JPS5846169B2 - 化合物半導体装置の酸化膜被覆製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置の酸化膜被覆製造方法Info
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- JPS5846169B2 JPS5846169B2 JP54147630A JP14763079A JPS5846169B2 JP S5846169 B2 JPS5846169 B2 JP S5846169B2 JP 54147630 A JP54147630 A JP 54147630A JP 14763079 A JP14763079 A JP 14763079A JP S5846169 B2 JPS5846169 B2 JP S5846169B2
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- compound semiconductor
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、化合物半導体装置の酸化膜被覆製造方法の
改良に関するものである。
改良に関するものである。
半導体装置では、ＭＯＳまたはＭＩＳ形構成の絶縁膜、
表面安定化保護膜、電極間絶縁膜、さらには選択拡散お
よび選択エピタキシャル成長のマスク膜などとして、酸
化膜被覆はきわめて重要な役割を果している。
表面安定化保護膜、電極間絶縁膜、さらには選択拡散お
よび選択エピタキシャル成長のマスク膜などとして、酸
化膜被覆はきわめて重要な役割を果している。
Ｓｉを基材とする通常の半導体装置の場合には、母材Ｓ
ｊの酸化物８１０２が良質安定な酸化膜被覆として適用
されている。
ｊの酸化物８１０２が良質安定な酸化膜被覆として適用
されている。
しかし、ＧａＡｓなどの化合物半導体を基材とする半導
体装置の場合には、母材結晶の酸化膜はそれぞれの要素
原子の酸化膜の混成膜となり、その組成の制御も困難で
あるために、従来は満足な母材酸化膜を得るに至ってい
ない。
体装置の場合には、母材結晶の酸化膜はそれぞれの要素
原子の酸化膜の混成膜となり、その組成の制御も困難で
あるために、従来は満足な母材酸化膜を得るに至ってい
ない。
従来、ＧａＡｓ結晶の熱酸化法としては、酸素を含む気
流中での４００〜７００℃の熱処理が一般であり、得ら
れる熱酸化膜はＧａＡｓ結晶の要素原子であるＧａおよ
びＡｓの酸化物、主としてＧａ ２Ｑ。
流中での４００〜７００℃の熱処理が一般であり、得ら
れる熱酸化膜はＧａＡｓ結晶の要素原子であるＧａおよ
びＡｓの酸化物、主としてＧａ ２Ｑ。
およびＡｓ２Ｏ３の混合組成体である。
ＧａＡｓ結晶は、高温でＡｓが蒸発し、Ａｓの空孔が発
生し易い性質があり、またＡＳ２０３はＧａ２Ｏ３と比
較して蒸気圧が高く、蒸発し易い性質がある。
生し易い性質があり、またＡＳ２０３はＧａ２Ｏ３と比
較して蒸気圧が高く、蒸発し易い性質がある。
ＧａＡｓ結晶の母材酸化膜の生成過程を考えると、母材
結晶界面では一部のＡｓの蒸発と雰囲気からの０２の供
給のもとでの熱酸化反応によりＧａ２Ｏ３とＡｓ ２０
３ とが生成される。
結晶界面では一部のＡｓの蒸発と雰囲気からの０２の供
給のもとでの熱酸化反応によりＧａ２Ｏ３とＡｓ ２０
３ とが生成される。
生成膜中での両酸化物の組成比ＡＳ２０３／ Ｇａ２０
ｓは、Ａｓ２Ｏ３の表面からの蒸発のために相当に小さ
くなっており、酸化膜−母材結晶界面で生成されるＡｓ
２Ｏ３は統計的には、生成酸化膜中を透して表面方向に
移動することになり、酸化膜−母材結晶界面附近のＡ
Ｓ ２０３／’Ｇ ａ ２０ ｓ組成比を低下させてい
る。
ｓは、Ａｓ２Ｏ３の表面からの蒸発のために相当に小さ
くなっており、酸化膜−母材結晶界面で生成されるＡｓ
２Ｏ３は統計的には、生成酸化膜中を透して表面方向に
移動することになり、酸化膜−母材結晶界面附近のＡ
Ｓ ２０３／’Ｇ ａ ２０ ｓ組成比を低下させてい
る。
また、ＧａＡｓの熱酸化法の最近の技術として、封管中
にＧａＡｓ基板結晶とＡ ｓ２０３粉末とを設置し、そ
れぞれ別個に加熱できる装置を使用して、Ａｓ２Ｏ３粉
末の蒸発、熱分解によって発生する封管内のＡｓ圧およ
び０２圧下でＧａＡｓの熱酸化を行なう方法が提案され
ている。
にＧａＡｓ基板結晶とＡ ｓ２０３粉末とを設置し、そ
れぞれ別個に加熱できる装置を使用して、Ａｓ２Ｏ３粉
末の蒸発、熱分解によって発生する封管内のＡｓ圧およ
び０２圧下でＧａＡｓの熱酸化を行なう方法が提案され
ている。
この方法は、Ａｓ圧を加えることにより母材結晶からの
Ａｓの蒸発および表面からのＡｓ２Ｏ３の蒸発をある程
度制限しようとする試みとして興味深いが、熱化学反応
論的に完全な条件設定が現実には非常に困難であり、実
験結果としても酸化膜−母材結晶界面附近の組成比の改
善は未だ満足すべき程度に至っていない。
Ａｓの蒸発および表面からのＡｓ２Ｏ３の蒸発をある程
度制限しようとする試みとして興味深いが、熱化学反応
論的に完全な条件設定が現実には非常に困難であり、実
験結果としても酸化膜−母材結晶界面附近の組成比の改
善は未だ満足すべき程度に至っていない。
また、封管中での製造方法は、量産化、低コスト化にと
って大きな障害であるなどの問題がある。
って大きな障害であるなどの問題がある。
この発明は、化合物半導体ＧａＡｓ基板に酸化膜被覆を
製造するに当り、ＧａＡｓ基板結晶の表面に予め金属Ａ
ｓ薄膜および金属１？薄膜の２層の附加量を設け、これ
らの附加層の酸化過程と、この酸化過程で生成した酸化
膜を保護膜とする母材結晶の熱酸化過程とを行なうこと
により、前述した従来の問題を解決して、良好な組成の
酸化膜構造の酸化被覆をＧａＡｓ基板に生成させること
を目的とするものである。
製造するに当り、ＧａＡｓ基板結晶の表面に予め金属Ａ
ｓ薄膜および金属１？薄膜の２層の附加量を設け、これ
らの附加層の酸化過程と、この酸化過程で生成した酸化
膜を保護膜とする母材結晶の熱酸化過程とを行なうこと
により、前述した従来の問題を解決して、良好な組成の
酸化膜構造の酸化被覆をＧａＡｓ基板に生成させること
を目的とするものである。
以下、この発明の一実施例を図を参照して基本原理とと
もに説明する。
もに説明する。
第１図はこの発明の実施例における熱酸化処理前の構造
図であり、ＧａＡｓ基板結晶１の表面に金属Ａｓ薄膜２
と金属Ａ７薄膜３の２層の附加層が設けられている。
図であり、ＧａＡｓ基板結晶１の表面に金属Ａｓ薄膜２
と金属Ａ７薄膜３の２層の附加層が設けられている。
附加層としてのＡｓおよびＡｌ薄膜は、厚さが５００〜
１５００Ａおよび２００〜１０００Ａであって、通常の
高真空蒸着法によって容易に形成できるものである。
１５００Ａおよび２００〜１０００Ａであって、通常の
高真空蒸着法によって容易に形成できるものである。
第２図はこの発明の一実施例における熱酸化反応とその
生成酸化膜の組成構造を説明する図である。
生成酸化膜の組成構造を説明する図である。
この発明の熱酸化処理は、０２ガス雰囲気または０２と
Ｎ２あるいは空気との混合ガス雰囲気中で行ない、後述
する３段階の反応過程で行なう。
Ｎ２あるいは空気との混合ガス雰囲気中で行ない、後述
する３段階の反応過程で行なう。
第１の段階は、最外表面層の金属Ａ７膜の熱酸化過程で
あって、酸化雰囲気温度を３００〜４００℃に設定し、
表面からの０２の拡散供給を受けて、拡散律則の条件下
でＡ７の酸化が進行し、緻密なＡｌ２Ｏ３層が生成され
る。
あって、酸化雰囲気温度を３００〜４００℃に設定し、
表面からの０２の拡散供給を受けて、拡散律則の条件下
でＡ７の酸化が進行し、緻密なＡｌ２Ｏ３層が生成され
る。
なお、この熱酸化過程で、Ａｓ薄膜からＡＡ薄膜への少
量のＡｓ拡散が起り、この拡散したＡｓはＡ７薄膜中で
酸化してＡ Ｓ ２０３となる。
量のＡｓ拡散が起り、この拡散したＡｓはＡ７薄膜中で
酸化してＡ Ｓ ２０３となる。
第２図ａはこの段階での生成酸化膜の組成構造を示す。
第２の段階は、主として中間層の金属Ａｓ薄膜の熱酸化
過程であって、この段階での熱酸化反応はすでに生成さ
れているＡｌ２Ｏ３層を保護膜として進行し、Ａｌ２Ｏ
３層は生成するＡｓ２Ｏ３の拡散、蒸発を抑制する作用
を行なう。
過程であって、この段階での熱酸化反応はすでに生成さ
れているＡｌ２Ｏ３層を保護膜として進行し、Ａｌ２Ｏ
３層は生成するＡｓ２Ｏ３の拡散、蒸発を抑制する作用
を行なう。
この第２の段階の酸化雰囲気温度を約２３０〜３５０℃
に設定することにより、良質の単斜晶形のＡｓ２Ｏ３層
が生成される。
に設定することにより、良質の単斜晶形のＡｓ２Ｏ３層
が生成される。
第２図すはこの段階での生成酸化膜の組成構造を示す。
熱酸化の第３の段階は１．ＧａＡｓ母材結晶の熱酸化過
程であって、酸化雰囲気温度を４００〜５５０℃に設定
して行ない、前段階までにすてに生成されているＡｌ２
Ｏ３およびＡｓ２Ｏ３層を保護膜としてこれらの下での
熱酸化反応として進行する。
程であって、酸化雰囲気温度を４００〜５５０℃に設定
して行ない、前段階までにすてに生成されているＡｌ２
Ｏ３およびＡｓ２Ｏ３層を保護膜としてこれらの下での
熱酸化反応として進行する。
このようなＡｌ２Ｏ３およびＡｓ２Ｏ３層を透しての母
材結晶熱酸化の第１の特長は、酸素が前記保護膜を拡散
して供給されるために、緻密な安定した酸化膜生成に有
効な酸素減圧酸化条件が実効的に自動的に形成されてい
ることである。
材結晶熱酸化の第１の特長は、酸素が前記保護膜を拡散
して供給されるために、緻密な安定した酸化膜生成に有
効な酸素減圧酸化条件が実効的に自動的に形成されてい
ることである。
第２の特長は、母材結晶の酸化反応過程でのＡｓ２Ｏ３
層の役割によって発揮される。
層の役割によって発揮される。
すなわち、ＧａＡｓ母材結晶の熱酸化反応では、この結
晶の要素原子であるＧａおよびＡｓの酸化物Ｇａ２Ｏ３
およびＡｓ２Ｏ３が生成することになり、Ａｓ２Ｏ３は
Ｇａ２Ｏ３に比べて蒸発し易い性質がある。
晶の要素原子であるＧａおよびＡｓの酸化物Ｇａ２Ｏ３
およびＡｓ２Ｏ３が生成することになり、Ａｓ２Ｏ３は
Ｇａ２Ｏ３に比べて蒸発し易い性質がある。
しかし、この発明の実施例では、母材結晶のＡｓの酸化
によって生成したＡｓ２Ｏ３は、中間層のＡｓ２Ｏ３保
護膜に接しているために、Ａｓ ２０３分布の勾配はそ
の移動を阻止して逆に追加補填するように働き、生成さ
れた膜の母材結晶界面附近のＭｉ威比Ａｓ２Ｏ３／Ｇａ
２Ｏ３を近似的に１に保つ作用を、Ａｓ２Ｏ３層が行な
う。
によって生成したＡｓ２Ｏ３は、中間層のＡｓ２Ｏ３保
護膜に接しているために、Ａｓ ２０３分布の勾配はそ
の移動を阻止して逆に追加補填するように働き、生成さ
れた膜の母材結晶界面附近のＭｉ威比Ａｓ２Ｏ３／Ｇａ
２Ｏ３を近似的に１に保つ作用を、Ａｓ２Ｏ３層が行な
う。
この段階での熱酸化過程では、前述の母材結晶の熱酸化
の進行と並行して最外表面層のＡｌ２Ｏ３を透して中間
層のＡｓ２Ｏ３が拡散蒸発により次第に減量し、この結
果として第２図Ｃに示すように最外表面層のＡｌ２Ｏ３
を主組成とする層部以外の生成酸化膜の全域で組成比Ａ
ｓ２Ｏ３／Ｇａ２Ｏ３が近似的に１となる理想的な生成
酸化膜が得られる。
の進行と並行して最外表面層のＡｌ２Ｏ３を透して中間
層のＡｓ２Ｏ３が拡散蒸発により次第に減量し、この結
果として第２図Ｃに示すように最外表面層のＡｌ２Ｏ３
を主組成とする層部以外の生成酸化膜の全域で組成比Ａ
ｓ２Ｏ３／Ｇａ２Ｏ３が近似的に１となる理想的な生成
酸化膜が得られる。
このようにして得られた酸化膜被覆の均等、等公比率の
組成構造は、Ｇａ（！：Ａｓとが均等、等公比率のＧａ
Ａｓ母材結晶に対して、組成構造的に最も自然に接続す
るものであり、界面準位密度を最小にすることに大きく
貢献する。
組成構造は、Ｇａ（！：Ａｓとが均等、等公比率のＧａ
Ａｓ母材結晶に対して、組成構造的に最も自然に接続す
るものであり、界面準位密度を最小にすることに大きく
貢献する。
第３の特長は、第２図Ｃの組成構造図に示したように、
最終的には生成酸化膜の最外表面層は、化学的、熱的に
安定なＡｌ２Ｏ３で形成されており、化合物半導体装置
の構成要素としての酸化膜として、化合物半導体装置の
信頼性、安定性の確保に貢献することである。
最終的には生成酸化膜の最外表面層は、化学的、熱的に
安定なＡｌ２Ｏ３で形成されており、化合物半導体装置
の構成要素としての酸化膜として、化合物半導体装置の
信頼性、安定性の確保に貢献することである。
以上説明したように、この発明による化合物半導体装置
の酸化膜被覆製造方法は、Ｇ ａＡ ｓ基板結晶の要素
原子の酸化物組成比率が近似的に１に制御された被覆層
を確実に実現させることができ、このことは、ＭＯＳま
たはＭＩＳ形化合物半導体装置に適用して、界面準位密
度の少ない良好な絶縁膜を提供することができる。
の酸化膜被覆製造方法は、Ｇ ａＡ ｓ基板結晶の要素
原子の酸化物組成比率が近似的に１に制御された被覆層
を確実に実現させることができ、このことは、ＭＯＳま
たはＭＩＳ形化合物半導体装置に適用して、界面準位密
度の少ない良好な絶縁膜を提供することができる。
また、この発明の製造法で得た酸化膜は、最外表面層に
化学的、熱的に安定なＡｌ２Ｏ３層が形成されているの
で、化合物半導体装置の表面安定化保護膜などの装置構
成要素として好適である。
化学的、熱的に安定なＡｌ２Ｏ３層が形成されているの
で、化合物半導体装置の表面安定化保護膜などの装置構
成要素として好適である。
さらに、この発明の製造方法は、工業的な実施に当って
、通常の蒸着技術と酸化雰囲気中での熱処理という量産
性のよい技術ｌこ立脚しているため、半導体装置の種々
の構成要素または中間工程マスク材として有効に活用す
ることができ、化合物半導体装置の製造の基幹技術とし
て大きな効果を有するものである。
、通常の蒸着技術と酸化雰囲気中での熱処理という量産
性のよい技術ｌこ立脚しているため、半導体装置の種々
の構成要素または中間工程マスク材として有効に活用す
ることができ、化合物半導体装置の製造の基幹技術とし
て大きな効果を有するものである。
図はこの発明の一実施例を示し、第１図は熱酸化処理前
の構造図、第２図は熱酸化反応による生成酸化膜の組成
構造を説明する図で、同図ａは第１段階の熱酸化過程で
の生成酸化膜の組成構造を、同図すは第２段階の熱酸化
過程での生成酸化膜の組成構造を、同図Ｃは第３段階の
熱酸化過程での生成酸化膜の組成構造をそれぞれ示す説
明図である。 １・・・・・・ＧａＡｓ基板結晶、２・・・・・・金属
Ａｓ層、３・・・・・・金属Ａ１層。
の構造図、第２図は熱酸化反応による生成酸化膜の組成
構造を説明する図で、同図ａは第１段階の熱酸化過程で
の生成酸化膜の組成構造を、同図すは第２段階の熱酸化
過程での生成酸化膜の組成構造を、同図Ｃは第３段階の
熱酸化過程での生成酸化膜の組成構造をそれぞれ示す説
明図である。 １・・・・・・ＧａＡｓ基板結晶、２・・・・・・金属
Ａｓ層、３・・・・・・金属Ａ１層。
Claims (1)
- Ｉ ＧａＡｓ基板結晶の表面に予め金属Ａｓ薄膜およ
び金属ＡＩ！薄膜の２層の附加層を設け、酸化雰囲気中
での熱酸化処理により、最外表面層の金属ＡＡ薄膜の熱
酸化反応過程と、中間層の金属Ａｓ薄膜の熱酸化反応過
程と、これらの２過程によって生成した酸化膜を保護膜
とするＧａＡｓ基板結晶の母材の熱酸化反応過程とを行
なうことを特徴とする化合物半導体装置の酸化膜被覆製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54147630A JPS5846169B2 (ja) | 1979-11-16 | 1979-11-16 | 化合物半導体装置の酸化膜被覆製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54147630A JPS5846169B2 (ja) | 1979-11-16 | 1979-11-16 | 化合物半導体装置の酸化膜被覆製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5671943A JPS5671943A (en) | 1981-06-15 |
| JPS5846169B2 true JPS5846169B2 (ja) | 1983-10-14 |
Family
ID=15434666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54147630A Expired JPS5846169B2 (ja) | 1979-11-16 | 1979-11-16 | 化合物半導体装置の酸化膜被覆製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5846169B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61137273U (ja) * | 1985-02-18 | 1986-08-26 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57211238A (en) * | 1981-06-22 | 1982-12-25 | Nec Corp | Semiconductor device |
-
1979
- 1979-11-16 JP JP54147630A patent/JPS5846169B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61137273U (ja) * | 1985-02-18 | 1986-08-26 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5671943A (en) | 1981-06-15 |
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