JP3211227B2 - ＧａＡｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造方法および半導体層の形成方法 - Google Patents
ＧａＡｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造方法および半導体層の形成方法Info
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- JP3211227B2 JP3211227B2 JP04637897A JP4637897A JP3211227B2 JP 3211227 B2 JP3211227 B2 JP 3211227B2 JP 04637897 A JP04637897 A JP 04637897A JP 4637897 A JP4637897 A JP 4637897A JP 3211227 B2 JP3211227 B2 JP 3211227B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＡｓ層表面の
酸化物を除去し、この後に表面の酸化を防止する表面処
理方法に関し、詳しくはこの表面処理方法を利用したＧ
ａＡｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造
方法および半導体層の形成方法に関する。
酸化物を除去し、この後に表面の酸化を防止する表面処
理方法に関し、詳しくはこの表面処理方法を利用したＧ
ａＡｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造
方法および半導体層の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ半導体は、光デバイス、高速デ
バイス等の半導体装置の製造に使用されている。製造工
程において、半導体基板は半導体装置の完成に至るまで
製造ラインで様々な処置を施される他に、そのライン内
で大気にも晒される。大気に晒された半導体表面には自
然酸化膜が形成されるが、熱工程、プラズマ工程により
誘起される表面酸化膜も形成される。これらの酸化膜の
除去は、ＧａＡｓ半導体では、例えばＧａＡｓ基板をフ
ッ化水素酸溶液中に浸して、表面に形成されたＧａ2Ｏ3
等を除去する方法により行われていた。
バイス等の半導体装置の製造に使用されている。製造工
程において、半導体基板は半導体装置の完成に至るまで
製造ラインで様々な処置を施される他に、そのライン内
で大気にも晒される。大気に晒された半導体表面には自
然酸化膜が形成されるが、熱工程、プラズマ工程により
誘起される表面酸化膜も形成される。これらの酸化膜の
除去は、ＧａＡｓ半導体では、例えばＧａＡｓ基板をフ
ッ化水素酸溶液中に浸して、表面に形成されたＧａ2Ｏ3
等を除去する方法により行われていた。
【０００３】また、文献（JAPANESE JOURNAL OF APPLIE
D PHYSICS VOL.29,No.6,JUNE,1990,pp.L864-866,Sugino
et.al.）には、ＧａＡｓ基板をフォスフィンのプラズ
マに晒してＧａ酸化物を除去する方法が開示されてい
る。
D PHYSICS VOL.29,No.6,JUNE,1990,pp.L864-866,Sugino
et.al.）には、ＧａＡｓ基板をフォスフィンのプラズ
マに晒してＧａ酸化物を除去する方法が開示されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＧａＡｓ基板
をフッ化水素酸溶液により処理する酸化膜の除去方法で
は、次のような問題があった。まず、Ｇａ酸化物を除去
するのみでありＡｓの酸化物は除去できないので、表面
がＡｓ過剰（Ａｓリッチ）になってしまう。また、酸化
物を除去した後にこの表面を保護する作用はなく、例え
ば除去後に大気中に晒されると、表面には再度酸化物が
形成されてしまう。
をフッ化水素酸溶液により処理する酸化膜の除去方法で
は、次のような問題があった。まず、Ｇａ酸化物を除去
するのみでありＡｓの酸化物は除去できないので、表面
がＡｓ過剰（Ａｓリッチ）になってしまう。また、酸化
物を除去した後にこの表面を保護する作用はなく、例え
ば除去後に大気中に晒されると、表面には再度酸化物が
形成されてしまう。
【０００５】加えて、これらが原因になって、半導体装
置の特性上好ましくない特性を引き起こす。例えば、Ａ
ｓリッチになった表面にショットキ接合を有するゲート
電極が形成されると、ゲートのリーク電流が増加する。
また、Ｇａ原子のサイトに入ったＡｓ原子はアンチサイ
トＡｓと呼ばれ、アンチサイトＡｓは寿命の長い準位を
形成するので、この準位にキャリアがトラップされる
と、このキャリアの影響によりドレイン電流の変化がゲ
ート電圧の変化に追従できなくなる、いわゆるドレイン
ラグの原因になる。
置の特性上好ましくない特性を引き起こす。例えば、Ａ
ｓリッチになった表面にショットキ接合を有するゲート
電極が形成されると、ゲートのリーク電流が増加する。
また、Ｇａ原子のサイトに入ったＡｓ原子はアンチサイ
トＡｓと呼ばれ、アンチサイトＡｓは寿命の長い準位を
形成するので、この準位にキャリアがトラップされる
と、このキャリアの影響によりドレイン電流の変化がゲ
ート電圧の変化に追従できなくなる、いわゆるドレイン
ラグの原因になる。
【０００６】また、上記文献に記載された方法では、Ｇ
ａの酸化物は除去できるものの、砒素（Ａｓ）の酸化物
であるＡｓ2Ｏ3の除去が困難であり、デバイス特性上の
問題は残されている。
ａの酸化物は除去できるものの、砒素（Ａｓ）の酸化物
であるＡｓ2Ｏ3の除去が困難であり、デバイス特性上の
問題は残されている。
【０００７】したがって、本発明の目的は、ＧａＡｓ表
面の酸化物を除去すると共に、除去後の表面に酸化膜が
形成されることを防止する表面処置方法を利用し、Ｇａ
Ａｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造方
法およびＧａＡｓ層上に半導体層を形成する方法を提供
することにある。
面の酸化物を除去すると共に、除去後の表面に酸化膜が
形成されることを防止する表面処置方法を利用し、Ｇａ
Ａｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造方
法およびＧａＡｓ層上に半導体層を形成する方法を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は次のよ
うな構成とした。
うな構成とした。
【０００９】本発明に係わるＧａＡｓ層の表面安定化方
法は、半導体装置の製造に使用されるＧａＡｓ層の表面
安定化方法において、ＧａＡｓ層の表面を水素含有ガス
のプラズマに晒し、次いでフォスフィン含有ガスのプラ
ズマに晒すプラズマ処理を行う。
法は、半導体装置の製造に使用されるＧａＡｓ層の表面
安定化方法において、ＧａＡｓ層の表面を水素含有ガス
のプラズマに晒し、次いでフォスフィン含有ガスのプラ
ズマに晒すプラズマ処理を行う。
【００１０】このように、ＧａＡｓ層の表面を水素含有
ガスのプラズマに晒すと、水素のラジカルによりＧａＡ
ｓの酸化物が除去される。次いでフォスフィン含有ガス
のプラズマに晒すと、ＧａＡｓ表面が燐（Ｐ）により保
護される。また、燐原子の一部はＡｓサイトに入りＧａ
Ａｓ表面の少なくとも一部がＧａＰになる。このため、
表面が保護されて大気中に晒しても酸化物が除去された
表面が再度酸化されることはないので、表面が安定化さ
れる。
ガスのプラズマに晒すと、水素のラジカルによりＧａＡ
ｓの酸化物が除去される。次いでフォスフィン含有ガス
のプラズマに晒すと、ＧａＡｓ表面が燐（Ｐ）により保
護される。また、燐原子の一部はＡｓサイトに入りＧａ
Ａｓ表面の少なくとも一部がＧａＰになる。このため、
表面が保護されて大気中に晒しても酸化物が除去された
表面が再度酸化されることはないので、表面が安定化さ
れる。
【００１１】本発明に係わるＧａＡｓ半導体装置の製造
方法では、ＧａＡｓ層にイオン注入法により不純物を導
入する導入工程と、導入工程後にＧａＡｓ層上にキャッ
プ膜を形成するキャップ膜工程と、キャップ膜工程の後
に熱処理を行い不純物を活性化して活性層を形成する活
性層工程と、活性層上にショットキゲート電極を形成す
るゲート工程とを備えるＧａＡｓ半導体装置の製造方法
において、導入工程とキャップ膜工程間および活性層工
程とゲート工程間の少なくとも一方の工程間で、ＧａＡ
ｓ層の表面を水素含有ガスのプラズマに晒し、次いでフ
ォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処理を行
う。
方法では、ＧａＡｓ層にイオン注入法により不純物を導
入する導入工程と、導入工程後にＧａＡｓ層上にキャッ
プ膜を形成するキャップ膜工程と、キャップ膜工程の後
に熱処理を行い不純物を活性化して活性層を形成する活
性層工程と、活性層上にショットキゲート電極を形成す
るゲート工程とを備えるＧａＡｓ半導体装置の製造方法
において、導入工程とキャップ膜工程間および活性層工
程とゲート工程間の少なくとも一方の工程間で、ＧａＡ
ｓ層の表面を水素含有ガスのプラズマに晒し、次いでフ
ォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処理を行
う。
【００１２】このように導入工程とキャップ膜工程間に
おいて、ＧａＡｓ層の表面を水素含有ガスのプラズマに
晒すと、水素のラジカルによりＧａＡｓ層表面の酸化物
が除去される。次いでフォスフィン含有ガスのプラズマ
に晒すと、上記のようにＧａＡｓ層表面が安定化され
る。このため、活性層の不純物の活性化およびアニール
が安定して行われる。また、活性層工程とゲート工程間
において、水素含有ガスのプラズマ、次いでフォスフィ
ン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処理を行うと、上
記のように表面の酸化物が除去されると共に保護される
ので、表面が安定化される。このため、活性層とゲート
電極の界面（ゲート界面）を再現性よく形成できる。
おいて、ＧａＡｓ層の表面を水素含有ガスのプラズマに
晒すと、水素のラジカルによりＧａＡｓ層表面の酸化物
が除去される。次いでフォスフィン含有ガスのプラズマ
に晒すと、上記のようにＧａＡｓ層表面が安定化され
る。このため、活性層の不純物の活性化およびアニール
が安定して行われる。また、活性層工程とゲート工程間
において、水素含有ガスのプラズマ、次いでフォスフィ
ン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処理を行うと、上
記のように表面の酸化物が除去されると共に保護される
ので、表面が安定化される。このため、活性層とゲート
電極の界面（ゲート界面）を再現性よく形成できる。
【００１３】本発明に係わる半導体層の形成方法では、
ＧａＡｓ層上に半導体層を形成する半導体層の形成方法
において、半導体層の形成前に、ＧａＡｓ層の表面を水
素含有ガスのプラズマに晒し、次いでフォスフィン含有
ガスのプラズマに晒すプラズマ処理を行う。
ＧａＡｓ層上に半導体層を形成する半導体層の形成方法
において、半導体層の形成前に、ＧａＡｓ層の表面を水
素含有ガスのプラズマに晒し、次いでフォスフィン含有
ガスのプラズマに晒すプラズマ処理を行う。
【００１４】このように、ＧａＡｓ層上に半導体層を形
成する前にＧａＡｓ層の表面を水素含有ガスのプラズマ
に晒し、次いでフォスフィン含有ガスのプラズマに晒す
プラズマ処理を行うと、ＧａＡｓ表面の酸化物が除去さ
れた後に表面に上記のように保護層あるいは保護膜が形
成される。このため、空気中に晒してもこの表面が再度
酸化されないので、安定して半導体層が形成されると共
に、形成された半導体層の欠陥も低減される。
成する前にＧａＡｓ層の表面を水素含有ガスのプラズマ
に晒し、次いでフォスフィン含有ガスのプラズマに晒す
プラズマ処理を行うと、ＧａＡｓ表面の酸化物が除去さ
れた後に表面に上記のように保護層あるいは保護膜が形
成される。このため、空気中に晒してもこの表面が再度
酸化されないので、安定して半導体層が形成されると共
に、形成された半導体層の欠陥も低減される。
【００１５】本発明に係わる半導体層の形成方法では、
ＧａＡｓ層上にＧａＡｓ膜を成長する半導体層の製造方
法において、ＧａＡｓ膜表面を水素含有ガスのプラズマ
に晒し、次いでフォスフィン含有ガスのプラズマに晒す
プラズマ処理を行う。
ＧａＡｓ層上にＧａＡｓ膜を成長する半導体層の製造方
法において、ＧａＡｓ膜表面を水素含有ガスのプラズマ
に晒し、次いでフォスフィン含有ガスのプラズマに晒す
プラズマ処理を行う。
【００１６】このように、ＧａＡｓ層上にＧａＡｓ膜を
形成後にこの表面を水素含有ガスのプラズマに晒し、次
いでフォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処
理を行うと、ＧａＡｓ膜表面の酸化物が除去された後に
表面に上記のように保護層あるいは保護膜が形成され
る。このため、空気中に晒しても表面が再度酸化されな
いので、表面が安定化されたＧａＡｓ膜が形成される。
形成後にこの表面を水素含有ガスのプラズマに晒し、次
いでフォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処
理を行うと、ＧａＡｓ膜表面の酸化物が除去された後に
表面に上記のように保護層あるいは保護膜が形成され
る。このため、空気中に晒しても表面が再度酸化されな
いので、表面が安定化されたＧａＡｓ膜が形成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を説明する。また、同一の部分には同一の符号を付
して、重複する説明は省略する。
発明を説明する。また、同一の部分には同一の符号を付
して、重複する説明は省略する。
【００１８】図１および図２は、本発明に係わるＧａＡ
ｓの表面処理方法等を説明するために、ＧａＡｓ半導体
装置の製造方法の一実施の態様を示す模式工程断面図で
ある。これらに基づいて、ＧａＡｓ半導体装置の製造方
法を説明する。なお、半絶縁性ＧａＡｓ基板１を用いた
場合について説明するが、絶縁基板等上にＧａＡｓ半導
体層を形成したものを用いてもよい。以下、ショットキ
接触を有する電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴとい
う）を半導体装置の例として説明するが、本発明に係わ
る表面処理方法は、これに限られることなく光デバイ
ス、高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobili
ty Transistor：HEMT）、ＭＩＳ（Metal Insulator Sem
iconductor）構造ＦＥＴ等の製造方法にも利用できる。
ｓの表面処理方法等を説明するために、ＧａＡｓ半導体
装置の製造方法の一実施の態様を示す模式工程断面図で
ある。これらに基づいて、ＧａＡｓ半導体装置の製造方
法を説明する。なお、半絶縁性ＧａＡｓ基板１を用いた
場合について説明するが、絶縁基板等上にＧａＡｓ半導
体層を形成したものを用いてもよい。以下、ショットキ
接触を有する電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴとい
う）を半導体装置の例として説明するが、本発明に係わ
る表面処理方法は、これに限られることなく光デバイ
ス、高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobili
ty Transistor：HEMT）、ＭＩＳ（Metal Insulator Sem
iconductor）構造ＦＥＴ等の製造方法にも利用できる。
【００１９】ＧａＡｓ基板１上に不純物を導入してＮ型
第１不純物層５を形成する（図１（ａ））。Ｎ型第１不
純物層５は、熱処理によって不純物が活性化されると活
性層１５になるので、後に形成されるＦＥＴのソースお
よびドレインの間に形成される。この不純物層５は、例
えば、フォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成し
たフォトレジスト３をマスクにして、イオン注入を行っ
て形成される。イオン注入の条件の一例を示せば、不純
物としてＳｉを用い、加速電圧３０［ｋｅＶ］、ドーズ
量２×１０12［ｃｍ-2］である。この条件は、製造する
ＦＥＴのしきい値電圧、相互コンダクタンス等の性能に
基づいて決定される。
第１不純物層５を形成する（図１（ａ））。Ｎ型第１不
純物層５は、熱処理によって不純物が活性化されると活
性層１５になるので、後に形成されるＦＥＴのソースお
よびドレインの間に形成される。この不純物層５は、例
えば、フォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成し
たフォトレジスト３をマスクにして、イオン注入を行っ
て形成される。イオン注入の条件の一例を示せば、不純
物としてＳｉを用い、加速電圧３０［ｋｅＶ］、ドーズ
量２×１０12［ｃｍ-2］である。この条件は、製造する
ＦＥＴのしきい値電圧、相互コンダクタンス等の性能に
基づいて決定される。
【００２０】次いで、ＧａＡｓ基板１上に不純物を導入
して高濃度のＮ型第２不純物層９を形成する（図１
（ｂ））。Ｎ型第２不純物層９は、熱処理によって不純
物が活性化されるとＦＥＴのソースおよびドレイン拡散
層となるＮ＋層１９になる。ソースおよびドレイン拡散
層は、基板１上の分離された領域にＮ型第１不純物層５
を挟んで形成される。不純物層９は、上記のようにパタ
ーン形成したフォトレジスト７をマスクにして、イオン
注入を行って形成される。イオン注入の条件の一例を示
せば、不純物としてＳｉを用い、加速電圧１２０［ｋｅ
Ｖ］、ドーズ量２×１０13［ｃｍ-2］である。この条件
は、製造するＦＥＴの特性に基づいて決定される。
して高濃度のＮ型第２不純物層９を形成する（図１
（ｂ））。Ｎ型第２不純物層９は、熱処理によって不純
物が活性化されるとＦＥＴのソースおよびドレイン拡散
層となるＮ＋層１９になる。ソースおよびドレイン拡散
層は、基板１上の分離された領域にＮ型第１不純物層５
を挟んで形成される。不純物層９は、上記のようにパタ
ーン形成したフォトレジスト７をマスクにして、イオン
注入を行って形成される。イオン注入の条件の一例を示
せば、不純物としてＳｉを用い、加速電圧１２０［ｋｅ
Ｖ］、ドーズ量２×１０13［ｃｍ-2］である。この条件
は、製造するＦＥＴの特性に基づいて決定される。
【００２１】なお、それぞれのイオン注入後にレジスト
３、５は除去される。
３、５は除去される。
【００２２】この後、ＧａＡｓ基板１にプラズマ照射１
１を行う（図１（ｃ））。プラズマ照射１１は、水素ガ
スのプラズマ（以下、水素プラズマという）に晒し、次
いでフォスフィン（ＰＨ3）ガスのプラズマ（以下、フ
ォスフィンプラズマという）に晒すことにより行う。水
素プラズマの照射によりＧａＡｓ層の表面の酸化物は除
去され、フォスフィンプラズマの照射により表面は燐
（Ｐ）、ＧａＰ等の保護層あるいは保護膜等でパッシベ
ートされる。これらのプラズマは、連続してＧａＡｓ基
板１に照射されることが好ましい。これらのプラズマの
形成条件の一例を示す。
１を行う（図１（ｃ））。プラズマ照射１１は、水素ガ
スのプラズマ（以下、水素プラズマという）に晒し、次
いでフォスフィン（ＰＨ3）ガスのプラズマ（以下、フ
ォスフィンプラズマという）に晒すことにより行う。水
素プラズマの照射によりＧａＡｓ層の表面の酸化物は除
去され、フォスフィンプラズマの照射により表面は燐
（Ｐ）、ＧａＰ等の保護層あるいは保護膜等でパッシベ
ートされる。これらのプラズマは、連続してＧａＡｓ基
板１に照射されることが好ましい。これらのプラズマの
形成条件の一例を示す。
【００２３】水素プラズマ条件： ガス圧力 ：０．２［Ｔｏｒｒ］ 高周波（ＲＦ）パワー密度：０．１８［Ｗ／ｃｍ2］ フォスフィンプラズマ条件： ガス圧力 ：０．２［Ｔｏｒｒ］ 高周波（ＲＦ）パワー密度：０．１８［Ｗ／ｃｍ2］ プラズマ照射時間としては、水素プラズマは１０
［分］、フォスフィンプラズマは２０［分］程度が望ま
しい。プラズマ処理の詳細な条件はＦＥＴの製造プロセ
スにより決定される。
［分］、フォスフィンプラズマは２０［分］程度が望ま
しい。プラズマ処理の詳細な条件はＦＥＴの製造プロセ
スにより決定される。
【００２４】水素プラズマは水素含有ガスのプラズマで
もよく、またフォスフィンプラズマはフォスフィン含有
ガスのプラズマでもよい。特に、フォスフィン含有ガス
のプラズマは、フォスフィンと水素とを含有したガスの
プラズマが好ましい。高純度のフォスフィンは毒性の強
いので、希釈して使用するためである。また、希釈ガス
は、半導体表面を燐（Ｐ）化する点からフォスフィンの
構成元素である水素が好適である。これらの条件は、Ｆ
ＥＴ製造プロセス、プラズマを形成する装置等により適
宜決定される。
もよく、またフォスフィンプラズマはフォスフィン含有
ガスのプラズマでもよい。特に、フォスフィン含有ガス
のプラズマは、フォスフィンと水素とを含有したガスの
プラズマが好ましい。高純度のフォスフィンは毒性の強
いので、希釈して使用するためである。また、希釈ガス
は、半導体表面を燐（Ｐ）化する点からフォスフィンの
構成元素である水素が好適である。これらの条件は、Ｆ
ＥＴ製造プロセス、プラズマを形成する装置等により適
宜決定される。
【００２５】プラズマの種類も、１３．５６［ＭＨｚ］
を用いた通常の高周波プラズマが発生が簡易なので好ま
しいが、これ以外の周波数によって発生されたものでも
よい。また、プラズマ発生室と半導体基板設置室とが同
一であるプラズマ照射装置が、簡易であるので好まし
い。一方、ＥＣＲプラズマ装置のようにプラズマ発生室
と半導体基板設置室とが分離された分離型プラズマ照射
装置が、基板が直接にプラズマに晒されないので、基板
のプラズマによる損傷が低減されるために好ましい。更
に、水素、フォスフィン等をレーザ光で励起してプラズ
マ状態にして形成してもよい。なお、プラズマ照射後の
表面の状態を制御するために、プラズマ照射に際して、
基板１を適宜に加熱することが好ましい。
を用いた通常の高周波プラズマが発生が簡易なので好ま
しいが、これ以外の周波数によって発生されたものでも
よい。また、プラズマ発生室と半導体基板設置室とが同
一であるプラズマ照射装置が、簡易であるので好まし
い。一方、ＥＣＲプラズマ装置のようにプラズマ発生室
と半導体基板設置室とが分離された分離型プラズマ照射
装置が、基板が直接にプラズマに晒されないので、基板
のプラズマによる損傷が低減されるために好ましい。更
に、水素、フォスフィン等をレーザ光で励起してプラズ
マ状態にして形成してもよい。なお、プラズマ照射後の
表面の状態を制御するために、プラズマ照射に際して、
基板１を適宜に加熱することが好ましい。
【００２６】プラズマ照射後に、基板１表面にキャップ
膜１３を形成する（図２（ａ））。キャップ膜１３はア
ニール保護膜の役割を演じ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等からな
る絶縁膜を用いて形成される。これらの膜は化学的気相
成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法等を採
用したアニール保護膜形成装置により成膜できる。プラ
ズマの照射でＧａＡｓ層の表面の酸化物は除去され、且
つその表面は燐（Ｐ）等でパッシベートされている。加
えて、燐原子の一部はＡｓサイトに入りＧａＡｓ表面
が、ＧａＡｓよりも酸化されにくいＧａＰになる。この
ため安定な表面を形成できるので、再度基板１を大気に
晒しても表面に酸化物が形成されることはない。したが
って、このようなプラズマ処理１１を行うプラズマ照射
装置とアニール保護膜形成装置とを分離できる。すなわ
ち、キャップ膜成長前の基板表面処理とキャップ膜１３
の成膜を大気に晒すことなく連続的に行うこと、つまり
インプロセスで行う必要がなくなるので、プロセス余裕
を高めることができる。
膜１３を形成する（図２（ａ））。キャップ膜１３はア
ニール保護膜の役割を演じ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等からな
る絶縁膜を用いて形成される。これらの膜は化学的気相
成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法等を採
用したアニール保護膜形成装置により成膜できる。プラ
ズマの照射でＧａＡｓ層の表面の酸化物は除去され、且
つその表面は燐（Ｐ）等でパッシベートされている。加
えて、燐原子の一部はＡｓサイトに入りＧａＡｓ表面
が、ＧａＡｓよりも酸化されにくいＧａＰになる。この
ため安定な表面を形成できるので、再度基板１を大気に
晒しても表面に酸化物が形成されることはない。したが
って、このようなプラズマ処理１１を行うプラズマ照射
装置とアニール保護膜形成装置とを分離できる。すなわ
ち、キャップ膜成長前の基板表面処理とキャップ膜１３
の成膜を大気に晒すことなく連続的に行うこと、つまり
インプロセスで行う必要がなくなるので、プロセス余裕
を高めることができる。
【００２７】キャップ膜１３の成膜後に熱処理を基板１
に施すと、Ｎ型第１半導体層５およびＮ型第２半導体層
９はアニールされると共に、不純物の活性化が行われ
て、それぞれ活性層１５およびＮ＋層１９となる。キャ
ップ膜１３の形成前にプラズマ照射を行うことにより表
面の酸化物が除去され、且つ過剰なＡｓも補償されるた
め、活性化、アニールが安定に行われる。このため、リ
ーク電流およびドレインラグが低減されたＦＥＴを製造
できるばかりでなく、さらに再現性のよいプロセスが実
現される。
に施すと、Ｎ型第１半導体層５およびＮ型第２半導体層
９はアニールされると共に、不純物の活性化が行われ
て、それぞれ活性層１５およびＮ＋層１９となる。キャ
ップ膜１３の形成前にプラズマ照射を行うことにより表
面の酸化物が除去され、且つ過剰なＡｓも補償されるた
め、活性化、アニールが安定に行われる。このため、リ
ーク電流およびドレインラグが低減されたＦＥＴを製造
できるばかりでなく、さらに再現性のよいプロセスが実
現される。
【００２８】次に、Ｎ＋層上にオーミック電極１７を形
成する（図２（ｂ））。オーミック電極１７はソースお
よびドレイン拡散層上に形成されると、これらの電極と
なる。Ｎ＋層上にＡｕＧｅ／Ｎｉからなるオーミック電
極１７を形成する。これらの電極は、スパッタリング
法、蒸着法等の物理的気相成長（Physical Vapor Depos
ition：ＰＶＤ）法により形成することが好ましい。
成する（図２（ｂ））。オーミック電極１７はソースお
よびドレイン拡散層上に形成されると、これらの電極と
なる。Ｎ＋層上にＡｕＧｅ／Ｎｉからなるオーミック電
極１７を形成する。これらの電極は、スパッタリング
法、蒸着法等の物理的気相成長（Physical Vapor Depos
ition：ＰＶＤ）法により形成することが好ましい。
【００２９】続いて、ショットキゲート電極２１を形成
する（図２（ｃ））。ゲート電極２１は、ソースおよび
ドレインに挟まれた活性層１５上に、活性層１５をソー
ス側とドレイン側に２分するように横切って形成され
る。この電極は、スパッタリング法、蒸着法等の物理的
気相成長法、リフトオフ法等により形成することが好ま
しい。
する（図２（ｃ））。ゲート電極２１は、ソースおよび
ドレインに挟まれた活性層１５上に、活性層１５をソー
ス側とドレイン側に２分するように横切って形成され
る。この電極は、スパッタリング法、蒸着法等の物理的
気相成長法、リフトオフ法等により形成することが好ま
しい。
【００３０】なお、ショットキゲート電極２１の形成に
先だって、再度ＧａＡｓ基板１を水素プラズマに晒し、
次いでフォスフィンプラズマに晒すプラズマ処理を行う
ことが好ましい。このようにすれば、このプラズマ照射
によってゲート電極形成前にＧａＡｓ層の表面の安定化
が施されるので、ゲートのリーク電流が低減されるばか
りでなく、ゲート電極側から見た障壁φBnが好適な大き
さであって、ｎ値（ideality factor）がより１に近い
ショットキ障壁を安定に形成できる。すなわち、より高
性能なＦＥＴを再現性よく製造できる。また、水素プラ
ズマは水素含有ガスのプラズマでもよく、またフォスフ
ィンプラズマはフォスフィン含有ガスのプラズマでもよ
い。これらのプラズマの形成条件は、上記のキャップ膜
１３形成前のプラズマ照射条件と同様にすると簡易であ
るが、詳細にはＦＥＴ製造プロセス、プラズマを形成す
る装置等により適宜決定される。
先だって、再度ＧａＡｓ基板１を水素プラズマに晒し、
次いでフォスフィンプラズマに晒すプラズマ処理を行う
ことが好ましい。このようにすれば、このプラズマ照射
によってゲート電極形成前にＧａＡｓ層の表面の安定化
が施されるので、ゲートのリーク電流が低減されるばか
りでなく、ゲート電極側から見た障壁φBnが好適な大き
さであって、ｎ値（ideality factor）がより１に近い
ショットキ障壁を安定に形成できる。すなわち、より高
性能なＦＥＴを再現性よく製造できる。また、水素プラ
ズマは水素含有ガスのプラズマでもよく、またフォスフ
ィンプラズマはフォスフィン含有ガスのプラズマでもよ
い。これらのプラズマの形成条件は、上記のキャップ膜
１３形成前のプラズマ照射条件と同様にすると簡易であ
るが、詳細にはＦＥＴ製造プロセス、プラズマを形成す
る装置等により適宜決定される。
【００３１】以上、図面を参照して説明したように、Ｇ
ａＡｓ層を水素プラズマに晒してＧａＡｓ層の表面の酸
化物を除去し、次いでフォスフィンプラズマに晒してそ
の表面をＧａＰ等でパッシベートするようにしたため過
剰なＡｓも補償されるので、活性化、アニールが安定に
行われる。このため、リーク電流およびドレインラグが
低減されたＦＥＴを製造できるばかりでなく、再現性の
よいプロセスが実現される。
ａＡｓ層を水素プラズマに晒してＧａＡｓ層の表面の酸
化物を除去し、次いでフォスフィンプラズマに晒してそ
の表面をＧａＰ等でパッシベートするようにしたため過
剰なＡｓも補償されるので、活性化、アニールが安定に
行われる。このため、リーク電流およびドレインラグが
低減されたＦＥＴを製造できるばかりでなく、再現性の
よいプロセスが実現される。
【００３２】本発明はＧａＡｓ−ＦＥＴの製造に制限さ
れるものではなく、高速デバイス、光デバイスの製造に
も適用できる。つまり、ＧａＡｓ基板上に有機金属気相
成長（Organic Metal Vapor Phase Deposition：ＯＭＶ
ＰＥ）法、分子線エピタキシィ（Molecular Beam Epita
xy：ＭＢＥ）法、蒸着法等による化学的、物理的気相成
長法によって半導体の結晶等を成長する場合にも利用で
きる。成長される半導体材料としては、ＧａＡｓに限ら
れることなく、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳ
ｂ等でもよい。特に、エピタキシャル成長させる場合に
も有効であり、更に格子定数の整合性のよい半導体材料
が好ましく、例えばＧａＡｓに対してはＡｌＧａＡｓ、
ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ等が好ましく、ＩｎＰに対し
てはＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ等が
好ましい。図３に示すように、半導体層を成長する前に
水素含有ガスのプラズマ、次いでフォスフィン含有ガス
のプラズマ処理３１を行う（図３（ａ））ことにより、
基板表面の自然酸化膜等が除去された上に表面がパッシ
ベートされるので、半導体層、エピタキシャル層が安定
して成長される（図３（ｂ））ばかりでなく、成長され
た半導体層３３等も欠陥の少ない良質な特性を有する。
このようにすると、一連の工程を大気に晒すことなく連
続的に行うこと、すなわちインプロセスで行う必要がな
くなり、プロセス余裕を高めることができる。
れるものではなく、高速デバイス、光デバイスの製造に
も適用できる。つまり、ＧａＡｓ基板上に有機金属気相
成長（Organic Metal Vapor Phase Deposition：ＯＭＶ
ＰＥ）法、分子線エピタキシィ（Molecular Beam Epita
xy：ＭＢＥ）法、蒸着法等による化学的、物理的気相成
長法によって半導体の結晶等を成長する場合にも利用で
きる。成長される半導体材料としては、ＧａＡｓに限ら
れることなく、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳ
ｂ等でもよい。特に、エピタキシャル成長させる場合に
も有効であり、更に格子定数の整合性のよい半導体材料
が好ましく、例えばＧａＡｓに対してはＡｌＧａＡｓ、
ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ等が好ましく、ＩｎＰに対し
てはＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ等が
好ましい。図３に示すように、半導体層を成長する前に
水素含有ガスのプラズマ、次いでフォスフィン含有ガス
のプラズマ処理３１を行う（図３（ａ））ことにより、
基板表面の自然酸化膜等が除去された上に表面がパッシ
ベートされるので、半導体層、エピタキシャル層が安定
して成長される（図３（ｂ））ばかりでなく、成長され
た半導体層３３等も欠陥の少ない良質な特性を有する。
このようにすると、一連の工程を大気に晒すことなく連
続的に行うこと、すなわちインプロセスで行う必要がな
くなり、プロセス余裕を高めることができる。
【００３３】このプラズマ照射による表面処理方法は、
ＧａＡｓ基板に対して制限されるものではなく、図４に
示すように、基板１上にＧａＡｓ膜３５を成長、例えば
エピタキシャル成長した後に施すと有効である。このよ
うにプラズマ処理３７を行うと、引き続いて他の半導体
層をエピタキシャル成長する場合あるいは他の工程を行
う場合に、その表面が大気に晒されても新たな自然酸化
膜等を生成することがないので、安定な表面を得ること
ができる。したがって、一連の工程をインプロセスで行
う必要がないため、プロセス余裕を高めることができ
る。
ＧａＡｓ基板に対して制限されるものではなく、図４に
示すように、基板１上にＧａＡｓ膜３５を成長、例えば
エピタキシャル成長した後に施すと有効である。このよ
うにプラズマ処理３７を行うと、引き続いて他の半導体
層をエピタキシャル成長する場合あるいは他の工程を行
う場合に、その表面が大気に晒されても新たな自然酸化
膜等を生成することがないので、安定な表面を得ること
ができる。したがって、一連の工程をインプロセスで行
う必要がないため、プロセス余裕を高めることができ
る。
【００３４】以上、Ｎ型ＧａＡｓ層について説明した
が、Ｐ型ＧａＡｓ層についても同様にプラズマ処理を施
すことにより、同様の作用を得ることができる。また、
プラズマ処理としては、プラズマ発生室とウエハ処理室
が同一であるその場プラズマ処理、あるいはプラズマ発
生室とウエハ処理室が異なるリモートプラズマ処理があ
り、リモートプラズマ処理には半導体層のイオンダメー
ジが少ないという特徴がある。
が、Ｐ型ＧａＡｓ層についても同様にプラズマ処理を施
すことにより、同様の作用を得ることができる。また、
プラズマ処理としては、プラズマ発生室とウエハ処理室
が同一であるその場プラズマ処理、あるいはプラズマ発
生室とウエハ処理室が異なるリモートプラズマ処理があ
り、リモートプラズマ処理には半導体層のイオンダメー
ジが少ないという特徴がある。
【００３５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係わるＧａＡｓ層の表面安定化方法では、ＧａＡｓ層の
表面を水素含有ガスのプラズマ、次いでフォスフィン含
有ガスのプラズマに晒すと、プラズマ照射でＧａＡｓ層
の表面の酸化物は除去され、且つその表面は燐（Ｐ）等
でパッシベートされる。加えて、燐原子の一部はＡｓサ
イトに入りＧａＡｓ表面が、ＧａＡｓよりも酸化されに
くいＧａＰになる。このため、再度基板を大気に晒して
も表面に酸化物が形成されるないので、表面を安定化で
きる。
係わるＧａＡｓ層の表面安定化方法では、ＧａＡｓ層の
表面を水素含有ガスのプラズマ、次いでフォスフィン含
有ガスのプラズマに晒すと、プラズマ照射でＧａＡｓ層
の表面の酸化物は除去され、且つその表面は燐（Ｐ）等
でパッシベートされる。加えて、燐原子の一部はＡｓサ
イトに入りＧａＡｓ表面が、ＧａＡｓよりも酸化されに
くいＧａＰになる。このため、再度基板を大気に晒して
も表面に酸化物が形成されるないので、表面を安定化で
きる。
【００３６】また、本発明に係わるＧａＡｓ半導体装置
の製造方法では、導入工程とキャップ膜工程間におい
て、あるいは活性層工程とゲート工程間において、水素
含有ガスのプラズマ、次いでフォスフィン含有ガスのプ
ラズマに晒すプラズマ処理を行う。このため、上記のよ
うにＧａＡｓ層表面が安定化されるので、プロセス余裕
を高めることができる。そして、活性層の不純物の活性
化およびアニールが安定して行われるので、リーク電流
およびドレインラグが低減できるばかりでなく、再現性
のよいプロセスが実現される。加えて、ゲート界面が安
定化されるので、ゲートのリーク電流が低減されるばか
りでなく、ゲート電極側から見た障壁φBnが好適な大き
さであって、ｎ値（ideality factor）がより１に近い
ショットキ障壁を持つゲート電極が安定に形成できる。
したがって、信頼性の高い高性能なＦＥＴを製造でき
る。
の製造方法では、導入工程とキャップ膜工程間におい
て、あるいは活性層工程とゲート工程間において、水素
含有ガスのプラズマ、次いでフォスフィン含有ガスのプ
ラズマに晒すプラズマ処理を行う。このため、上記のよ
うにＧａＡｓ層表面が安定化されるので、プロセス余裕
を高めることができる。そして、活性層の不純物の活性
化およびアニールが安定して行われるので、リーク電流
およびドレインラグが低減できるばかりでなく、再現性
のよいプロセスが実現される。加えて、ゲート界面が安
定化されるので、ゲートのリーク電流が低減されるばか
りでなく、ゲート電極側から見た障壁φBnが好適な大き
さであって、ｎ値（ideality factor）がより１に近い
ショットキ障壁を持つゲート電極が安定に形成できる。
したがって、信頼性の高い高性能なＦＥＴを製造でき
る。
【００３７】更に、本発明に係わる半導体層の形成方法
では、ＧａＡｓ層に水素含有ガスのプラズマ、次いでフ
ォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処理を行
うので、上記のようにＧａＡｓ層表面が安定化される。
このため、空気中に晒しても表面が再度酸化されないの
で、プロセス余裕を高めることができる。さらに、安定
して半導体層を成長できると共に、成長された半導体層
の欠陥も低減できる。加えて、ＧａＡｓ層上に形成され
たＧａＡｓ膜の表面に上記プラズマ処理を行うと、この
ＧａＡｓ膜の表面も安定化できる。
では、ＧａＡｓ層に水素含有ガスのプラズマ、次いでフ
ォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処理を行
うので、上記のようにＧａＡｓ層表面が安定化される。
このため、空気中に晒しても表面が再度酸化されないの
で、プロセス余裕を高めることができる。さらに、安定
して半導体層を成長できると共に、成長された半導体層
の欠陥も低減できる。加えて、ＧａＡｓ層上に形成され
たＧａＡｓ膜の表面に上記プラズマ処理を行うと、この
ＧａＡｓ膜の表面も安定化できる。
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係わるＧａＡ
ｓの表面処理方法等を説明するために、ＧａＡｓ半導体
装置の製造方法の一実施態様を示す模式工程断面図であ
る。
ｓの表面処理方法等を説明するために、ＧａＡｓ半導体
装置の製造方法の一実施態様を示す模式工程断面図であ
る。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係わるＧａＡ
ｓの表面処理方法等を説明するために、ＧａＡｓ半導体
装置の製造方法の一実施態様を示す模式工程断面図であ
る。
ｓの表面処理方法等を説明するために、ＧａＡｓ半導体
装置の製造方法の一実施態様を示す模式工程断面図であ
る。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明に係わるＧａＡ
ｓ層上に半導体層を形成する方法の一実施態様を示す模
式工程断面図である。
ｓ層上に半導体層を形成する方法の一実施態様を示す模
式工程断面図である。
【図４】図４は、本発明に係わるＧａＡｓ層上に半導体
を形成する方法の一実施態様を示す模式工程断面図であ
る。
を形成する方法の一実施態様を示す模式工程断面図であ
る。
１…ＧａＡｓ半導体基板、３…レジスト、５…Ｎ型第１
不純物層、７…レジスト、９…Ｎ型第２不純物層、１
１、３１、３７…水素ガス、次いでフォスフィンガスの
プラズマ処理、１３…キャップ膜、１５…活性層、１７
…オーミック電極、１９…Ｎ＋層、２１…ゲート電極、
３３…成長した半導体層、３５…成長したＧａＡｓ半導
体層
不純物層、７…レジスト、９…Ｎ型第２不純物層、１
１、３１、３７…水素ガス、次いでフォスフィンガスの
プラズマ処理、１３…キャップ膜、１５…活性層、１７
…オーミック電極、１９…Ｎ＋層、２１…ゲート電極、
３３…成長した半導体層、３５…成長したＧａＡｓ半導
体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−62957（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 645
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体装置の製造に使用されるＧａＡｓ
層の表面安定化方法において、 前記ＧａＡｓ層の表面を水素含有ガスのプラズマに晒
し、次いでフォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラ
ズマ処理を行うことを特徴とするＧａＡｓ層の表面安定
化方法。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ層にイオン注入法により不純物
を導入する導入工程と、導入工程後に前記ＧａＡｓ層上
にキャップ膜を形成するキャップ膜工程と、前記キャッ
プ膜工程の後に熱処理を行い前記不純物を活性化して活
性層を形成する活性層工程と、前記活性層上にショット
キゲート電極を形成するゲート工程とを備えるＧａＡｓ
半導体装置の製造方法において、 前記導入工程と前記キャップ膜工程間および前記活性層
工程と前記ゲート工程間の少なくとも一方の工程間で、
前記ＧａＡｓ層の表面を水素含有ガスのプラズマに晒
し、次いでフォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラ
ズマ処理を行うことを特徴とするＧａＡｓ半導体装置の
製造方法。 - 【請求項３】 ＧａＡｓ層上に半導体層を形成する半導
体層の形成方法において、 前記半導体層の形成前に、前記ＧａＡｓ層を水素含有ガ
スのプラズマに晒し、次いでフォスフィン含有ガスのプ
ラズマに晒すプラズマ処理を行うことを特徴とする半導
体層の形成方法。 - 【請求項４】 ＧａＡｓ層上にＧａＡｓ膜を成長する半
導体層の製造方法において、 前記ＧａＡｓ膜を水素含有ガスのプラズマに晒し、次い
でフォスフィン含有ガスのプラズマに晒すプラズマ処理
を行うことを特徴とする半導体層の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04637897A JP3211227B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | ＧａＡｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造方法および半導体層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04637897A JP3211227B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | ＧａＡｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造方法および半導体層の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242096A JPH10242096A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3211227B2 true JP3211227B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=12745489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04637897A Expired - Fee Related JP3211227B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | ＧａＡｓ層の表面安定化方法、ＧａＡｓ半導体装置の製造方法および半導体層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3211227B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3419383B2 (ja) | 2000-04-27 | 2003-06-23 | 住友電気工業株式会社 | 化合物半導体装置の製造方法 |
| US20110006399A1 (en) * | 2007-12-28 | 2011-01-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Semiconductor wafer and semiconductor wafer manufacturing method |
| CN114038948A (zh) * | 2021-05-11 | 2022-02-11 | 重庆康佳光电技术研究院有限公司 | 红光外延层及其刻蚀修复方法、led芯片及电子设备 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP04637897A patent/JP3211227B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10242096A (ja) | 1998-09-11 |
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