TW201030968A - Semiconductor device, method for making a semiconductor device, semiconductor substrate, and method for making a semiconductor substrate - Google Patents

Description

201030968 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關半導體裴置、半導體裝置之製造方法、 半導體基板’以及半導體基板之製造方法。又，本案係平 成20年度經濟產業省「戰略性技術開發委託費 (Nanoelectronics半導體新材料、新構造技術開發中的與新 材料/新構造奈米電子裝置< (4)ιπ_ V MISFET/III- V ❹_〇n-Insulat〇r(ni-V-OI)MlSFET形成製程技術之研究開發 -積體化構造的特性評估與設計因子的技術開發 > 有關 者）」之委託研究’接受產業技術力強化法第19條之適用 的專利申請。 【先前技術】 近年’已開發出於活性區域使用GaAs等化合物半導 體的各種高功能電子裝置。例如，於通道層使用化合物半 導組之MIS型场效型電晶體（metai-insu】a|；〇r_semiconductor ❹field-effect transistor。以下，有時稱為MISFET)係期待作 為適用於高頻動作及大電力動作之開關裝置。於通道層使 '用化合物半導體之MISFET中，使形成在化合物半導體與 絕緣性材料之界面的界面位準降低是很重要的課題。例 如’非專利文獻1係已揭示以硫化物處理化合物半導體的 表面’藉此而可降低形成於上述界面之界面位準。 [先前技術文類] [非專利文獻] [非專利文獻 1] S.Arabasz,el al.著，Vac.80 卷(2006 321656 3 201030968 年），888頁 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） 如上所述’在化合物半導體MISFET的實用化中’已 體認到降低上述界面位準是項課題。但，對上述界面位準 造成影響的因子並未釐清。 (解決課題用之手段）

為解決上述課題’在本發明之第1態樣中係提供一種 半V體裝置’係具有閃辞礙型（Sphalerite)之結晶構造的3-5 族化合物半導體；接觸於3-5族化合物半導體的（ill)面、 與（ill)面等效的面、或具有從（111)面或與（111)面等效的面 傾斜有傾斜角（off angle)的面之絕緣性材料；以及接觸於絕 緣性材料且含有金屬傳導性材料的MIS型電極。絕緣性材 料係亦可接觸於3-5族化合物半導體的（1：ll)A面、與（ηι)Α 面等效的面、或具有從（lll)A面或與（iiyA面等效的面傾 斜有傾斜角的面。半導體裝置進一步具備例如選自由si 基板、SOI基板、及G0I基板所構成之群組的基底基板， 3-5族化合物半導體係配置於基底基板之一部分。 +導體&置係進一步具備MIS型場效型電晶體，而 MIS型場效型電晶體係具有3-5族化合物半導體、絕緣括 材料、MIS㈣極、及與3-5族化合物半導體電性輕人之 一對輸出輸入電極。MIS型場效型電晶體之通道層係亦可 含有 InzGau Asz,Sbi_z，（式中，1、〇 usz s丄）、或I】 xGa^ASyP!.〆式中，OSX^l、。 一 321656 4 201030968

絕緣性材料係含有例如選自由Al2〇3、Ga2〇3、La203、 AIN、GaN、Si02、Zr02、Hf〇2、HfxSii χ 〇y (式中 ’ Ο^Χ S 1 ’ l^y^2)、HfxAl2_x Oy(式中，

Hfx，Si1-x，〇y’N2_y’（S*’〇Sx’^1，isy，g2)&Ga2X，，Gd x”〇3(式中，0$X”S2)所構成之群組的至少一者，或其等之 積層體。又，絕緣性材料係含有例如含有A1且具有閃鋅礦 型的結晶構造之3-5族化合物半導體、或含有A1且具有閃 鋅礦型的結晶構造之3-5族化合物半導體的氧化物。金屬 傳導性材料係含有選自由Tac、TaN、TiN、Ti、Au、w、 Pt及Pd所構成之群組的至少一者。 在本發明之第2態樣中係提供一種半導體裝置的製造 方法’其具備如下階段：準備3_5族化合物半導體的階段， 其係具有閃鋅礦型的結晶構造、且具有（111)面、與（111) 面等欵的面、或具有從（ill)面或與（ill)面等效的面傾斜有 傾斜角的面；形成絕緣性材料之階段，其係接觸於（111) 面與（111)面等效的面、或具有從（111)面或與（111)面等效 斜有傾斜角的面；以及形成MIS型電極之階段，其 係接觸於絕緣性材料且由金屬傳導性材料所形成 。絕緣性 材料係亦可接觸於3-5族化合物半導體的（lll)A面、與 (111)A面等效的面、或具有從（lll)A面或與（lll)A面等效 的面傾斜有傾斜角的面。 ^ *亥製造方法係亦可進一步具備形成與3-5族化合物半 肢電性輕合之輪出輸入電極的階段。形成MIS型電極之 F皆段^ j 6 X ’係例如較形成輸出輸入電極之階段之前實施。又， 5 321656 201030968 形成輸出輸入電極的階段係亦可較形成絕緣性材料之階段 之前實施。 絕緣性材料係例如藉含有還原性材料之環境中的 ALD法或MOCVD法所形成而得到。該製造方法係亦可於 形成絕緣性材料之後，進一步具備在真空或含有氫之環境 中進行退火的階段。準備3-5族化合物半導體之階段係亦 可具有.準備Si基板、SOI基板、及GOI基板之任一者的 基板之階段、以及於基板之一部分形成3-5族化合物半導 體的階段。 在本發明之第3態樣中，係提供一種半導體基板，其 係為配置有具有閃鋅礦型的結晶構造之3-5族化合物半導 體的半導體基板，3-5族化合物半導體的（ill)面、與（in) 面等效的面、或具有從（111)面或與（111)面等效的面傾斜有 傾斜角的面，係被平行地配置於半導體基板的主面。3_5 族化合物半導體的（lll)A面、與（lll)A面等效的面、或具 有從（lll)A面或與（lll)A面等效的面傾斜有傾斜角的面，0 亦可被平行地配置於半導體基板'的主面。半導體基板亦可· 進一步具備Si基板、SOI基板、及G0I基板之任—者的某 板’ 3-5族化合物半導體亦可被配置.於基板的—部分。土 在該半導體基板中’ 3-5化合物半導體係亦可含有例 如 InzGau AsySbn (式中 ’ OS.zS 1、z，< 1、, 〜==丄）、或In xGai.xAs yPn(式中 ’ OSxSl、O^y^l)。該半導體爲板 係進一步具備阻礙層’阻礙層係阻礙3-5族化合物半導_ 於基板之表面的Si或Ge結晶層之表面進行結晶成+ " 又於 321656 201030968 阻礙層形成貫通至Si或Ge結晶層之開口’亦可於開口内 部形成3-5族化合物半導體。 又，半導體基板之3-5族化合物半導體亦可具有：結 . 晶成長成較阻礙層之表面還凸之晶種化合物半導體、及以 晶種化合物半導體作為核而沿著阻礙層橫向成長之橫向化 合物半導體。橫向化合物半導體亦可具有：以晶種化合物 半導體作為核而沿著阻礙層橫向成長之第1橫向化合物半 導體、及以第1横向化合物半導體作為核而沿著阻礙層朝 ❹ 與第1橫向化合物半導體相異之方向結晶成長的第2橫向 化合物半導體。在該半導體基板中，3-5族化合物半導體 亦可進一步具有於橫向化合物半導體上結晶成長之上層化 合物半導體。 在本發明之第4態樣中，係提供一種半導體基板，其 係為具有：具閃鋅礦型的結晶構造之3-5族化合物半導 體；以及接觸於3-5族化合物半導體的（111)面、與（111)面 G 等效的面、或具有從（111)面或與（111)面等效的面傾斜有傾 斜角的面之絕緣性材料。絕緣性材料係例如接觸於3-5族 • 化合物半導體的（lll)A面、與（lll)A面等效的面、具有從 (lll)A面傾斜有傾斜角的面、或具有從與（lll)A面等效的 面傾斜有傾斜角的面。半導體基板亦可進一步具備Si基 板、SOI基板、及GOI基板之任一者的基板，3-5族化合 物半導體亦可被配置於基板的一部分。 3-5族化合物半導體係亦可含有InzGa；^ Asz，Sbn (式中，0$ζ$1、0$ζ’$1)、或 In xGanAs yPh〆式中，0 7 321656 201030968 sxgl'osysi)。絕緣性材料係亦可含有選自由Al2〇3、

Ga203、La2〇3、AIN、GaN、Si02' Zr〇2、Hf〇2、叫％ X % (式中，os#1 ’ Mys2)、HfxAi2.x 〇y (式中，〇^x^2, l^y^3)、Hfx’SinCVN^式中，〇客 及（^24”<^%”〇3(式中，〇$又’’$2)所構成之群組的至少一 者，或其等之積層體。 絕緣性材料係亦可含有：含有A1且具有閃鋅礦型的 結晶構造之3_5族化合物半導體、或含有A1且具有閃鋅礦 型的結晶構造之3_5族化合物半導體的氧化物。 在本發明之第5態樣中係提供一種具備3_5族化合物 半導體之半導體基板之製造方法’其係具備：準備基底基 板之階段；於基底基板上形成阻礙3-5族化合物半導體結 晶成長之阻礙層的階段；於阻礙層形成貫通至基板基板之 開口的階段；於開口中使晶種化合物半導體結晶成長為較 阻礙層的表面還凸出的階段；以晶種化合物半導體作為核 而沿著阻礙層使橫向化合物（lateral compound)半導體結晶 成長之階^又’以及在橫向化合物半導體上使上層化合物半 導體結晶成長之階段。 【實施方式】 以下’透過發明之實施形態而說明本發明，但以下之 實施形態係不限定申請專利範圍的發明。以下，參照圖面， 說明有關實施形態，但在圖面之記載中，於相同或類似之 部分係有賦予相同之參照編號而省略重複說明的情形。 又’圖面係示意性者，且有厚度與平面尺寸之關係、比率 321656 8

V 201030968 . 等係與現實者相異之情形。又，為說明之方便，在圖面相 互間’亦包含有互相的尺寸關係或比率相異的部分。 ·· 第1圖係概略地表示半導體裝置110之截面的一例。 . 半導體裝置11 〇係具備：化合物半導體12〇、絕緣性材料 130、MIS型電極14〇、及一對的輸出輸入電極bo。化合 物半導體120係具有第1主面126及第2主面128。一對 之輸出輸入電極150係設於第1主面126上。輸出輸入電 極150係與化合物半導體120電性耦合。絕緣性材料13〇 係使MIS型電極14〇與化合物半導體12〇電性分離。 半導體裝置11〇係例如於通道層使用化合物半導體 12〇之MIS型場效型電晶體。更具體之例中半導體裳置ι1〇 係N通道MIS型場效型電晶體。半導體裝置110係亦可為 於通道層使用 InzGau Asz’Sbu，（式中，〇$ζ$ι、〇$ζ， $ 1)、或 In xGalocAs yPiy(式中，〇$x$i、〇Sys 丄）之 n 通道MIS型場效型電晶體。 ❹ 化合物半導體120例如具有閃鋅礦型之結晶構造。藉 此，於化合物半導體120之（111)面、或與（in)面等效之面 配襄構成化合物半導體12〇之元素。 化合物半導體120係宜為具有閃鋅礦型之結晶構造之 3_5族化合物半導體。化合物半導體120係亦可具有複數 層3-5族化合物半導體層。化合物半導體120係例如含有 A1、Ga、IS中之至少1種作為3族元素，5族元素係含有 N、p、AS、Sb中之至少一種之3·5族化合物半導體。化 合物半導體12〇係亦可含有GaAs、InGaAs、InP、InSb、 9 321656 201030968

（式 °§X

InAs。化合物半導體120係亦可含有InzGau Asz Sb 中 ’ OSzSl、OSz’Sl)、或 InxGauASyIVy(式中 SI、OSy^l)。 化合物半導體120係例如摻雜有施體雜質之N ,. 體。施韹雜質例如Si、Se、Ge、Sn或Te。化合物半半導 120亦可為摻雜有受體雜質之p型半導體。受體 為 C、Be、Ζη、Μη 或 Mg 〇 ' 導徵 例如 化合物半導體120係例如藉由有機金屬氣 〇 (有稱為MOCVD法之情形）及分子束磊晶法（有 長法 辦為Λίββ 法之情形）等之蠢晶成長法來形成。化合物半導體12Q係，、 可於Si基板或SOI(Silicon-on-insulator)基板所含有的s· 結晶之（111)面進行磊晶成長》化合物半導體12〇係亦可於 Ge 基板或 GOI(germanium-on-insulator)基板所含有的

SixGe10i結晶（式中，〇$χ<1)的（111)面進行磊晶成長。化 合物半導體120係亦可於GaAs基板所含有之GaAs結晶的 (111)面進行磊晶成長。 Ο 藉由以上之構成，可得到例如於第1主面126具有（111) 面或與(111)面等效之面的化合物半導體120。此時，化合 物半導體120之（111)面或與（111)面等效之面係與化合物 半導體120之第1主面126平行，同時亦與化合物半導體 120進行磊晶成長之基板所含有的Si結晶、SixGeloc結晶、 或GaAs結晶之（111)面實質上成平行。此處’在本說明書 中，所謂「實質上平行」係考量基板或各構件之製造誤差 而亦包含從平行賴傾斜之方向的意義來使用。 10 321656

V 201030968 . 又，具有從化合物半導體120之（111)面傾斜有傾斜角 (off angle)之面，或具有從與（111)面等效的面傾斜有傾斜 • 角之面，亦可為與第1主面126、Si結晶、SixGei.x結晶、 ' 或GaAs結晶之（111)面實質上平行。此處，所謂「從（111) 面傾斜有傾斜角」為化合物半導體120的表面從屬於結晶 學的面方向之（111)面傾斜的角度。傾斜角例如為0.5°以上 10°以下，更佳係2°以上6°以下。 ©化合物半導體120就一例而言，係構成為已配置具有 閃鋅礦型之結晶構造之3-5族化合物半導體的半導體基板 之一部分。例如，化合物半導體120之第1主面126係兼 具上述半導體基板的主面。化合物半導體120之第1主面 126係指形成電子元件之侧的面。該電子元件係例如於通 道層使用化合物半導體之蕭特基（Schottky)閘極型 MESFET、HEMT、p-HEMT、HBT、或 MISFET。 半導體基板亦可具備Si基板、SOI基板、Ge基板、 ❹ G0I基板、及藍寶石基板等之基底基板、與含有具閃鋅礦 型之結晶構造之3-5族化合物半導體等的化合物半導體 120。化合物半導體120係設於例如上述基底基板上。化合 物半導體120係亦可局部地形成於上述基底基板之一部。 絕緣性材料130係使化合物半導體120與MIS型電極 140電性分離。絕緣性材料13〇係接觸於化合物半導體 之（ill)面或與（π 1)面等效之面。絕緣性材料13〇係亦可接 觸於具有從化合物半導體120之（111)面傾斜的傾斜角之 面、或具有從與（111)面等效之面傾斜有傾斜角之面。 321656 11 201030968 絕緣性材料130係含有選自由例如Al2〇3、Ga203、

La203、AIN、GaN、Si02、Zr02、Hf02、HfxSii-x 〇y (式中， OSxSl ’ l$y$2)、HfxAl2·, Oy (式中，0SxS2，l^y S 3)、Hfx’SiKOy^·〆式中，OS x，S 1，1 $ y，$ 2)及 ， Ga2_x，，Gd x’，03(式中，〇Sx”$2)的至少一者，或其等之積層 體。絕緣性材料130係亦可含有：含A1且具有閃鋅礦型之 結晶構造之3-5族化合物半導體、或含A1且具有閃鋅礦型 之結晶構造之3·5族化合物半導體的氧化物。以其他之例 ^ 而言，絕緣性材料130係氧化鈕、氮化矽、及氮氧化矽。 絕緣性材料130係藉由例如真空蒸鍍法、CVD法、 MEB法、或原子層沈積法(Atomic Layer Deposition。以下， 有稱為ALE)法之情形）所形成。尤其，使用ALD法或 MOCVD法而形成絕緣性材料13〇，藉此可形成良質之絕 緣性材料130。絕緣性材料13〇係宜在籍由ALD法或 MOCVD法形成後，於真空或含有氫之環境下退火。藉此’ 可除去於絕緣性材料中所含有的過剩的氧。又，藉使用氫 ◎ 而可使不要的缺陷惰性化。 絕緣性材料130係以含有A卜Ga、La、Gd、Si、Zr 及Hi之任一者的還原性前驅體 '氧或含有氧..之氧化性前 驅體(水、臭氧等）或含氨之前驅體（氨、聯胺類、胺類等） 作為原料’並可藉ALD法或MOCVD法來形成。藉由上 述還原性前驅體與氧化性前驅體的組合形成氧化物 (Α1ζ〇3、HfCb、HfSi〇2等）、藉由上述還原性前驅體與含氮 前驅體的組合形成氮化物（〇aN、AIN、Si3N4等）、藉由上 321656 12 201030968 . 述還原性&驅體與氧化性前驅體與含氮之前驅體之組合形 成氮氧化物（SiON等）等之絕緣性材料13…在ALD法中係 ' 以低溫吸附模式將該等交立地供給，而於MOCVD法係同 、 時地供給。 又’絕緣性材料130係於絕緣性材料130為含有Αι 且具有閃鋅礦型之結晶構造之3-5族化合物半導體時，可 使用含3族元素之還原性前驅體與含有5族元素之還原性 ❹前驅體作為原料，並藉例如ALD法或M0CVD法來形成。 又’絕緣性材料130為含有A1且具有閃鋅礦型之結晶構造 之3-5族化合物半導體的氧化物時，例如，能以如下之順 序形成。首先，以含有3族元素之還原性前驅體與含有5 族元素之還原性前驅體作為原料而藉ALD法或MOCVD 法，形成為絕緣性材料130之前驅體的3-5族化合物半導 體。前驅體係亦可含有若被氧化，電阻率增加之材料。前 驅體係亦可為含有A1且具有閃鋅礦型之結晶構造之3_5族 ❹化合物半導體。上述3-5族化合物半導體的3族元素成分 中之A1成分對Ga成分的分率可為4〇%以上，更宜為6〇% 以上。前驅體亦可為AlGaAs或AlInGaP。 其次，使上述前驅體進行氧化。例如，在氧環境下實 施熱處理，藉此氧化上述前驅體。例如，將形成有上述前 驅體之基板保持於反應容器中，並將反應容器内之溫度及 壓力設在500°C、lOOkPa左右。於該反應容器中供給含有 水之載體氣體，藉此氧化上述前驅體。載體氣體係例如氬 氣等之惰性氣體、或氫。前驅體為AlGaAs或AlInGaP等 13 321656 201030968 時，若該前驅體被氧化，則電阻率增加。因此，藉 前驅體所形叙絕緣崎料13G_㈣高於^體氣化 對廳型電極140施加電愿。半導體裝置 藉施加於順型電極14G之電塵來控制於化合 m所形成之空乏層。MIS㈣極_係例 ^體 極電極。半導體裝置110係亦可藉施加於娜型 之電壓來控制-對之輸出輸人電極15G之間的電流。 MIS型電極14G係接觸於絕緣性材料i3Q。㈣ 極140亦可含有金屬傳導性材料。娜型電極⑽係 例如 TaC、TaN、TiN、Pt、Ti、Au、w 及別中之至= 者作為上述金屬傳導性材料。金屬傳導性材料係摻雜^ 濃度之單結晶、多結晶或非結晶半導體其等之推雜: 高，而成為退縮型之半導體、或石夕化金屬（金屬^化= 物）。又，亦可為此等之複合體（積層體）。MIs型電極工二 係例如藉濺鍍法、蒸鍍法、或ALD法來形成。 一對之輸出輸入電極150係可分別與化合物半導體 120歐姆接觸。所謂歐姆接觸係指不因電流之方向與電壓 之大小而電阻值為實質上呈現一定之電阻性的接觸。輸出 輸入電極150例如為ptTi或AuGeNi。輸出輸入電極15〇 係藉例如真空蒸鍍法來形成。 輸出輸入電極150亦可為金屬電極。輸出輸入電極 150係亦可與化合物半導體12〇進行蕭特基（Sch〇ttky)接 觸。輸出輸入電極150於與化合物半導體12〇進行蕭特基 (Schottky)接觸時，會於半導體裝置11〇產生整流性。對於 321656 14 201030968 電流流動之方向’以蕭特基搞合成為順方向的方式使輸出 輸入電極150分別連接於電流源，在預定之動作條件下蕭 特基接觸的接觸電阻變低。如此之情形時，即使輸出輸入 -電極150與化合物半導體12〇進行蕭特基接觸時，輸出輸 入電極150係與化合物半導體120電性耦合。 如上所述，化合物半導體120係具有閃鋅礦型之結晶 構造。絕緣性材料130係接觸於化合物半導體120之（ηι) ❾面或與（U1)面等效的面。又，絕緣性材料130係可接觸於 具有從化合物半導體120之（111)面傾斜有傾斜角之面，或 接觸於具有從與（111)面等效之面傾斜有傾斜角之面。藉 此’可降低於化合物半導體120與絕緣性材料130之界面 所形成的界面位準。又，可得到缺陷密度小之絕緣性材料 130 ° 絕緣性材料13〇係宜接觸於化合物半導體120之 (lll)A面、與（111)a面等效的面、或具有從（ηι)Α面或與 ❹（lll)A面等效之面傾斜有傾斜角之面。例如，化合物半導 體120為GaAs時係於化合物半導體120之（iii)a面排列 Ga元素’於（11 1)b面排列As元素。Ga元素之氧化物的電 子位準係相較於As元素之氧化物的電子位準，在與GaAs 之界面很難產生界面位準。因此，絕緣性材料13〇與化合 物半導體120之（iioa面接觸時係可進一步降低界面位 準。 又’說明有關半導體裝置110具備2個輸出輸入電極 150之情形’但半導體裝置11〇亦可具備1個輸出輸入電 15 321656 201030968 極。例如，半導體裝置110為二極體時，係半導體裝置110 具備1個輸出輸入電極。此時，所謂輸出輸入電極意指可 使用於輸入或輸出之電極。又，半導體裝置110為雙向閘 流體(Thyristor)時，半導體裝置110具備2個以上之輸出輸 入電極。半導體裝置110具備複數個電子元件時係半導體 裝置110亦可具備2個以上之輸出輸入電極。 第2圖係概略地表示半導體裝置210之截面的一例。 半導體裝置210係具備化合物半導體220、絕緣性材料 Ο 230、MIS型電極240、及一對之輸出輸入電極250。半導 體裝置210係亦可具備絕緣性材料236及絕緣性材料 238。化合物半導體220係具有第1主面226及第2主面 228。 半導體裝置210係例如於通道層使用化合物半導體 220之N通道或P通道MIS型場效型電晶體（有稱為 MISFET之情形）。半導體裝置210係亦可於通道層使用 InzGau Asz’Sbn (式中，0SzSl、0Sz’ S .1)、或 In ❹ xGauASjJVyC式中，OSxSl'OSySl)之 N 通道 MISFET 或P通道MISFET。 化合物半導體220與化合物半導體120係同等。因 此，對於與化合物半導體120之相異點以外係省略說明。 化合物半導體220係具有源極區域222及汲極區域224。 源極區域222及汲極區域224例如於化合物半導體220摻 雜雜質來形成。上述雜質係例如施體雜質或受體雜質。例 如，藉離子植入等於化合物半導體220導入雜質後，藉使 16 321656 201030968 ♦ 化合物半導體細進行退火，而可摻雜雜質。 絕緣性材料230與絕緣性材料13〇係同等。因此，有 2緣性材料細係省略說明。絕緣性㈣236及絕緣性 238係保護化合物半導體22〇之第工主面挪 性材料236及絕緣性材料238 ' 之步驟來形成。 …與絕緣性材料230同一 Ο MIS型電極240與MIS型電極140係同等。因 MIS型電極14〇之相異點以外係省略說明。Mls b與 '^电 24〇 係具有中間層242及導電層244。MIS型電極24〇係接

於絕緣性材料230而具有中間層242之點與MIS型電= 140相異。 V 中間層242係接觸於絕緣性材料130。中間層242係 對MISFET之臨限值電麇造成影響。中間層242係例如由 金屬傳導性材料所形成。中間層242係亦可具有、 TaN、TiN、Pt、Ti、Au、W、及Pd中之至少一者作為上 ❹述金屬傳導性材料。中間層242係例如藉濺鍍法、蒸鍍法、 或ALD法所形成。 導電層244係例如藉由電阻率小於中間層242之材料 所形成。導電層244係办町從金屬傳導性材料所形成。導 電層244之材質係亦可與输出輪入電極250相同。導電声 244係例如為Ti、Au、Al、Cu、W。導電層244係亦可和 輸出輸入電極250相同的夕驟所形成。導電層244係例如 藉真空蒸鍍法所形成。 輸出輸入電極250與輸出輸入電極bO係同等。因 32]656 17 201030968 此’對於與輸出輸入電極150之相異點以外係省略說明。 一對之輸出輸入電極250的一者係例如接觸於源極區城 222。另一輸出輸入電極250係接觸於汲極區域224。 * 化合物半導體220係例如具有閃鋅礦型之結晶構造。 絕緣性材料230係接觸於化合物半導體22〇之（m)面或與 (111)面等效的面。又，絕緣性材料230係亦可接觸於化合 物半導體220之（111)面、或與（iu)面等效之面。更且，絕 緣性材料230係可接觸於從化合物半導體220之（ill)面傾 0 斜有傾斜角之面’或接觸於具有從與（ιη)面等效之面傾斜 有傾斜角之面。藉此，可降低於化合物半導體22〇與絕緣 性材料230之界面所形成的界面位準。又，可得到缺陷密 度小之絕緣性材料230。 使用第3圖至第1〇圖’說明半導體裝置21〇之製造 方法的一例。第3圖至第10圖係概略地表示半導體裝置 210之製造過程的一例。 第3圖係表示準備化合物半導體220之階段。如第3 Q 圖所示，首先’準備化合物半導體220。化合物半導體220 係例如以如下之順序形成。首先，準備形成化合物半導體 220之基底基板.。上述基底基板係例如選自si基板、s〇i 基板、及G0I基板。Si基板及SOI基板係含有Si結晶。 上述基底基板亦可為Ge基板、藍寶石基板、GaAs基板、 或InP基板。 其次’藉由M0CVD法、MBE法等之磊晶成長法， 於上述基底基板之至少一部分形成化合物半導體220。化 18 321656 201030968 合物半導體220係亦可局部地形成於上述基底基板之主 面。化合物半導體220係例如其（m)面或與（111)面 等效之面、平行地配置於基底基板之主面所形成。化合物 半導體220其具有從（in )面傾斜有傾斜角的面、或具有 從與（111)面等效之面傾斜有傾斜角之面，係以平行地配 置於基底基板之主面的方式形成。化合物半導體22〇係亦 可形成於Si基板或SOI基板之Si結晶的（111 )面。 φ 第4圖係概略地表示為雜質導入步驟而準備，將圖形 化成預疋形狀之光罩390形成於化合物半導體220的階段 之一例。如第4圖所示，於化合物半導體22〇之第丄主面 226上形成犧牲膜36〇。犧牲膜36〇係在雜質導入步驟中保 護化合物半導體220。犧牲膜360係例如Si〇2薄膜。 犧牲膜360係例如藉由濺鍍法、蒸鍍法或ALD法所 形成。濺鍍法係亦可為離子束濺鍍法（有稱為IBS法之情 形）。於犧牲膜360塗佈阻劑後，藉光微影蝕刻法使上述阻 ©劑圖形化’可得到光罩39〇。於光罩39〇係形成有開口外2。 開口 392係使犧牲膜36〇之至少一部分露出。 第5圖係概略地表示於化合物半導體22〇導入雜質之 1¾奴的一例。如第5圖所示，經由開口 392而於化合物半 導體220導入雜質。藉此，將成為源極區域之區域422及 成為汲極區域之區域424形成於化合物半導體22〇β例如， 作為雜質之Sl藉離子植入法導入於化合物半導體220。形 成N型MIS二極體或N通道MISFET時，雜質亦可為&、 SC ' Ge、Sn、Te等施體雜質。形成P型MIS二極體或p 321656 19 201030968 通道MISFET時，雜質亦可兔只 7 貝"為如、211、隱、]^等受體雜 質。又，雜質之導入方法係不限定於離子植入法。 第6圖係概略地表示使導入至化合物半導體220之雜 質活性化的階段之-例。如第6圖所示，導入有雜質之化 合物半導體220被退火，而將源極區域222及汲極區域似 形成於化合物半導體220。源極區域切及祕區域224 例如以如下之順序形成。 首先，藉阻劑剝離液剝離光罩39(^其次，以犧牲膜 360被設於化合物半導體22()上之狀態實施退火。藉此， 形成源極區域222及汲極區域22心退火係例如快速熱退 火（有稱為RTA之情形）。退火侧如在8G()t>c進行5分 鐘。其後，藉蝕刻等去除犧牲膜36〇。結果，可得到具有 源極區域222及汲極區域224之化合物半導體22〇。 第7圖係概略地表示形成絕緣性材料730之階段的一 例。如第7圖所示，於化合物半導體22〇之第i主面2% 形成絕緣性材料730。絕緣性材料73〇係例如藉ALD法形 成。藉此，形成接觸於化合物半導體22〇之（m)面、與 (111)面等效之面、具有從（111)面傾斜有傾斜角的面、 或具有從與（111)面等效之面傾斜有傾斜角之面的絕緣性 材料730。絕緣性材料730係亦可在例如藉' ALD法形成之 後，於真空或含有氫之環境下退火。退火係例如在45〇它 進行2分鐘。 絕緣性材料730係例如藉ALD法或MOCVD法來形 成。絕緣性材料730係亦可藉由在含有還原性材料之環境 321656 20 201030968

中的⑽法或M0CVD法來形成。例如，使用於絕緣性 材枓73〇之形成的原料氣體係含有在基態、激態、離子化 ㈣、或自由基化狀態中對於氧或氧化物 ，材料。藉此，在含有還原性材料之環境= 成絕緣性材料730。 見卜了形 =果’即使化合物半導體220之表面被氧化膜被覆 特㈣可有效地去除該氧化膜’故半導體裝置21G之MIS 槿& ^升。上述原料氣體係亦可為含有絕緣性材料73〇之 t素的有機金屬化合物或氫化物。例如，形成A1203 材料、。緣性材料730時’可使用三甲基㈣為上述還原性 第^圖係概略地表示廳型電極之形成過程的一 ^如第8圖所不，形成接觸於絕緣性材料之中間層 。中間層842係例如TaC、TaN '道、Ή、Au、w、

‘二'等之金屬傳導性材料的薄膜。中間層842例如藉 法二、、瘵鍍法、或ALD法來形成。濺鍍法例如為IBS 第9圖係概略地表示廳型電極鳩之形成過程的一 ^如第9圖所示，絕緣性材料，藉光微影_法等圖 :’而形成絕緣性材料930、絕緣性材料936、及絕緣 *材料938。X，中間層842藉光微影餘刻法等圖形化， :::中間層942、中間層946、及中間層948。藉此，化 :〃導體220之源極區域222及波極區域224之至少一 部分會露出。絕緣性材料73〇及中間層S42例如以如下之 321656 21 201030968 順序圖形化。 首先於第8圖所示之中間層842塗佈阻劑之後，藉 姓刻等之微影⑽法圖形化上述阻劑。其次，以被圖形化 之阻劑作為遮罩，而圖形化絕緣性材料73〇及中間層842。 藉此，可使絕緣性材料930及中間層942作成實質上相同 的形狀。同樣地，可使絕緣性材料936及中間層946作成 貫質上相同的形狀。又，可使絕緣性材料及中間層948 作成貫質上相同的形狀。其後，藉阻劑剝離液剝離阻劑。 第10圖係概略地表示MIS型電極24〇之形成過程的 一例。如第10圖所示’於中間層942上形成導電層施。 又，於源極區域222及汲極區域224上形成一對輸出輸入 電極250。藉此’ 一對之輸出輸入電極25〇係盘化 導體酬性搞合。導電層244與一對之輸出輪二電 亦可於同-之步驟形成。導電層244及一對輸出 250係例如以如下之順序形成。 宅極 首先，塗佈阻劑後，藉_等之光微影餘 阻劑圖形化，以形成遮罩。上述步驟係例如多層光阻盤。述 亦即，積層阻劑之種類或烘烤溫度相異之複數芦，程。 以形成遮革。藉此，可形成易剝離之遮罩。θ、P且層’ 其-人’例如藉真空热鐘法形成導電性薄膜 膜係亦可具有複數層_。例如，藉真空蒸 /生缚 薄膜後’藉真空蒸鍍法形成Au薄膜。藉此^ :成.T- 膜及Au薄膜所構成的積層膜。其後，例如，1…Tl薄 之中，藉㈣法去除沉積於鱗之積相 ^積層膜 传到積層膜 321656 22 201030968 對輸出輪入電極 244及一對輸出輪入電極25〇。藉此 250係與化合物半導體22〇電性耦合‘ 其後，絕緣性材料930及中間層942藉光微 形化’而使導電層244與—對輪出輸入電㈣〇被分=圖 絕緣性材料930及中間層942亦可以導電層24 = 而圖形化。藉由以上之順序，製作半導體裝置2ι〇為遞罩 又’在本實施形態中，雖說明有關較一對 極250之前形成MIS型電極24〇之製造方4，但半== 置2Π)之製造讀係稀m例如即使 ' 材料230、MIS型電極24〇、輸出輸入電極25〇之^緣性 可製造半導體裝置210。 ’亦 就半導體裝置210之製造方法的另一例而言，亦可於 形成廳型電極240或絕緣性材料，之前，形成__ 出輸入電極250。例如，首先，準備化合物半導體22〇。^ 次，形成與化合物半導體22〇電性耦合之輸出輸入電極 ❹250。其後，在形成絕緣性材料23〇之後，形成从15型電 極240，藉此亦可製造半導體裝置21〇。 第11圖係概略地表示半導體裝置11〇〇之截面的一 例。半導體裝置1100係具備：基底基板1102、阻礙層1160、 結晶晶種1170、晶種化合物半導體118〇、及橫向化合物半 導體1120。基底基板11〇2係具有第i主面11〇6、及第2 主面1108。於阻礙層1160形成開口 1162。於橫向化合物 半導體1120係形成有於通道層使用橫向化合物半導體 1120 之 MISFET 1110。 321656 23 201030968 於半導體裝置1100之至少一部分中，基底基板 1102、阻礙層1160、及橫向化合物半導體1120朝略垂直 於第1主面1106之方向依上述順序配置。就一例而言，阻 礙層1160係接觸於第1主面11〇6而形成。開口 1162之内 部係亦可配置結晶晶種1170及晶種化合物半導體118〇之 至少一部分。在開口 1162之内部中，基底基板11〇2、結 晶晶種1170、及晶種化合物半導體U8〇亦可朝略垂直於 第1主面1106之方向依上述順序配置。此處，在本說明書 中’所謂「略垂直的方向」係不僅包含嚴密地垂直的方向，〇 考慮基板及各構件之製造誤差，亦包含從垂直稍傾斜的方 向。 基底基板1102係例如Si基板、SOI基板、及GOI基 板之任一者。Si基板或SOI基板係含有Si結晶。基底基 板1102係亦可為Ge基板、藍寶石基板、GaAs基板、或 InP基板。 阻礙層1160係阻礙北合物半導體結晶成長。又，使❹ 用MOCVD法而使化合物半導體之結晶磊晶成長時，阻礙 層1160係阻礙上述化合物半導體在阻礙層1160之表面進 行蠢晶成長。阻礙層116(}係例如氧化矽層、氧化鋁層、氮 化石夕層、氮氧化矽層.、氮化钽層或氮化鈦層、或積層此等 之層。阻礙層1160之厚度例如為〇 〇5至5# m。阻礙層1160 係例如藉CVD法來形成。 開口 1162係於略垂直於第1主面1106之方向貫通阻 礙層1160至第1主面1106。開口 1162係使第1主面1106 24 321656 201030968 露出。藉此，於開口 1162之内部可選擇性地使結晶成長。 開口 1162係例如藉蝕刻等之光微影蝕刻法來形成。 '. 開口 1162係具有例如（，3)/3以上之深寬比。於深寬 比為（/"3)/3以上之開口 1162的内部若形成具有某程度之 厚度的結晶，則於該結晶所含有之格子缺陷等的缺陷會在 開口 1162之壁面被終止。結果，露出於開口 1162之上述 結晶的表面係在形成該結晶之時點具有優異之結晶性。 此處，在本說明書中所謂「開口之深寬比」係指使「開 口之深度」以「開口之寬度」除之值。例如若依電子資訊 通訊學會編、「電子資訊通訊手冊第1分冊」751頁、1988 年、歐姆公司發行，深寬比記載為（蝕刻深度/圖型寬度）。 在本說明書中，亦以同樣的意義使用深寬比之用語。 又，所謂「開口的深度」係指於基板上積層薄膜時之 積層方向的深度。「開口之寬度」係指垂直於積層方向的方 向之寬度。開口之寬度有複數個時，係於開口之深寬比的 Q 算出時，使用最小的寬度。例如，從開口之積層方向觀看 到的形狀為長方形時，於深寬比之計算使用長方形之短邊 的長度。 結晶晶種1170係於晶種化合物半導體1180提供良好 的晶種面。結晶晶種1170係抑制存在於基底基板1102或 第1主面1106之雜質對晶種化合物半導體1180的結晶性 造成不良影響。結晶晶種1170係形成於開口 1162的内 部。結晶晶種1170係接觸於例如第1主面1106而形成。 結晶晶種1170係亦可含有半導體之結晶。結晶晶種1170 25 321656 201030968 係亦可含有SixGeh結晶（0 S x < 1 )，又，亦可含有 InxGai.xAsyP^y (O^x^l ' O^y^l)0 結晶晶種1170係例如可藉CVD法等磊晶成長法來形 成。此時，在阻礙層1160之表面係阻礙結晶晶種之前驅體 成長為結晶，故結晶晶種1170係於開口 1162之内部進行 選擇性成長。 結晶晶種1170係宜被退火。藉此，可減少結晶晶種 1170之内部的缺陷密度，可對晶種化合物半導體1180提 供良好的晶種面。開口 1162具有（，3) /3以上之深寬比 時係亦可不進行退火。 亦可進行複數階段之退火。例如，實施未達結晶晶種 1170之融點的溫度之高溫退火後，實施在低於高溫退火之 溫度的低溫退火。如此之2階段退火反覆複數次。高溫退 火之溫度及時間於結晶晶種1170含有SixGe^ (0$χ<1) 時，係例如在850至900°C為2至10分鐘。低溫退火之溫 度及時間係例如在680至780°C為2至10分鐘。如此之2 階段退火例如反覆10次。 晶種化合物半導體1180係接觸於結晶晶種1170而形 成。具體上，晶種化合物半導體1180係於結晶晶種1170 晶格匹配或準晶格匹配。晶種化合物半導體1180係例如 GaAs等3-5族化合物半導體。結晶晶種1170與晶種化合 物半導體1180之界面亦可在開口 1162之内部。晶種化合 物半導體1180係可藉例如MOCVD法等磊晶成長法來形 成。 26 321656 201030968 又’基底基板1102係如Ge基板或GOI基板，於第 1主面1106亦可為具有Ge結晶之基板。又，晶種化合物 半導體1180係於GaAs或Ge進行晶格匹配或準晶格匹配 之 InxGarxASyPpy ( 〇 $ X $ 1、〇 $ y $ 1)。如此之情形係亦 可晶種化合物半導體1180接觸於面向第1主面11〇6之Ge 結晶而形成。 此處’在本說明書中，所謂「準晶格匹配」雖並非完 @ 全的晶格匹配’但係指在互相接觸的2個半導體的晶格常 數之差小、且晶格不匹配所產生之缺陷發生在不顯著的範 圍’可積層互相接觸之2個半導體的狀態。此時，各半導 體之結晶晶格在可彈性變形之範圍内進行變形，可吸收上 述晶格常數的差。例如，Ge與GaAs之積層狀態稱為準晶 格匹配。 橫向化合物半導體1120係以晶種化合物半導體1180 作為核’而沿著阻礙層1160進行橫向成長。橫向化合物半 〇 導體1120係可藉MOCVD法等磊晶成長法來形成。晶種 化合物半導體1180及橫向化合物半導體1120係亦可以同 一之材料一體地形成。 橫向化合物半導體1120係亦可與基底基板11〇2電性 分離。例如，晶種化合物半導體1180藉由含有電阻率大於 結晶晶種1170之材料’而使橫向化合物半導體1120與結 晶晶種1170電性分離。結果，橫向化合物半導體1120係 與基底基板1102被電性分離。 此處，所謂「被電性分離」不限於基底基板1102與 27 321656 201030968 橫向化合物半導體1120被完全絕緣《>基底基板1102與橫 向化合物半導體1120之間的電阻值只要大於形成橫向化 合物半導體1120之電子元件穩定地動作的程度即可。又， 橫向化合物半導體1120與基底基板11〇2亦可藉橫向化合 物半導體1120與基底基板1102之間的與任一者所形成的 PN接合障壁而電性分離即可。 電阻率大於結晶晶種1170之材料係例如氧化物介電 體。氧化物介電體就一例而言，為含有A1且具有閃鋅礦型 之結晶構造之3-5族化合物半導體的氧化物。上述含有Α1 β 之3-5族化合物半導體係亦可為AlGaAs或AlInGaP。上述 氧化物係亦可於形成橫向化合物半導體i 12〇之後，藉氧化 上述含有A1之3-5族化合物半導體來形成^電阻率大於結 晶晶種1170之材料的另一例，可例示摻雜氧且含有A〗之 3-5族化合物半導體、或、含有b之3_5族化合物半導體。 MISFET 1110係半導體裝置的一例。mb FET 1110係 具有半導體裝置110或半導體裝置210同樣的構成。具體 上，MIS FET 1110係具備絕緣性材料113〇 ' MIS型電極 1140、及一對輸出輸入電極115(^絕緣性材料113〇、絕緣 性材料130、及絕緣性材料230係同等。MIS型電極114〇、

Mis型電極140及MIS型電極240係同等。輸出輸入電極 U50、輸出輸入電極15〇及輸出輸入電極25〇係同等。輸 出輸入電極115G亦可為歐姆性輸出輸人電極，亦可為於通 電方向阻抗低之蕭特基(Schottky)性輸出輸入電極。 第12圖係概略地表示半導體裝置11〇〇之上表面的一 321656 28 201030968 例。第11圖所示之橫向化合物半導體1120係亦可具有第 1橫向化合物半導體1122及第2橫向化合物半導體 、1124。第1橫向化合物半導體1122係以晶種化合物半導體 ' 1180作為核而沿著阻礙層1660橫向成長所形成。第2橫 向化合物半導體1124係以第1橫向化合物半導體1122作 為核沿著阻礙層1160而朝與第1橫向化合物半導體1122 相異的方向橫向成長來形成。 例如，第1橫向化合物半導體1122係以相等於晶種 ® 化合物半導體1180的晶種面的長度之寬度進行橫向成 長。第2橫向化合物半導體1124係將第1橫向化合物半 導體1122未接觸於晶種化合物半導體1180的面、與晶種 化合物半導體1180之面中，未接觸於第1橫向化合物半導 體1122的面作為晶種面而成長。第1橫向化合物半導體 1122及第2橫向化合物半導體1124係例如3-5族化合物 半導體。 〇 第13圖係概略地表示第12圖所示之半導體裝置1100 之截面。在第13圖中，半導體裝置1100係進一步具備： 在含有第1橫向化合物半導體1122及第2橫向化合物半 導體1124之橫向化合物半導體1120上結晶成長的上層化 合物半導體1126。上層化合物半導體1126係接觸於第11 圖及第12圖所示之晶種化合物半導體1180、第1橫向化 合物半導體1122、及第2橫向化合物半導體1124之上表 面，朝垂直於基底基板1102之第1主面1106的方向進行 結晶成長來形成。上層化合物半導體1126係具有高於第1 29 321656 201030968 橫向化合物半導體1122及第2橫向化合物半導體1124之 結晶性。MISFET 1110亦可形成於上層化合物半導體1126 上。 又，藉MOCVD法形成3-5族化合物半導體時，係例 如藉由調整含有3族元素之原料氣體與含有5族元素之原 料氣體的流量比或分壓比，可控制3-5族化合物半導體之 成長方向。具體上，亦可控制使3-5族化合物半導體沿著 阻礙層1160之表面而橫向成長、或朝垂直於基底基板11〇2 之第1主面1106的方向進一步成長。例如，形成InGaAs ® 作為3-5族化合物半導體時’係含有3族原料之原料氣體 對含有5族元素之原料氣體的分壓比愈大，InGaAs愈易橫 向成長。 在本實施形態中，雖說明有關半導體裝置1100於基 底基板1102與晶種化合物半導體1180之間具備結晶晶種 1170的構成’但半導體裝置11〇〇亦可不具備結晶晶種 1170。例如’於具有（/3) /3以上之深寬比的；口内部 Q 形成有晶種化合物半導體1180時，即使半導體基板或半導 體裝置為不具備結晶晶種1170時，亦可形成結晶性佳之晶 種化合物半導體1180。 [實施例] (實施例1) 研究化合物半導體、與於其表面所形成之絕緣性材料 的界面所形成之界面位準的目的，就半導體装置之一例， 製作MIS二極體。以具有閃鋅礦型之結晶構造之3-5族化 30 321656 201030968 合物半導體的一例而言，使用Si摻雜N塑GaAs。MIS二 極體係以如下之順序形成。 - 首先’作為具有閃鋅礦型之結晶構造之3-5族化合物 半導體的一例’形成Si摻雜n型GaAs。上述Si摻雜N 型GaAs係形成於Si摻雜N型單結晶GaAs基板的表面。 上述Si摻雜N型GaAs係於si摻雜N塑單結晶GaAs基 板的（111) A面上磊晶成長來得到。藉此，可於與基板之 ©主面平行的面形成具有（111 )A面之3-5族化合物半導體。 又’上述Si摻雜N型GaAs的電子濃度為2xl016/cm 3。又’ 厚度為1/z m。 其次’就輸出輸入電極之一例，形成Cr/Au歐姆電極。 Cr/Au歐姆電極係形成於上述Si摻雜N型單結晶GaAs基 板的背面。Cr/Αιι歐姆電極係藉真空蒸鍍法來形成。 繼而，就絕緣性材料之一例，形成Al2〇3薄膜。Al2〇3 薄膜以如下之順序形成。使Si摻雜N型單結晶GaAs基板 〇之表面所形成的Si摻雜N型GaAs表面以氨水溶液洗淨 後，將上述Si掺雜N型單結晶GaAs基板導入於ALD製 膜設備的反應容器。使反應容器充分地真空排氣後，將上 述Si摻雜N型單結晶GaAs基板加熱至250°C。其後，於 反應容器之内部藉交互地供給三曱基鋁氣體及水蒸氣之 ALD法’於Si摻雜N型GaAs之表面形成膜厚6 nm之 Ai2〇3薄膜。形成ai2〇3薄膜後，在真空環境下實施退火。 退火係以450°C實施2分鐘。冷卻後，將上述Si摻雜N型 單結晶GaAs基板從ALD製膜設備取出。 31 321656 201030968 其次，厅尤MIS電極之一例，形成Au薄膜。Au薄膜 係以如下之順序形成。首先，於所取出之Si摻雜N型單 結晶GaAs S板的A12Q3薄膜之表面形成由阻劑層所構成 的遮罩後，將上述阻劑層圖形化，藉此於上述阻劑層形成 開口。其次’於從開口露出之Al2〇3薄膜的表面及阻劑層 的表面，藉真空蒸鍍法形成膜厚25〇nm之Au薄膜。其後， 藉剝離法，去除沉積於阻劑層表面之上述八11積層膜。

藉以上步驟，可得到MIS二極體，其係具備Si摻雜 N型單結晶GaAs基板、形成於上述GaAs基板的表面之 Si摻雜N型GaAs、接觸於si摻雜N型GaAs之（ιη) A 面的Α1ζ〇3 /專膜、接觸於aiz〇3薄膜的au薄膜、形成於上 述GaAs基板之背面的Cr/Au歐姆電極。使用所得到之 二極體而計測界面位準。界面位準之計測係藉由測定藝 二極體之電容電壓特性來實施。 第14圖係表示實施例二極體的電容電壓特 性（有稱為CV特性之情形）。在第14圖中，縱軸表示電容 kF/cni2]，橫軸表示偏壓電壓[v卜第14圖係表示頻率為 lk[Hz]、1〇 k[Hz]、i〇0k[Hz]、1M[HZ]之情形的 cv 特性。 圖中之實線係表示增加偏壓電壓之時的cv特性。圖中之 虛線係表示減少偏壓電壓之時的cv特性。如第14圖..所 示，可知若依實施例1之MIS二極體，可得到頻率分散特 性少之良好特性。 (實施例2) 製作MIS二極體，其係具備:Si摻雜N型單結晶⑺如 321656 32 201030968 基板、形成於上述GaAs基板的表面之Si摻雜N型GaAs、 接觸於Si摻雜N型GaAs之（111) B面的Al2〇3薄膜、接 觸於Al2〇3薄膜的Au薄膜、形成於上述GaAs基板之背面 的Cr/Au歐姆電極。實施例2之MIS二極體係使Si摻雜 N型GaAs於Si摻雜N型單結晶GaAs基板之（111) B面 磊晶成長以外，其餘係與實施例1同樣做法而實施。 上述Si摻雜N型GaAs之電子濃度為2χ1016/αη3。又， 厚度為lym。使用所得到之MIS二極體，與實施例1同 樣地計測界面位準，界面位準之計測係藉由測定MIS二極 體之電容電壓特性來實施。 第15圖係表示實施例2之MIS二極體的CV特性。 在第15圖中，縱轴表示電容["F/cin 2]，橫轴表示偏壓電 壓[V]。第 15 圖係表示頻率為 lk[Hz]、10 k[Hz]、100k[Hz]、 1Μ[Ηζ]之情形的CV特性。圖中之實線係表示增加偏壓電 壓之時的CV特性。圖中之虛線係減少偏壓電壓之時的CV ❹特性。如第15圖所示，可知若依實施例之MIS二極體， 可得到頻率分散特性少之良好特性。 (比較例） 就比較例而言，製作MIS二極體，其係具備：Si摻 雜N型單結晶GaAs基板、形成於上述GaAs基板的表面 之Si摻雜N型GaAs、接觸於Si摻雜N型GaAs之（001) 面的Α12〇3薄膜、接觸於A〗2〇3薄膜的Au薄膜、形成於上 述GaAs基板之背面的Cr/Au歐姆電極。比較例之MIS二 極體係使Si摻雜N型GaAs於Si摻雜N型單結晶GaAs 33 321656 201030968 基板之（謝）面蠢晶成長以外，其餘係與實施例i同樣做 法而實施。 比較例之MIS二極微的ς彳妓私、 16 镀的Sl摻雜Ν型GaAs之電子濃 度為2x10 /cm 。又，厚声兔1 " m

又馬。使甩所得到之MIS 二極體’與實施例1同樣孙，4制货 戈地汁測界面位準。界面位準之 計測係藉由測定MIS二極错夕雷交弥p 蚀骽之電备電壓特性來實施。

第16圖係表示比較例之Me〜J 乂列之Μ1ί>〜極體的CV特性。在 第16射’縱軸表示電容⑽…]，橫轴表示偏壓電壓 [V]第16圖係表示頻率為叫叫、i〇^Hz]、1〇〇k[Hz]、 1M[Hz]之情料cv雜。圖+之實線係表料加偏壓電 壓之時的CV特性1中之虛線係表示減少偏壓電壓之時 # <：二特n 16圖所示’可知比較例之^^二極體 係與實施例1及實施例2之MIS二極體比較，頻率分散很 明顯。 從以上之結果，實施例1及實施例2之MIS二極體係 具備接觸於Si推雜·^

“爹雜N型GaAs之（in) A面或（111) B 2 3薄膜’與具備接觸於Si摻雜N型GaAs之（〇〇1) 面的ai2〇3薄膜時 于比較’可知界面位準降低。又’從以上 之結果，可知於泰 、黾晶體之Μ極電極採用如此之MIS型電 ，可製作適於_齡作及大電力動作之㈣裝置及類比 裝置。 •首姊亦即可知具有閃鋅礦型之結晶構造之3_5族化合物半 3 5知化合物半導體之 b 或接觸於與（111Λ W i； )A面或（11]L) b面等效之面的絕緣性 34 321656 201030968 材料、接觸於絕緣性材料並由金屬傳導性材料所形成之 MIS電極、與3-5族化合物半導體電性耦合之一對輸出輸 入電極的MIS型場效型電晶體’係可利用作為適於高頻動 ' 作及大電力動作之開關裝置及類比裝置。 (實施例3) 使用第3圖至第1〇圖所說明之方法而製作場效型電 晶體。於ρ型InP的基板上，使p型InGaAs的化合物半導 ❹體I20蟲晶成長。以In與Ga之比成為0 53 : 0.47的方式， 又，p型載體密度成為3xl〇16cm·3的方式形成p型InGaAs， 並以（111) A面作為表面之條件磊晶成長。以犧牲膜36〇 而&，藉ALD法形成厚度為6 nm之Al2〇3後形成光罩 390，離子植入Si。離子植入之條件係使植入量為2χ1〇ΐ4 cm·2，加速電壓為30 keV。 去除光罩390後，於i〇〇°c、1〇秒的條件下進行RTA (快速加熱退火）處理使植入的Si進行活性化形成源極 ❹區域222及汲極區域224。藉由以緩衝氣酸稀氟 駄（DHF)、及氨（NH4〇H)進行之處理進行表面之清淨、 ai2o3剝離、及表面處理。繼而，藉原子層沉積（ald) 法以13 nm之厚度形成Al2〇3 ’藉離子束濺鍍（IBS)法以 3〇 nm之厚度形成TaN。藉此形成絕緣性材料730及中間

而方、形成源極電極及沒極電極之區域形成開口 t離子餘刻， >3進行Μ刻， 。其後，藉 321656 35 201030968 蒸鍍法形成欽（Ti)及金（Au)之積層膜，使用剝離法而 形成源極電極及沒極電極（輸出輸入電極250)。進一米 蒸鑛鈦（Ti)及金（Au)之積層膜’藉剝離法形成導電層 244。繼而，藉由以SF6作為蝕刻氣體之反應性離子蝕刻去 、 除導電層244之下部區域以外的TiN，作成閘極電極。 ' 第I7圖（a)係觀察(lll)A面的inGaAs與以ALD法所 產生之Al2〇3的界面部分之TEM照片。第17圖（b)係觀 察（100)面的InGaAs與以ALD法所產生之八丨2〇3的界面部 分之TEM照片。任一者均以原子層等級形成明顯的界面。◎ 第18圖係表示所製成之場效電晶體的汲極電流_汲極電壓 特性。第18圖表示閘極電極以〇 v至2 V的範圍以0.5 v 階差變化之數據。實線係表示InGaAs為（111) A面之情 形的特性。虛線係InGaAs為（1〇〇 )面之情形的特性作為 比較而表示。

InGaAs 為（111 ) A 面之情形，與 inGaAs 為（1〇〇 ) 面之情形進行比較’可確認出即使為相同之閘極電壓，亦❹ 會流動較多的電流，且IV特性良好。又，InGaAs為（m) A面時的臨限值電壓為·〇 22 V，S因子為231 mV/dec。 InGaAs為（1〇〇)面的情形之臨限值電壓為+0K) v，S因 數為136 mV/dec。S因數表示元件電流為變化1位數，所需 的閘極電壓’電晶體為進行ON、〇FF所需閘極電壓之基 準的量。 第19圖係以載體密度為橫軸，以有效移動度為縱軸 之圖表。圓形表示InGaAs為（111) A面之情形，三角形 36 321656 201030968 表示InGaAs為（100)面之情形。可知InGaAs為（111) A面時相較於（1〇〇)面之情形，移動度大。 (實施例4) . 第20圖係表示於阻礙層上結晶成長有多數個上層化 合物半導體1200的SEM照片。上層化合物半導體12〇〇 係於第11圖所示之半導體裝置1100中之橫向化合物半導 體1120上進一步羞晶成長的化合物半導體層。第a圖係 ❺表示第20圖中之一個上層化合物半導體12〇〇的戴面之 TEM照片。第22圖係放大第21圖之截面的表面附近之 TEM照片。 於Si之基底基板11〇2上形成Si〇2作為阻礙層1160, 於Si〇2形成開口 1162。前處理之後’於開口 n62之内部 使晶種化合物半導體1180選擇磊晶成長（第1成長），其 次’使橫向化合物半導體112〇在屬於阻礙層1160之Si〇2 上橫向成長（第2成長）。進一步，於橫向化合物半導體 參1120上使上層化合物半導體12〇〇選擇磊晶成長（第3成 長）。 前處理、第1成長、第2成長、及第3成長之條件係 如以下所述。在各階段之原料氣體係三甲基鎵（TMGa)、 二甲基銦（TMIn) '及第三丁基砷（TBAs)。在各階段中 之TMIn及TBAs之分壓係分別為〇 13 pa及5 4 Pa。又， 處理溫度為620。(：。前處理中之處理時間為5分鐘。第1 成長、第2成長、及第3成長中之處理時間係任一者均為 20 _分鐘。 37 321656 201030968 進一步，使在各階段中之TMGa的分壓變化。前處 理、第1成長、第2成長及第3成長中之TMGa的分壓分 別設為 0 Pa、0.16 Pa、0.08 Pa、0.24 Pa。如此地，改變 TMGa分壓，可使對應於開口内之選擇磊晶成長（第1成 長）、橫向成長（第2成長）、及追加的選擇磊晶成長（第 3成長）之結晶成長。 如從第22圖所觀察，可推測追加的選擇磊晶成長之 上層化合物半導體1200係截面之平坦性較橫向成長之橫 向化合物半導體1120還優，結晶性亦佳。 於申請專利範圍、說明書及圖面中所示之裝置、系 統、程式、及方法之動作、順序、步驟、及階段等之各處 理的實行順序，在未有特別明示「更前j、「先前」等，或 於後面之處理使用前面之處理的輸出之情形，應注意可以 任意之順序實現。有關於申請專利範圍、說明書及圖面中 之動作流程，即使權宜上使用「首先」、「其次」等而說明， 亦並非意指必須以此順序實施。 【圖式簡單說明】 第1圖係概略地表示半導體裝置110之截面的一例。 第2圖係概略地表示半導體裝置210之截面的一例。 第3圖係概略地表示半導體裝置210之製造過程的一 例0 第4圖係概略地表示半導體裝置210之製造過程的一 例0 第5圖係概略地表示半導體裝置210之製造過程的一 38 321656 201030968 例。 第6圖係概略地表示半導體裝置210之製造過程的一 . 例。 第7圖係概略地表示半導體裝置210之製造過程的一 例0 第8圖係概略地表示半導體裝置210之製造過程的一 例0 第9圖係概略地表示半導體裝置210之製造過程的一

第10圖係概略地表示半導體裝置210之製造過程的 一例0 第11圖係概略地表示半導體裝置1100之截面的一 例。 第12圖係概略地表示半導體裝置1100之上表面的一 例。 第13圖係概略地表示第12圖所示之半導體裝置1100 的截面。 第14圖係表示實施例1記載之MIS二極體的CV特 性。 第15圖係表示實施例2記載之MIS二極體的CV特 性。 第16圖係表示比較例記載之MIS二極體的CV特性。 第17圖（a)係表示觀察（lll)A面的InGaAs與以ALD 法所產生之Al2〇3的界面部分之TEM照片、（b)係表示觀 39 321656 201030968 察（100)A面的InGaAs與以ALD法所產生之Al2〇3的界面 部分之TEM照片。 第18圖係表不所製成之場效電晶體的〉及極電流- >及極 電壓特性。 第19圖係表示有效移動度對載體密度之值的圖表。 第20圖係表示於阻礙層上橫向成長之多數個上層化 合物半導體1200的SEM照片。 第21圖係表示第20圖中之一個上層化合物半導體 1200之截面的TEM照片。 第22圖係將第21圖之截面的表面附近放大之TEM 照片。 【主要元件符號說明】 110 半導體裝置 120 化合物半導體 126 第1主面 128 第2主面 130 絕緣性材料 140 MIS型電極 150 輸出輸入電極 210 半導體裝置 220 化合物半導體 222 源極區域 224 汲極區域 226 第1主面 228 第2主面 230 絕緣性材料 236 絕緣性材料 238 絕緣性材料 240 MIS型電極 242 中間層 244 導電層 250 輸出輸入電極 360 犧牲膜 390 光罩 392 開口 422 區域 40 321656 201030968 424 區域 730 絕緣性材料 842 中間層 930 絕緣性材料 . 936 絕緣性材料 938 絕緣性材料 942 中間層 946 中間層 948 _間層 1100 半導體裝置 1102 基底基板 1106 第1主面 1108 第2主面 1110 MIS FET 1120 橫向化合物半導體 1122 第1橫向化合物半導體 ο 1124 第2橫向化合物半導體 1126 上層化合物半導體 1130 絕緣性材料 1140 MIS型電極 1150 輸出輸入電極 1160 阻礙層 1162 開口 1170 結晶晶種 1180 晶種化合物半導體 1200 上層化合物半導體 ❹ 41 321656

Claims (1)

1. 201030968 七、申請專利範圍： 1. 一種半導體裝置，其係具備： 具有閃鋅礦型之結晶構造的3-5族化合物半導體； 接觸於前述3-5族化合物半導體的（111)面、與前述 (111)面等效的面、或具有從前述（111)面或與前述（111) 面等效的面傾斜有傾斜角的面之絕緣性材料；以及 接觸於前述絕緣性材料且含有金屬傳導性材料之 MIS型電極。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，前述絕緣 性材料係接觸於前述3-5族化合物半導體的（lll)A面、 與前述（lll)A面等效的面、或具有從前述（lll)A面或與 前述（lll)A面等效的面傾斜有傾斜角的面。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，具備：具 有前述3-5族化合物半導體、前述絕緣性材料、前述 MIS型電極、及與前述3-5族化合物半導體電性耦合之 一對輸出輸入電極之MIS型場效型電晶體。 4. 如申請專利範圍第3項之半導體裝置，其中，前述MIS 型場效型電晶體之通道層係含有In.zGai_zAsz，Sbi_z，（式 中 ’ OSzSl、0$z，Sl)、或 InxGauASyPuC式中，0 、OSy^l) 〇 5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，前述3-5 族化合物半導體含有Ν型半導體。 6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，前述3-5 族化合物半導體含有Ρ型半導體。 42 321656 201030968 7.如申請專利範圍第1項之半導_置，其中，前述㈣ 性材料係含有選自由Al2〇3、Ga2〇3、La2〇3、ain、⑽、 Si02^ ΖΓ〇2 . Hf02 . HfxSi,x0y U+,〇^x^,^y $2)、HfxA】2為（式中 ’ 〇^2，1 …3)、 x，，CM式中’ 0以，叫所構成之群組的至少一者 等之積層體。 Z' © 8. *申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，前述絕緣 ί·生材料係3有3有A1且具有閃鋅礦型的結晶構造之 3-5族化合物半導體、或含有〜且具有閃鋅礦型的結晶 構造之3-5族化合物半導體的氧化物。 9. 如申請專利範圍第！項之半導體裝置，其中，前述金屬 傳導性材料係含有選自由TaC、TaN、TiN、Ti、Au、w、 Pt及Pd所構成之群組的至少一者。 10. 如申請專利範圍第i項之半導體裝置，其中，進—步具 © 備選自由Sl基板、SOI基板、及GOI基板所構成之群 組的基底基板； 前述3-5族化合物半導體係配置於前述基底基板之 一部分。 11.一種半導體裝置之製造方法，其係具備如下階段： 準備3-5族化合物半導體的階段，該半導體係具有 閃鋅礦型的結晶構造、且具有（111)面、與前述（111)面 等效的面、或具有從前述（111)面或與前述（111)面等致 的面傾斜有傾斜角的面； 43 321656 201030968 形成絕緣性材料之階段，該絕緣性材料係接觸於前 述（111)面、與前述(111)面等效的面、或具有從前述（111) 面或與前述（111)面等效的面傾斜有傾斜角的面；以及 形成MIS型電極之階段，該電極係接觸於前述絕 緣性材料且由金屬傳導性材料所形成。 12. 如申請專利範圍第11項之半導體裝置之製造方法，其 中，前述絕緣性材料係接觸於前述3-5族化合物半導體 的（lll)A面、與前述(lll)A面等效的面、或具有從前述 (lll)A面或與前述（lll)A面等效的面傾斜有傾斜角的 面。 13. 如申請專利範圍第11項之半導體裝置之製造方法，其 中，進一步具備形成與前述3-5族化合物半導體電性耦 合之輸出輸入電極的階段。 14. 如申請專利範圍第13項之半導體裝置之製造方法，其 中，形成前述MIS型電極之階段，係在形成前述輸出 輸入電極之階段之前實施。 15. 如申請專利範圍第13項之半導體裝置之製造方法，其 中，形成前述輸出輸入電極的階段係在形成前述絕緣性 材料之階段之前實施。 16. 如申請專利範圍第11項之半導體裝置之製造方法，其 中，前述絕緣性材料係在含有還原性材料之環境中，藉 由ALD法或MOCVD法所形成而得者。 17. 如申請專利範圍第15項之半導體裝置之製造方法，其 中，於形成前述絕緣性材料之後，進一步具備在真空或 44 321656 201030968 含有氫之環境中進行退火的階段。 18.如申請專利範圍第11項之半導體裝置之製造方法，其 中，準備前述3-5族化合物半導齄之階段係具有準備Si 基板、SOI基板、及GOI基板之任〆者的基板之階段、 及 於前述基板之一部分形成前述3-5族化合物半導體 的階段。 ❹19·一種半導體基板，其係配置有具有閃鋅礦型的結晶構造 之3-5族化合物半導體的半導體基板’ 前述3-5族化合物半導體的（111)面、與前述（111) 面等效的面、或具有從前述（111)面或與前述（111)面等 效的面傾斜有傾斜角的面，係被平行地配置於前述半導 體基板的主面。 20·如申請專利範圍第19項之半導體蕃板’其中’前述3-5 族化合物半導體的（lll)A面、與前述(U1)A面等效的 〇 面、或具有從前述（lll)A面或與前述（ιη)Α面等效的面 傾斜有傾斜角的面，係被平行地配置於前述半導體基板 的主面。 21. 如申請專利範圍第19項之半導體基板，其中，前述3-5 族化合物半導體係含有InzGau AspSbu，（式中，0$ζ $ 1、OSz’S 1)、或 InxGauASyIV〆式中，1、〇 SyS 1) 〇 22. 如申請專利範圍第19項之半導體基板，其中，進一步 具備Si基板、SOI基板、及GOI基板之任一者的基板， 321656 45 201030968 而前述3-5族化合物半導體係被配置於前述基板的 一部分。 23. 如申請專利範圍第22項之半導體基板，其中，進一步 具備阻礙層，而該阻礙層係阻礙前述3-5族化合物半導 體於前述基板之表面的Si或Ge結晶層之表面進行結晶 成長， 於前述阻礙層形成有貫通至前述Si或Ge結晶層之 開口，而前述3-5族化合物半導體係於前述開口内部形 成。 24. 如申請專利範圍第23項之半導體基板，其中，前述3-5 族化合物半導體具有：結晶成長成較前述阻礙層之表面 更為凸起之晶種化合物半導體、及 以前述晶種化合物半導體作為核而沿著前述阻礙 層橫向成長之橫向化合物(lateral compound)半導體。 25. 如申請專利範圍第24項之半導體基板，其中，前述橫 向化合物半導體具有： 以前述晶種化合物半導體作為核而沿著前述阻礙 層橫向成長之第1橫向化合物半導體、及 以前述第1橫向化合物半導體作為核而沿著前述 阻礙層朝與前述第1橫向化合物半導體相異之方向進 行結晶成長的第2橫向化合物半導體。 26. 如申請專利範圍第24項之半導體基板，其中，前述3-5 族化合物半導體進一步具有於前述橫向化合物半導體 上進行結晶成長之上層化合物半導體。 46 321656 201030968 27. —種半導體基板，其係具有： 具有閃鋅礦型的結晶構造之3-5族化合物半導體、 ' 及 - 接觸於前述3_5族化合物半導體的（111)面、與（111) 面等效的面、或具有從前述（111)面或與前述（111)面等 效的面傾斜有傾斜角的面之絕緣性材料。 28. 如申請專利範圍第27項之半導體基板，其中，前述絕 緣性材料係接觸於前述3-5族化合物半導體的（lll)A 面、與前述（lll)A面等效的面、具有從前述（lll)A面傾 斜有傾斜角的面、或具有從與前述（lll)A面等效的面傾 斜有傾斜角的面。 29. 如申請專利範圍第27項之半導體基板，其中，前述3-5 族化合物半導體係含有InzGau AsySbu，（式中，OSz $1、OSz’Sl)、或 InxGauASjJV〆式中，OSxSl、0 S y S 1) 〇 © 30.如申請專利範圍第27項之半導體基板，其中，進一步 具備Si基板、SOI基板、及GOI基板之任一者的基板， 前述3-5族化合物半導體係被配置於前述基板的一 部分。 31.如申請專利範圍第27項之半導體基板，其中，前述絕 緣性材料係含有選自由Al2〇3、Ga203、La203、A1N、 GaN、Si02、Zr02、Hf02、HfxSiloc Oy (式中，0 S x S 1， l^yS2)、HfxAl2_x Oy (式中，0SXS2，l^yS3)、 11^以1〇{，(^，仏1，(式中，0$又，$1，1$丫，$2)及〇321，，0(1 47 321656 201030968 x，，03(式中，0Sx”S2)所構成之群組的至少一者，或其 等之積層體者。 32. 如申請專利範圍第27項之半導體基板，其中，前述絕 緣性材料係含有： 含有A1且具有閃鋅礦型的結晶構造之3-5族化合 物半導體、或含有A1且具有閃鋅礦型的結晶構造之3-5 族化合物半導體的氧化物。 33. —種半導體基板之製造方法，該基板係具備3-5族化合 物半導體者，其特徵在於具備： 準備基底基板之階段； 於前述基底基板上形成阻礙前述3-5族化合物半導 體結晶成長之阻礙層的階段； 於前述阻礙層形成貫通至前述基板基板之開口的 階段； 於前述開口中使晶種化合物半導體結晶成長為較 前述阻礙層表面更凸起的階段； 以前述晶種化合物半導體作為核而沿著前述阻礙 層使橫向化合物半導體進行結晶成長之階段；以及 在前述橫向化合物半導體上使上層化合物半導體 結晶成長之階段。 48 321656