
1995
- 1995-06-15 JP JP14854795A patent/JPH098058A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004335828A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 表面安定化方法、及び半導体装置の製造方法 |
JP4620333B2 (ja) * | 2003-05-09 | 2011-01-26 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
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