JPS58155725A - 自生酸化物層の形成方法および半導体装置 - Google Patents

自生酸化物層の形成方法および半導体装置

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JPS58155725A JP57205925A JP20592582A JPS58155725A JP S58155725 A JPS58155725 A JP S58155725A JP 57205925 A JP57205925 A JP 57205925A JP 20592582 A JP20592582 A JP 20592582A JP S58155725 A JPS58155725 A JP S58155725A
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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】 この発明は、半導体装置の製造技術に係り、特には、低
温で非電＃ＩＩ性照射會用い遺足さｎた半導体の表面上
に自生１ｓ＋ａｔｌｖ・）酸化物層【形成するための方
法に関する。
半導体装置の製造に−ｐ、相−る層もしくは構造間に電
気的絶縁ｔＩＩ供するために半導体基板の表面に絶―層
を形成することがしはしば必蒙である。ある場合には、
後に形成さｎる装置におけゐ半導体と絶縁体との界面特
性を向上させるために、絶縁層の形成に先立って自生酸
化物層會半導体基板表面に形成することが望ましいこと
がわかっている。よシ評しく述べると、”Ｐａｌｌｌ体
／絶縁体昇面における１に間状勘（準位）密度およびこ
の界面における固定電荷の混入は、いずｎも、絶縁層の
形成に先立って、選定さｎた半導体基板例えばインジウ
ムリン、水銀カドジ ンウムテルルまたはイン〆りムアンチモンの表面上に自
生酸化物層【形成すゐことＫよって減少で１１ゐ。「自
生酸化物」という飴は、半導体基板の頂表面（約１０な
いし１００Ａｌ’を相応すゐ酸化物に転化させることに
よって生じ几酸化物を意味する。「固定電荷」という語
は、この自生酸化物の生成中に生じた欠陥ダングリング
ボンドあるいは不純物のために幽該自住敵化物中に局在
した正および負の満足さｎていない電荷を意味する。
自生酸化物を成長させる一つの方法扛湿式化学陽極故化
法であって、電解セル中に、自生酸化−で核種されるべ
き半導体基板全アノードとして置き、選定さｌｒした電
解液中に電流を通じて自生酸化物を半導体基板上に生成
させる方法である。例えば、水釧カドミウムテルル（Ｈ
ｇＣｄＴ＠）の自生酸化物の生成においては、好適な電
解液は過酸化水素および臭素溶液ｔた′は過酸化水素お
よびアセトン溶液である。ガリクムヒ素基板上に自生酸
化物を形成するための陽極酸化法は、例えばアプライド
ｅフィジックスＣレターズ第３３巻ム８　（１９７８年
ｌθ月１５日）７４７−７４８頁のし。
マイネルによる「サーフェス・ボテンシャル・オプ・ア
ノダイズド、ＣＩＡ・ＭＯＳキャパシターズ」に記載さ
ｎている。しかしながら、陽極酸化で成長した自生酸化
物は、多くの場合、その中に固定および移動性１衝か堆
シ込壕ｎるため素子バッジベージｌンの目的には軒答で
きない。
「移動性電衝」という＠は絶縁体中で比較的高い易動度
１壱する、ナトリウムイオン、カリウムイオンのような
雰囲気的に発生した汚染質を意味する。さらに、陽１に
＃１化で成長した自生酸化物層中Ｋａ電解浴からのナト
リウムイオンや他の不純物イオンがｙ成さｎた自生酸化
物層内にｓｒ込まれるようになる。こｎら固定電荷はｌ
ｌＫ形成さｎｂｉＩ＆置における半導体と自生酸化物／
絶縁体Ｉ１合体との界面において高い表面状態密度（Ｎ
Ｉ　Ｉ　）を発生させる。（［自生酸化物／絶縁体豪合
体」という諸は自生酸化物層とその上に形成さｎた絶縁
層とからなる複合体全意味す′る。）この後者の界面に
おける高い表面状態密度は％装置に電圧が印加されると
電荷ｔトラップし、それによって装置Ｏｉｋ運な性能を
妨害する。
自生酸化物層を形成するもう一つの方法は低温プラズマ
法であって、電場によって例えば反応性酸素イオンを生
成させ、この＃素イオンが半導体表面上に衝突しその酸
化を生じさせる方法であり％例えは米ａ＋＊許第３６５
０９２９舟やアプライド・フイジッタスーレターズ＠３
２巻Ａ１（１９７８４１月１日）５８〜６０頁の冒コヤ
マらによる「ロー・テンベラチャー・プラズマｅオキシ
デージ曹ン・オブ・ＧｍＡ＠」に記載さｎている。
場酋に応じて、グッズマ陽極酸化法【用いて、酸素イオ
ンのプラズマにさらして基板上に自生酸化物を生成させ
る関に基板にバイアス電圧ｉ印加するようにしてもよい
。こＯような方法は、例えば、ジャーナル・オプ・バキ
ュアム・サイエンス拳アンド・テクノロジー第１５（！
＝ム４（１９７８年７月１８日）　１５２５〜１５２９
頁のチェスラーおよびロビンソンによる［プラズマ・ア
ノダイゼーシ冒ン・オプーＱｍＡｓイン・ア・ｄｃディ
スチャージ」に記載されている。しかしながら、こｎら
両方のプラズマ法は基板に対して電荷的および照射損傷
【与え、そして高い表面状態密度や固定電荷の取り込み
等劣化した午導体／絶縁体界面ｑＩＩ性【生じさせる。
より詳しく述べると、上に述べた酸素イオンｖプラズマ
【用いた自生酸化物の形成方法において蝶、生成する＃
Ｒ木イオンに加えて、数多くの異質のイオン化粒子およ
び中性粒子さらには５００　Ａと低く、時には軟ＸＩＩ
執域にまで及ぶ波長の為エネルギー放射が生じ、これら
が、自生酸化物が形成されつつある基１＃、ＯＩＩ面【
打撃する。基板か電位結合素子中ある種の化合物半導体
（例えばＨｉｔ　（ＬｄＴｅｓＩｎＳｂｔたはＧａＡｓ
　）で形成された素子のような感応素子！含む鳩曾、上
記の荷電粒子および不所望の放射がしばしばこｎら感応
素子に損傷を与える。
さらに、プラズマは絶縁体中の固定電荷の混入を招き、
この固定電荷が半導体と自生駿化物／絶徴体徴合体との
界面に高い表面状態密度を誘起し、素子性能を低下させ
る。そして、プラズマ処理中における基板による放射の
選択的吸収およびその結果としての基型の加熱による熱
的損傷は化酋愉牛導体基板の構成元素例えば水銀カド建
りムテルル中の水銀の外方拡散を招く。
すなわち、自生酸化物層を形成する几めの陽＠ＩＩ化法
およびプラズマｌ＆は、それらによって形成さ−ｒＬ友
自生酸化物中への崗足箇次は移動性電荷の１Ｉｉ１．９
込み會引會起こすという望壜しくない効果を有する。こ
の電荷は、半導体と自生酸化物／絶縁体ｉｌＩ会体との
界面における高い表面状１１１Ｍ度をもたらし素子性能
【低下させるのである。生成し友自生酸化物層内への固
定着たは移動性電荷の＊ｎ込みという従来技術の間ｉａ
ｈ、荷電粒子もしくはＩＩ（例えば、イオンまたは電子
）ｔたは高エネルギー放射に対してさらすことに基因し
、酸化性種が生成する様態および自生酸化物層が成長す
る様態によって生じる。この発明が０指していることは
、自生酸化物中への電荷の取り込みという従来技術の間
ｍを緩和することである。
本発明者は、選定さｒｔた基板上に酸化物層を形成する
際の電荷による打撃オたに放射による打撃による基板損
傷にまつわる同様の従来技術の間噛に対する解決策を見
い出し、こｒｔｔ米国特許田鵬第２４７５７１号に記載
した。その方法は、基板！中性（邦イオン化３１１累原
子の存在下に選定された気相反応体にさらす低温化学気
相被ｙＩＩ法からなる。このＩＮ累原子は気相反応体と
反応して所望Ｏ酸化物【生成し、こｎか基板上に層とし
て堆積する。この方法では中性＃Ｉ２隼鳳子【用いてい
るので、電荷打撃および放射打撃によるｉ＆黴の損傷が
避けらｎる。この方法の一態様では、中性ｌｌｌ隼鳳子
が光化学反応によって生成していゐ。
この尭明〇一般的な目的Ｆｉ選定さｎた半導体材料の自
生酸化物の層【低−無電荷ｉ＆によって腋材料からなる
基板表面上に形成するための方法を提供することである
。この方法は前記従来技術の重大な不利点會克服すると
ともＫその利点の全て、でなけｎばほとんどｔ有するも
のである。
この発明の上記一般的な目的は、選定さｒｔた半導体材
料からなる基ＩＩ！Ｌ會、荷電粒子または高エネルギー
放射′に尭生させることなく生成さｎた中性Ｖ無佑電ｌ
１ｌＩＩＡ原子【王貴酸化性樵としてξれにさらすこと
によって達成さｎる。この畝素總子は腋基歇の表面と反
応しその自生敵化智虻生成させる。中性［１本子【用い
ることによつて、荷電粒子や高エネルギー放射にさらす
ことによって生じる基板の損傷が避けらｎ／８．この発
明の好ましい態様において、中性＊寓原子Ｆｉ選定さｎ
た＆業含有前駆体を選定さｎた波長の放射にさらして骸
前駆体を直接解離させ原子の形態にのみある飯素會発生
させることからなる光化学反応によって生成される。
したがって、この発明の目的は、選定された半導体材料
の自生酸化−の層管、自生酸化物の生成中に基板に損傷
會与える荷電粒子および高エネルギー放射【発生させる
ことのない低温無荷電法によって形成するための方法を
提供することにある。
この発明の他の目的は、上記したタイプの方法であって
、生成した自生酸化物中への固定または移動性を句の＊
ｐ込みｔ抑制し、かつ半導体と自生酸化物／絶縁体複合
体との界面における表面状ｌＩＩ密阪のｍｔ最小績に抑
えるものｔ提供することにある。
また、この発明の目的は上記したタイプの方法であって
、ｗ１温（例えに１３０℃）といった低い温度でおこな
うことかでき、したがって高温で生じるところのある種
の化曾物牛導体材料の成分元素の外方拡散という間１Ｉ
ｔ−排除できるものｔ＊供することにある。
さらにこの発明の目的は、上記した方法によって、選定
された基板上に自生酸化物の層を生長させ、ついでその
自生酸化物層上に選定された誘電性バシベーシ曹ン材料
を被着することによって形成された、最適化さｎた電気
的界面特性１有する半導体ａｍ管提供することくある。
この発明の一つの特徴は、中性Ｃ非イオン化）＃素原子
が光化学反応によって唯一の酸化性種として生成し、こ
ｒｔが自生酸化物の生成全達成するために用いらｎると
いうことにある。
この発明の他の％黴は、基板の損傷が、酸化性檀か生成
される過程において並びに自生酸化物生長ｔａ成するた
めに用いられる酸化性種のタイプにおいて％＃除さｎる
ということにある。
以下、　ａｕｉｍｔｓ黒しながらこの尭―會貌明する。
酪付の図は、この発明の一態橡を実施するために好適な
装置を簡略化した形で示している。
この装置内で、中性酸素原子が選定さｎた酸素含有前躯
体例えば酸化二窒素、分子酸素ｔたは二酸化窒素の直接
的光化学的解離によって生成さｎる。光化学反応が生じ
るところの反応室１０は石英窓１２を備え、この窓は反
応室１０の頂面と一体となっている、石英窓１２Ｆｉ以
後述べる所望の光化学反応を開始させるために用いられ
る選定さｎた波長の放射に対して透過性である。この選
定された波長の放射１４は例えば配列さｎた低圧水銀蒸
気アークラ／１からなる放射発生手段１６によって発生
さｎる。反応室１０内には、基板ホルダー１８が配置さ
１ｒＬ１このホルダーによって、所望の自生酸化物上形
成すべき選定された半導体材料例えは水銀カドンクムテ
ルルで形成された基板２０゛が支持さｎている。
反応室ｌθの外部であってそＶ底面に瞬接して、例えば
ニクロムｌからｔｋｐ１１１ＩＩ４１さｎた電圧會印加
することによって動作する加熱隼子２１が設置されてい
る。この加熱素子２１は、場合に応じて、基ＩＩ！２０
會、生長した自生酸化物層の遍切な性質例えば密度を得
るためＫＩＩＬ求さｎる温度に熱するために用いらｎる
。反応室１０円の１１度は室温（３０℃）のように低い
温度に、あるいは必要によシ高い温度（例えば、３００
℃）Ｋ維持してもよいが基板材料と適合する温度にする
。しかしながら１例えば水銀蒸気アークランプは１１１
度が高いと効率が悪くなるので、これらランプを冷却し
、ある昇温下における基板２０および基板ホルダー１８
によって生じる放射熱管除去するために外部水冷却着友
は外部９気もしくは窒１Ａ冷却＃を設置する必要がある
。このために、放射発生手段１６は外Ｔｊ！Ａ齢２３（
例えばアルミニウムで形成される）内に完全に収容さｎ
ておｐ、そして外部冷却手段２５（例えば、水がｆｌｎ
ていゐパイプ（図示）ｔ７ｔは窒素ガスＲ３か外囲養２
３ｆｆ冷却する皮めに動作さｎる、外！Ｉ！Ｕ（至）２
３は石夷窓１２に隣接し友反応室１０の外表面に固定さ
ｎているが、そこから離してもよい。こうして、操作温
度は、水銀ランプがその性能を効率よく果すために充分
に冷却さｎるようなレベルに維持さｎる。さらに、外囲
器２３は、放射２４が開放雰囲気中で分子＃累と接して
原子酸素を生成しこｒｔが別の分子酸素と反応して生じ
るオゾンの生成【防止する。外囲器２３は、また、放射
１４から操作者の目を保護する。
反応室１０から導出して、チューブ２２がパルプ２４會
介して真９発生手段例えばポンプ（図示せず）に至って
いる。真９発生手ＲＦｉ所望の光化学反応を生起させる
に充分に低い圧力まで反応室１０【排気するために用い
らｎる。
反応室１０め外部には、選定さｒｔ７ｔｌ［票含有前駆
体分子例えば酸化二窒素（ＮｍＯ）、二酸化窒素（ＮＯ
ｍ　）　ｔ　７ｊは分子ａｌｊｌＥ　ｊＯｔＪｔ収ＩＦ
”１ル呈ｆｆ６が配置されている。この１ｉｌｊ６はチ
ューブ３０に導入さｎる前駆体の量【制御する制御４１
ｔＦもしくはｇｔｔｔ２８に機銃している。前駆体はデ
ユープ３０【過って、光化学反応がおこなわれる反応Ｎ
２Ｏ内に流入する。図示した装置の構成ＩＩ嵩は、特に
他の指示がない限ル、ステンレス銅またはアル１ニウム
で形成することができる。
この発明の一塾様ｔ−貢施するに尚９、米国特許出ｊｌ
ｌｉｌｌｌ１ｇ　２４７．５７１号に一般的に１叡さｎ
、がっＪ　、Ｇ、カルバートおよびＪ、Ｎ。ビッツ・ジ
ュニア共著［フォトケンストリーＪ　　（１９６６年）
にさらに論じらｎている光化学反応が生起さｎる。選定
さｎた基板２０ｆ収答している反応室１ｏは図示しない
真！２発生手段によって所定の圧力例えば１ないし４１
ｏｒｒ壇で排気される。選定さｎた酸素含有前駆体分子
Ｆｉ室２６内に収答さｎておシ、バルブ２８管セツトし
て前駆体を室２６がらチューブ３０ｆ通じて反応室１０
１１Ｃ流す。反応’ＭＩＯには＃′！′室温（例えばｓ
３０℃ｔに、あるい゛はよｊ）ｌｂｌＫ（例えば、２０
０℃）Ｋｍ持ｒｔｋる。放ｅ尭生＋皺が動作さｎて所望
の光化学反応を生起させるための所定波長（例えは、酸
化二窒素では１８４９ｋ）の放射１４ｆ発生する。放射
１４は反応室１０内に入り、そこで＃に累含有前駆体例
えばＮ、Ｏの原子ｇｌｔｊＩｃへの直振解銀を生じさせ
、この原子酸素が選足さｎた半導体材料からなる基板２
００色掌と反応して自生酸化物を生成する。
この発明方法に景する原子Ｉｌ累は、酸化二窒素、分子
酸素および二酸化窒素についてそｎぞｎ説明する以下の
式（１）〜（３）に示さｎるようＫ、元エネルギーの別
々の吸収によって酸素含有前駆体から生成し得る。下記
式中におけるＯ（’ＤＪという表示は基底状態よりもｉ
ｔ子ボルトのエネルギーを過剰に有し、かつ適当な第三
者ガスまたは反応室の壁と衝突して基底状態である０（
’Ｐ）と表示さｎた三重現状態となる付勢さｎ九−重積
り状態の酸素原子【意味する。式＜３）に示されていゐ
二酸化窒素の場合には＆累原子は基底状態すなわち三１
項Ｐ状態で直接生成する。
（１）Ｎ＊　Ｏ＋　ｂν（１８４９Ａ）→０（’ＤＪ＋
Ｎ。
（２）　０＊＋ｈν（１８４９Ａ）→２０（”Ｐ）（３
）　　ＮＯｍ　＋　ｂ　ν（３５００〜６０００Ａ）　
→０　（”　Ｐ　）　＋Ｎ　Ｏ（ただし、ｈはブランク
の定数、νは吸収され度放射の周ｔｌｌ数） 式（２）に示さｎている、原子＃票を生成するために分
子ｔｌｔ素【前駆体として用いた場合、オゾンの生ａ會
避けるべく操作圧および分子酸素の流量を注意探く制御
することか必要である。原子酸素が発生するときに過剰
の分子酸素が存在すると、これら両者は反応して、基板
表面を酸化するオゾンを生成する。このオゾンの酸化に
よって生成し７ｔｉＩＩ！化物は粒度、および表面形態
が悪いというような望ましくない品質を持つ、したがっ
て、この発明の方法中にオゾンが存在することを避ける
ことが有利である。
この発明（従って生成し友原子酸素は基板例えばＨｇＣ
ｄ’ｐ＠と反応して以下の式（４）に示すようにその自
生酸化物を生成する。
（４）　ＨｇＣｄＴ＊＋３０−＋ＨｇＯ＋ＣｄＯ＋Ｔｅ
Ｏ式（１）〜（３）に示さｎる反応に従って＃累は原子
の形態でのみ発生する。式（１）に示さｎるように酸化
二窒素の場−＆％鳳子酸素が、この元化学反応によって
発生し、かつ後に基板表面と反応して所望の自生酸化物
を形成する唯一の酸化性種である。しかしながら、式（
２）で示さｎかつ上に論じたように、分子酸素の場合に
は、原子酸素が、党化学的に発生する唯一の酸化性株で
あるが、ある程度のオゾンが原子ｉ１素と分子酸素の反
応によって後に生成さｎ得る。いずｆｔＫＬ、ろ、優者
の場合であっても、原子酸素がこの発明に従って自生酸
化物を形成するための主な酸化性種である。
あるいＦｉまた、この発明の方法に必要な原子酸素は米
国特許出Ｍ累２４７，５７１．号に記載さｎているよう
な圧力および流量条件′下τ選定された酸素含有前駆体
例えば酸化二窒嵩、二酸化窒素または分子ａｌ素の水銀
増感光化学的解離によって発生させることができる。こ
の場合、水銀を収容するｗｉ【チューブ３０の途中であ
って反応’１１１０に入る“前に接続すｎば添付のＮＫ
示しかつ上に説明した装置を用いることかできる。こう
して、＃２嵩金含有駆体は水銀蒸気と混合さｎ。
しかる後反応意向に導入される。放射発生手段Ｊ６が動
作され、所望□の光化学反応を生起させゐ友めに必要な
遇足さｎ、７ｔｓ長（例えは励起状勤の水銀【生じさせ
る几めの２５３７Ｘ　＞の放射１４會発生させる。放射
１４Ｆｉ石英窓１２１ｆ通って反応室１０に入夛、そこ
で反応体ガス混酋物中の水＊（Ｈｇ）１１子食励起して
励起状態の水銀原子（Ｈｇ”）　ｌｒ生成させる。この
励起水銀原子は通常の基底状態よりも約５電子ボルト高
いがイオン化さｎていない。このＨｆｌ　ＦｉＮ＊Ｏの
ような酸素含有前駆体と衝突し命駆体を解離させて原子
ｔＩＩ素【発生させる。こうして生成し次原子酸素は基
板の表面と反応して、既述のように、その自生酸化物を
生成する。しかしながら、この方法では、自生酸化物の
生成中に酸化水銀（Ｈｇ０）が生成するであろうことが
予測さｎ、こｎが自生酸化物【汚染させるかもし牡ない
。場合に応じて、水銀以外の光増感剤を１十ｎが、自生
酸化物【明らかに汚染させる副生成＠【生成しないなら
ば、用いてもよい。
上記したこの発明に従って、＊＊鳳子が、中性粒子のみ
【発生させる光化学法によって生成する。し友がって、
既述のように基板ｔ−ｉ＊＊させる荷電粒子や高エネル
ギー放射の発生にまつわる従来技術の問題は排除される
。この発明の方法によって、自生酸化物層中への（６）
定または移動性電荷の取り込みが抑制さｒｔ、　ｔた牛
導体基板と自生酸化物／絶縁体複酋体との界面における
表面状態密度の値も最小限に抑制さ【る。
さらに、発生／再結合中心（すなわち、ダングリングボ
ンドやトラップ）の密度が低く、シ几がってこの発明の
方法【用いて形成さｎた装置における少数キャリヤの寿
命も喪好である。この今述べた理由によって、この発明
の方法會「無電荷」方法ということが°モきる。こうし
１この発明によｎば、酸化性種が形成さｎる方法および
この酸化性櫨か基板と反応して所望の自生酸化物を生“
成する方法の双方において基板の損傷か防止さｎる。
さらに、この発明の方法では、基板による放射の選択的
吸収は生じないので、プラズマ誘起加熱という従来技術
の問題も生じない。さらに外方拡散によるあ４１１ｉｌ
化付物半導体の熱的損傷という問題もこの発明の方法に
よって抑制さｎる。この発明の方法では、ｉ！亀もの低
い温度が用いられ得るからでああ。こｎに加えて、この
発明の方法は比軟的低温で＊ｍｔできるので境界の移動
（ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）の開−も生
ぜず、を友高密度装置例えば超大規模集積回路および超
高速集積回路の高温における作製において生じる低収率
の問題も避けらｎる。
さらに、この発明の方法は、自生酸化の生成中のダング
リングボンドおよびトラップの発生１＊小限に抑えるこ
とによって、放射（例えばコバル）６０１ｍからの）に
よる装置損傷に対する保躾會増大させる。上記トラップ
およびダングリングボンドは放射損傷に対するａ書の敏
感性【増加させる。したがって、そｎｔ抑制することは
放射損傷上減少させる。
この尭嘴の方法は、本宛＃４省の知るところでは、遺足
さｎｗ基板上に自生酸化物層を形成するために光化学反
応を用いた最初のものである。
この発明の方法【用いることによって、木調カドミウム
テルル（Ｈｇ　Ｃｄ　Ｔｅ　）　％ガリウムリンきニウ
ムヒ票（ＧａＡＪｆＡＳ）　、インジクムガリクムヒ素
（ＩｎＧａＡｊ）、インジウムリウムリＸＩｒ１ＧＩＩ
Ｐ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、インジウムアンチモ
ンｔＩｎ　ｓｂ）％ガリウムヒ素（ＧａＡ＆）、ガリウ
ムアンチ毛ン（Ｇ虐Ｓｂ）、ガリウムリン（Ｇａ　Ｐ）
、シリコン（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）のよう
な牛導体材料の自生酸化物【生成することができる。
さらに、この発明の方法に従って自生酸化−を形成する
前に、基板表面を清浄にするために、画線分野で知らｎ
ている湿式化学エツチング法のような清浄方法管用いる
ことが有利であることがわかっている。
この発明の方法によって自生酸化物層を形成した級、そ
の上に選足された誘電体パシベー７冒ン層管形成して、
低下した表面状１１１！管度蓋びに一足および移動性電
荷の減少した蝦９込みに轟く増大した半纏体／絶縁体界
面特性を有する装ａｔ−＊供してもよい。場合に応じて
、基板は所定導電型の領域を持っていてもよい。この発
嘴の方法にその後に米国特許出願第２４７，５７１号の
方法會おこなうと脣に有利である、後者の方法によって
、所望の鋳電体敵化物層がこの発明の方法によって形成
さｎ７を自生酸化物層の表面に光化学反応によって被着
さｎる。こｎら自生酸化物層長と誘電体層被着を連続的
に組合せることによって、反応ψ中の真９度は保持さｎ
。
基＆は陶方法間で外気にさらさｎることがなく、したが
って雰囲気に敏感な化付物半導体表面の再汚染が防止で
きる。さらに、Ｖ＃電電体酸化物層形形成るために中性
ｉ１ｉ！累原子を用いることによって、自生酸化物の表
ｌ１ｉｒ］はそのまま維持さｆ。
それに対する電４Ｉｉまたは放射６拳による損傷も避け
られる。こうして得らｎ７を装置は基板と自生酸化物／
絶縁体値付体との界面において最適化さｎ７を電気特性
を持つ。特に、こｎら自生酸化物層お上び酵電体バシペ
ーシ冒ン層を有する構造はＨｇ　Ｃｄ　Ｔｅ元導電およ
び大匙を素子、発光ダイオードおよびヘテロ黴酋レーザ
、ＩｎＳｂ赤外検出素子並びにＩｒ１Ｐ高周波電界効果
トランジスターの作製に用いることかできる。
寮施例１ 添付図面に関して述べた装置および方法を用いて、イン
ジウムリフ基板上に自生酸化一層を形成した。酸素含有
前駆体として分子ｗ１．素會用い約３０℃で流量１００
標準眞勢としてその直接解Ｉｌｌおこなった。系の総圧
は１．５　ｔｏｒｒであつ友。この光化学反応は約１時
間おこなって厚さ約２０′にのＩｒ１Ｐ自生酸化物層管
形成した。電子公党化学分析（ＥＳＣＡ　）の骸自生酸
化物層についてのデータはＩｎ−０およびＰ−０結曾の
存在【示していた。
次に、電気特性を試験すべく金員−絶縁体−半導体（Ｍ
ＩＳ）１１造ｔ−得るために上記自生酸化物層 電体酸化物層は厚さ１００ＯＡの二敏化シリコン（Ｓ　
ｉ　Ｏｓ）でＴｏ、ｐ、２００℃における２５３７Ａの
放射による酸化二ｉ１素の水銀増ＩＩＡ元解離會用い次
米国％許出融凧２４７．５７１号の方法によって形成し
た。
ゲート電極としてアルン二つムを用い、Ｊ１面コンタク
トはインジウムハンダでおこなった。半導体装置１１に
験の既知の方法を用い、容量−電圧（Ｃ−Ｖ）測定をお
こなつ几、、測定きｎたフラットバンド電圧は−４，０
ないし０ボルトの範囲にあり、　１１１足さｎたヒステ
リシスは約０．５ボルトであった、 比較として、自生酸化物を形成しなかった以外は同様の
試験構造を作製した。このフラットバンド電圧は−１，
７５ないし−２，０ボルトの範囲にあり、ヒステリシス
は約０．５ボルトであつ友、すなわち、０ボルトに近い
フラットバンド電圧が得らｆるのでこの発明の自生酸化
物を用い次構造は改善さｎ７を性能１示すことがわかる
、爽庸例２ 鶴付図の装置および方法を用いて、＃に氷含有前駆体と
しての流量１ｏｏ　ｉｌｌ準−の分子鈑素の直倣解−に
よってＨｇＣｄ　Ｔｅ　ｉｌｋ　＆上に自生欧化物層全
形成し友。飴糸圧はｌ、　５１ｏｒｒであった。この光
化学反応は３０分間おこない厚さ３０ＡのＨｇ　Ｃｄ　
Ｔ＠自生酸化物鳩會形成し友。この自生酸化物層の屈折
率は２．２であや、こｎは、最適化さｎた界面特性およ
び電気特性を提供するための既知の自生酸化物生長法か
ら実験的に決定した、 次に、自生酸化物層の表面ＫＭ縁層【形成してＭＩＳ構
造を作製し皮。この絶轍層Ｆｉ既知の金属蒸着法によっ
て被着した厚さ約１００ＯＡの硫化亜鉛であつ次。ゲー
ト電極はクロム−金合金であつｅ、ｃ−ｖ測定をおこな
ったところ、ヒステリシスは約０ボルトであり、Ｃ−Ｖ
Ｓ線の総体的な形状は、低い表面形態密度【示してい几
、、フラットバンド電圧は５．６ボルトであった。
比較として、自生酸化物層を形成しなかった以外は同様
にして試験構造を作製した。このヒステリシスは０．５
ボルト以上であり、フラットバンド電圧は上記の値とへ
似であった。し友かつて、この尭例の自生酸化物【用い
た構造は、フラットバンド電圧においては大きな改善は
なさ扛ていないが、ヒステリシスについては改善されて
いる。前者の効果は、非化学量−的自生酸化物【生成す
る化曾物半導体中における種々の元本の酸化速度が異な
るためであろうと考えられる。
以上、この発明を好ましい態様について特に記載したが
、この発明はそｆ’ＬＫ限定するものではない、、特に
１この発明は原子酸素の光化学的発生に限定さｎるもの
ではなく、中性無電荷酸素原子が生簀な酸化性種として
生成し、かつ基板表面【損傷する荷電粒子もしくは高エ
ネルギー放射の発生のないいがなる方法をも含むもので
ある。
さらに、この発明はインジウムリン中水銀カドミウムテ
ルルの自生酸化物層の形成に限定さｎるものでなく　％
　、ＨｇＣｄＴｅ、ＧａＡｊＡｓ、ＩｏＧａＡｓ　％Ｉ
ｎ　Ｇａ　Ｐ　％ＩｎＰ　ｓ　Ｉｎ　Ｓｂ％Ｇａ　Ａｌ
４　Ｇａ　Ｓｂｓ　Ｇｓ　Ｐ％の二元および三元化酋物
牛導体材料並ひにｓｉおよびＧｅ等の元素中４体材料、
さらには原子酸素によって自生酸化物成長【おこなうい
ずｎの基板材料の自生酸化物の形成ｔも含むものである
。
また、この発明は上に述べたｌ＃足の目的の友めの自生
酸化物の形成に限定さｎるものではなく、いかなる他の
目的のために自生酸化物の形ｌｙ、ｔ−も宮むものであ
る。さらに、辿足され皮酸木含有前駆体は酸化二窒素、
二酸化ｉ１素または分子酸素に限定さｎるものではなく
、その圧力および流量も上記のものに限足さｎるもので
はなく、酸素を原子の形態でのみ生成す、るように元イ
ヒ学的屑離するいかなる物質會も含むものである。
最後に、この発明は上記のＷｅａｉｔに限定さｎるもの
ではなく、上記したタイプの元化学反応會おこなうため
に適したいず扛の装置をも含むものである。上に述べ几
反応呈は少なくともその一部が石英ま友は選定さｎ九波
長の放射に対して透過性の他の材料で形成されたいかな
る形態であってもよく、例えば中空石英管からなってい
てもよい。さらに、この発Ｆ＠は基板から醸れて原子酸
素の生成と、その後のこの原子酸素への基板の＠ｌｉｋ
含むものである。
【図面の簡単な説明】
鑑付図はこの発明に従う自生酸化物層の形成方法を集施
する几めに好ましい一例の装置を概略的に示す図、 １０・・・反応室、１２・・・石英窓、１４・・・放射
、１６・・・放射発生手段、２ｏ・・・基板、２６・・
・酸素含有前駆体収容室。 出動人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦特許庁長官　
　若　杉　利　夫　　殿 １．事件の表示 ％龜昭５７−２０５９２５号 ２、発明の名称 自生酸化物層の形成方法および半導体装置３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー ４、代理人 昭和５８年２月２２日 ６　補正のス・１象

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）（ａ）選定さｆ′Ｌ友材料で形成１！ｆ’した基
    板を提供し、（ｂ）中性無電荷酸素原子を主費酸化性株
    として含みかつ荷電粒子または高エネルギー放射【発生
    させないように形成された雰囲気に該基板管さらして＃
    酸素原子と鉄基板の表面との反応を生起させることによ
    って鉄基板の表面にその自生酸化−の層を形成するとと
    もに該荷電粒子または誼嶌エネルギー放射による該基板
    の損傷を最小限に抑制すること１＊黴とする自生酸化物
    層の形成方法。 （２）　　［素原子が、酸素を原子の形１でのみ生成さ
    せる光化学反応によって発生すること【特徴とする特１
    ＰＦＩＩ！ｌ求の範囲第１項記載の方法。 （現　ｌＩＩ本會有ｍ駆体【選定さｎた波長Ｏ放射にさ
    らして腋前駆体のｔｉ＊ｓ−ｖ生起させることによって
    峡累原子を形成丁４ｃと【〜修とする特許請求の範囲第
    １項記載の方法。 （４）　　ＩＩ票金含有前駆体水銀蒸気の存在下に選定
    された波長の放射にさらして皺前駆体の水銀増感解ｓＩ
    ｔ生起させることくよって中性ｌｌ累鳳子【形成するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲率１現記Ｉ！Ｏ方法。 （ｓ）酸素含有前駆体が選定された圧力および流量条件
    の下にある酸化二脅票、二酸化窒素ま７ｔは分子ｌｌ嵩
    である特許請求の範Ｓ第３項オたは第４項記載の方法。 ＜＠　　Ｉｔ定さｎた材料が水銀カドζラムテルル、ガ
    リウムアルミニウムヒ素、インジウムガリウムヒ素、イ
    ンジウムガリウムリン、インジウムリン、インジウムア
    ンチモン、ガリウムヒ素、ガリウムリンチモン、ガリウ
    ムリン、シリフンおよびゲルＭｇ−りムよりなる評の中
    から遇は３４％軒請求の範囲第３項またに第４項記載の
    方法。 （７）（１）選定された材料がインジウムリンでＴｏシ
    、（ｂ）　１ｍ２嵩會有鍵駆体が選定畜ｎた圧力および
    流量条件の下にある分子酸素であ！１．（Ｃ）選定さｎ
    た波長が１８４９Ａである特許請求の範ｆ！１第３項記
    載の方法。 （８）　３０ないし３００℃の範囲の温度でおこなわれ
    ることｔ−特徴とする特許請求の範囲第３項または第４
    項記載の方法。 （９）遺足さｎた半導体材料で形成さｎた基板と、該基
    板の表面に形成さｎた該選定された半導体材料の自生酸
    化物の層であって特許請求の範囲第１項ないし第８項の
    いずれかに記載の方法によって形成されたものと％該自
    生酸化物層の表面上に形成さ−ｒした選定さｒｔた誘電
    体材料の層とを真備してなる半導体装置。
JP57205925A 1981-11-23 1982-11-24 自生酸化物層の形成方法および半導体装置 Granted JPS58155725A (ja)

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