JPH06244409A - Preprocessing method for compound semiconductor substrate - Google Patents
Preprocessing method for compound semiconductor substrateInfo
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- JPH06244409A JPH06244409A JP2454093A JP2454093A JPH06244409A JP H06244409 A JPH06244409 A JP H06244409A JP 2454093 A JP2454093 A JP 2454093A JP 2454093 A JP2454093 A JP 2454093A JP H06244409 A JPH06244409 A JP H06244409A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体基板の前処
理方法に関し、特にMIS(金属/絶縁体/半導体)型
半導体装置の構成を想定し、絶縁体と半導体との積層界
面における界面準位密度を低減させるためにパッシベー
ションを行う方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pretreatment method for a compound semiconductor substrate, and in particular, assuming the structure of a MIS (metal / insulator / semiconductor) type semiconductor device, the interface state at the laminated interface between the insulator and the semiconductor is considered. It relates to a method of passivating to reduce the density.
【0002】[0002]
【従来の技術】MIS構造、すなわち、金属、絶縁体、
半導体が順次積層された構造は、FET(電界効果トラ
ンジスタ)を構成するために不可欠の構造要素である。
このMIS構造は、Si基板上に形成されるシリコン・
デバイスでは既に実証済みである。特に絶縁体として酸
化シリコン(SiO2 )等の酸化物を用いる場合には、
MOS(金属/酸化物/半導体)構造として広く知られ
るところである。MIS structures, ie metals, insulators,
The structure in which semiconductors are sequentially stacked is an indispensable structural element for forming an FET (field effect transistor).
This MIS structure is composed of a silicon layer formed on a Si substrate.
It has already been proven in devices. Especially when an oxide such as silicon oxide (SiO 2 ) is used as the insulator,
It is widely known as a MOS (metal / oxide / semiconductor) structure.
【0003】ところで、一般にMIS型半導体装置にお
いては、半導体と絶縁膜との間の界面準位密度をいかに
低減させるかが特性を決定する重要な鍵となる。この観
点に立って近年のデバイスの高速化のニーズに応えるべ
く研究が進められている化合物半導体デバイスをみる
と、MIS構造を達成することは極めて困難である。た
とえば、GaAs系化合物半導体ではその表面を酸化し
て絶縁膜を形成したとしても、界面のダングリング・ボ
ンドの再構成が難しいため、一般に1013/cm 2 eV
オーダーの界面準位密度が生ずる。この値は、SiとS
iO2 の間の界面準位密度に比べて3桁ほども高い。こ
の結果、バイアスを印加しても半導体表面のフェルミ準
位がピン止めされて反転が起きなかったり、仮に反転し
てもドリフト現象のような不安定な特性が現れるという
不都合が生ずる。By the way, in general, MIS type semiconductor devices are
How to determine the interface state density between the semiconductor and the insulating film
Reduction is an important key to determine the characteristics. This view
From the standpoint of responding to the recent needs for device speedup,
See compound semiconductor devices that are being researched
Therefore, it is extremely difficult to achieve the MIS structure. Was
For example, the surface of a GaAs compound semiconductor is oxidized by
Even if an insulating film is formed by
Because it is difficult to reconstruct the13/ Cm 2eV
An order interface density is generated. This value is Si and S
iO2It is about three orders of magnitude higher than the interface state density between. This
As a result, the Fermi quasi
Position is pinned and reversal does not occur,
However, unstable characteristics such as drift phenomenon appear
Inconvenience occurs.
【0004】化合物半導体基板上においてSiO2 やA
l2 O3 等の無機絶縁膜を用いる試みもなされている
が、やはり界面準位密度の低減には成功していない。On a compound semiconductor substrate, SiO 2 or A
Attempts have been made to use an inorganic insulating film such as l 2 O 3 but have not succeeded in reducing the interface state density.
【0005】この界面準位密度を下げるための技術とし
て、GaAs基板の表面にS(イオウ)原子を吸着させ
る、イオウ・パッシベーションが知られている。たとえ
ば1989年電気情報通信学会技術研究報告(ED−8
9−65)、あるいはJapanese Journa
l of Applied Physics,28(1
2),L2255〜2257(1989)には、GaA
s基板を(NH4 )2 Sx (硫化アンモニウム)溶液を
用いてウェット・エッチングすることにより、その表面
にイオウを吸着させる技術が報告されている。As a technique for lowering the interface state density, sulfur passivation is known in which S (sulfur) atoms are adsorbed on the surface of a GaAs substrate. For example, 1989 IEICE Technical Research Report (ED-8
9-65), or Japanese Journal
l of Applied Physics, 28 (1
2), L2255-2257 (1989), GaA
A technique for adsorbing sulfur on the surface of an s substrate by wet etching with a (NH 4 ) 2 S x (ammonium sulfide) solution has been reported.
【0006】また、特開平4−91435号公報には、
上述のような硫化アンモニウム溶液処理に先立ち、Ga
As基板の表面をリン酸溶液でウェットエッチングする
技術が開示されている。この技術によると、リン酸系エ
ッチャントでは順メサ(順テーパー)形状のエッチング
・パターンが得られるため、 III−V族化合物半導体と
絶縁膜との界面をダングリング・ボンドを減少させる方
向で再構成することができ、よって界面準位密度を低減
できるとされている。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 4-91435 discloses that
Prior to the ammonium sulfide solution treatment as described above, Ga
A technique of wet etching the surface of an As substrate with a phosphoric acid solution is disclosed. According to this technique, a phosphoric acid-based etchant can obtain a forward-mesa (forward-tapered) etching pattern, so that the interface between the III-V compound semiconductor and the insulating film is reconstructed in the direction of reducing dangling bonds. Therefore, it is said that the interface state density can be reduced.
【0007】一方、上述のイオウ・パッシベーションと
は異なる発想の界面準位密度低減法として、絶縁膜を有
機化合物の薄膜で形成する技術が報告されている。これ
は、LB法(ラングミュア−ブロジェット法)による有
機薄膜形成技術の進歩に負うところが大きい。たとえ
ば、Solid State Electron De
vices,5,p.169(1978)には、n型I
nP基板上にステアリン酸薄膜をLB法により形成し、
界面準位密度1011/cm2 eVを達成し、反転および
FET特性を確認したことが報告されている。On the other hand, as a method of reducing the interface state density, which is different from the above-mentioned sulfur passivation, a technique of forming an insulating film with a thin film of an organic compound has been reported. This is largely due to the progress of the organic thin film forming technique by the LB method (Langmuir-Blodgett method). For example, Solid State Electron De
Vices, 5 , p. 169 (1978) includes n-type I
A stearic acid thin film is formed on the nP substrate by the LB method,
It has been reported that the interface state density of 10 11 / cm 2 eV was achieved and the inversion and FET characteristics were confirmed.
【0008】また、特開昭62−65471号公報に
は、GaAs基板上にLB法によりヒドラゾン化合物を
成膜する技術が開示されている。これは、非結合軌道を
有する有機分子を半導体表面のダングリング・ボンドに
結合させることにより、結合軌道のエネルギー準位を化
合物半導体の価電子帯よりも上に、また反結合軌道のエ
ネルギー準位を伝導帯よりも下に形成させ、これにより
禁制帯内のエネルギー準位密度を低減させることを意図
したものである。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-65471 discloses a technique for forming a hydrazone compound film on a GaAs substrate by the LB method. This is because an organic molecule having a non-bonding orbital is bonded to a dangling bond on the surface of a semiconductor so that the energy level of the bonding orbital is above the valence band of the compound semiconductor and the energy level of the antibonding orbital. Is formed below the conduction band, thereby reducing the energy level density in the forbidden band.
【0009】さらに、上述のようなウェット・プロセス
ではなく、ドライ・プロセスによるパッシベーション技
術も知られている。たとえば、特開平3−265135
号公報には、集積回路形成前のGaAs基板の表面をS
F6 ガスを用いたプラズマに曝す処理を行う技術が開示
されている。これも前述のイオウ・パッシベーションの
一種であり、SF6 ガスが放電解離条件下でプラズマ中
に放出するS原子をGaAs基板上に吸着させているわ
けである。Further, a passivation technique based on a dry process, rather than the above-described wet process, is also known. For example, JP-A-3-265135
In the publication, the surface of a GaAs substrate before forming an integrated circuit is S
A technique of performing exposure to plasma using F 6 gas is disclosed. This is also a kind of the above-mentioned sulfur passivation, and the S atoms released by SF 6 gas into the plasma under the discharge dissociation condition are adsorbed on the GaAs substrate.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の技術はそれぞれに問題点を残している。まず、
(NH4 )2 Sx (硫化アンモニウム)溶液を用いたイ
オウ・パッシベーションでは、化合物半導体基板のエッ
チングも進行する。したがって、この基板の表面に予め
不純物が導入されている場合には、この不純物添加領域
が除去され、所望のMIS特性が得られない虞れがあ
る。この問題は、リン酸溶液を用いたウェットエッチン
グでは一層顕在化する。また、これらのウェット・プロ
セスでは、Sの堆積過程とエッチング過程とを独立に制
御することが不可能であるため、イオウ・パッシベーシ
ョンの再現性も十分に優れているとは言えない。However, each of these conventional techniques has its own problems. First,
In sulfur passivation using a (NH 4 ) 2 S x (ammonium sulfide) solution, etching of the compound semiconductor substrate also proceeds. Therefore, if impurities have been introduced into the surface of the substrate in advance, the impurity-added region may be removed and desired MIS characteristics may not be obtained. This problem becomes more apparent in wet etching using a phosphoric acid solution. Further, in these wet processes, it is not possible to independently control the S deposition process and the etching process, and therefore the reproducibility of sulfur passivation cannot be said to be sufficiently excellent.
【0011】一方、LB法による有機絶縁膜の形成にお
いては、界面準位密度がかなり低減されたものの、Si
/SiO2 の界面準位密度に比べればまだ高い。これ
は、LB法において本質的に避け難い問題である。すな
わち、LB法では表面に有機分子膜を展開させた水槽中
に化合物半導体基板を浸漬し、この分子膜を基板上に移
し取る方法で薄膜を形成するため、基板の表面酸化の虞
れが常に存在しているからである。On the other hand, in forming the organic insulating film by the LB method, although the interface state density was considerably reduced, Si
It is still higher than the interface state density of / SiO 2 . This is an inherently unavoidable problem in the LB method. That is, in the LB method, a compound semiconductor substrate is immersed in a water tank having an organic molecular film developed on the surface, and the molecular film is transferred onto the substrate to form a thin film. Because it exists.
【0012】さらに、ウェット・プロセスに共通の問題
点として、製造装置の大規模化が避けられないことが挙
げられる。MIS型半導体装置の絶縁膜は、一般にスパ
ッタリングやCVD等のドライプロセスで成膜されるた
め、この絶縁膜の形成前にウェット・プロセスを行おう
とすると、当然ながら製造装置の台数やこれらによるク
リーンルーム内の占有面積が増大するからである。この
結果、経済性やスループットが損なわれる虞れが大き
い。Further, as a problem common to the wet process, it is unavoidable that the manufacturing apparatus becomes large-scale. Since the insulating film of the MIS type semiconductor device is generally formed by a dry process such as sputtering or CVD, if a wet process is performed before forming this insulating film, the number of manufacturing devices and the clean room due to these are naturally used. This is because the area occupied by is increased. As a result, there is a high possibility that the economy and the throughput will be impaired.
【0013】一方のドライ・プロセスは、製造プロセス
や製造装置の一貫性において、ウェット・プロセスより
もはるかに有利である。また、放電条件の制御により堆
積過程とエッチング過程のバランスをとることも可能で
ある。しかし、不純物添加領域の除去の問題は、上述の
ようなSF6 ガスを用いたプラズマ処理においても同様
に残されている。これは、SF6 が放電解離条件下でS
原子を放出すると同時に大量のF* (フッ素ラジカル)
を生成してしまい、このF* が多くの化合物半導体に対
してエッチャントとして作用するからである。On the other hand, the dry process is far more advantageous than the wet process in terms of manufacturing process and manufacturing equipment consistency. It is also possible to balance the deposition process and the etching process by controlling the discharge conditions. However, the problem of removing the impurity-added region remains similarly in the plasma processing using SF 6 gas as described above. This is because SF 6 is S under discharge dissociation conditions.
A large amount of F * (fluorine radical) is emitted at the same time
This is because the F * acts as an etchant for many compound semiconductors.
【0014】そこで本発明は、これらの問題をすべて解
決し、ドライ・プロセスによるパッシベーションを、化
合物半導体基板の不要なエッチングを伴うことなく優れ
た再現性をもって行う方法を提供することを目的とす
る。Therefore, an object of the present invention is to solve all of these problems and to provide a method of performing passivation by a dry process with excellent reproducibility without unnecessary etching of a compound semiconductor substrate.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体基
板の前処理方法は、上述の目的を達成するために提案さ
れるものであり、化合物半導体基板の表面を、該化合物
半導体基板の所定の構成原子と窒素原子との結合により
形成される窒化物膜で被覆するものである。The pretreatment method for a compound semiconductor substrate of the present invention is proposed in order to achieve the above-mentioned object, and the surface of the compound semiconductor substrate is covered with a predetermined compound semiconductor substrate. It is covered with a nitride film formed by the bonding of constituent atoms and nitrogen atoms.
【0016】本発明はまた、前記化合物半導体基板に対
して窒素系化合物を含むガスを用いたプラズマ処理を行
うことにより、前記窒化物膜を形成するものである。According to the present invention, the nitride film is formed by subjecting the compound semiconductor substrate to plasma treatment using a gas containing a nitrogen compound.
【0017】本発明はさらに、前記化合物半導体基板と
してGa原子を構成原子として有する基板を用い、前記
窒化物膜としてGaN膜を生成させるものである。The present invention further uses a substrate having Ga atoms as constituent atoms as the compound semiconductor substrate and produces a GaN film as the nitride film.
【0018】[0018]
【作用】本発明者は、従来のドライ・プロセスにおける
不要なエッチングは過剰なF*に起因するものであり、
これを防止するためにはエッチングの進行を抑制するよ
うな何らかの作用を有する物質を生成させれば良いもの
と考えた。According to the present inventor, the unnecessary etching in the conventional dry process is caused by excessive F * ,
In order to prevent this, it was thought that it is sufficient to generate a substance having some action that suppresses the progress of etching.
【0019】本発明では、化合物半導体基板の表面を窒
化物膜で被覆する。この窒化物膜は、該化合物半導体基
板の所定の構成原子と窒素原子との結合により形成され
るため、基板表面に極めて安定に存在することができ
る。この窒化物膜により、化合物半導体基板をたとえ大
気解放させても、その表面と外部環境との接触が断たれ
るので、化合物半導体基板の表面酸化を抑制し、後工程
で積層される絶縁膜との間で界面準位密度を低く維持す
ることができる。In the present invention, the surface of the compound semiconductor substrate is covered with a nitride film. Since this nitride film is formed by the bond between a predetermined constituent atom of the compound semiconductor substrate and a nitrogen atom, it can exist extremely stably on the substrate surface. By this nitride film, even if the compound semiconductor substrate is exposed to the atmosphere, the contact between the surface of the compound semiconductor substrate and the external environment is cut off, so that the surface oxidation of the compound semiconductor substrate is suppressed and an insulating film to be laminated in a later step is formed. The interface state density can be kept low between them.
【0020】なお、このような窒化物膜による被覆が行
われるためには、化合物半導体基板の表面にある決まっ
た種類の構成原子が露出していることが前提となるが、
かかる界面構造を有する基板を得ることは比較的容易で
ある。たとえば、多くのAX型(Aは陽性元素,Xは陰
性元素)化合物半導体が属する閃亜鉛鉱型結晶構造の場
合、{111}面ではA原子層とX原子層のいずれかが
露出することになるからである。In order to perform such a coating with a nitride film, it is premised that certain types of constituent atoms on the surface of the compound semiconductor substrate are exposed.
It is relatively easy to obtain a substrate having such an interface structure. For example, in the case of a zinc blende type crystal structure to which many AX type (A is a positive element, X is a negative element) compound semiconductor belongs, either the A atomic layer or the X atomic layer is exposed on the {111} plane. Because it will be.
【0021】上記窒化物膜は、最も実用的には前記化合
物半導体基板に対して窒素系化合物を含むガスを用いて
プラズマ処理を行うことにより形成することができる。
つまり、放電解離条件下で窒素系化合物から解離生成し
たN* 等の窒素系化学種が化合物半導体基板の表面に作
用し、蒸気圧の低い窒化物を生成し得る原子がこの窒素
系化学種と反応して窒化物膜を形成するのである。Most practically, the nitride film can be formed by subjecting the compound semiconductor substrate to plasma treatment using a gas containing a nitrogen compound.
That is, the nitrogen-based chemical species such as N * that is dissociated and generated from the nitrogen-based compound under the discharge dissociation condition acts on the surface of the compound semiconductor substrate, and the atoms that can generate a nitride having a low vapor pressure are the nitrogen-based chemical species. It reacts to form a nitride film.
【0022】なお、本発明はドライ・プロセスであるた
め、たとえばMIS型半導体装置の製造を想定した場
合、後工程における絶縁膜の成膜工程等と連続して行う
ことができる。つまり、近年のマルチ・チャンバ・シス
テム等に代表される一体型の連続処理装置を用いれば、
途中でウェハを大気解放することなく、パッシベーショ
ンから絶縁膜の成膜までを一貫して高真空下で行うこと
ができる。Since the present invention is a dry process, for example, when manufacturing a MIS type semiconductor device is assumed, it can be performed continuously with a step of forming an insulating film in a subsequent step. In other words, if you use an integrated continuous processing device represented by recent multi-chamber systems,
It is possible to consistently perform from the passivation to the formation of the insulating film under high vacuum without exposing the wafer to the atmosphere on the way.
【0023】本発明の実用上重要と考えられるケース
は、化合物半導体基板がGa原子を構成原子として有
し、この表面がGaN膜で被覆されるケースである。G
aNは、常圧下では800℃付近から昇華し始める化合
物であるが、ウェハを特に高温加熱しない限り通常のプ
ラズマ処理条件下では蒸気圧が低く、安定に存在する。
したがって、十分なパッシベーション効果を示し得る。A case considered to be important in practical use of the present invention is a case where the compound semiconductor substrate has Ga atoms as constituent atoms, and the surface is covered with a GaN film. G
aN is a compound that begins to sublime at around 800 ° C. under normal pressure, but has a low vapor pressure under normal plasma processing conditions and exists stably unless the wafer is particularly heated to a high temperature.
Therefore, a sufficient passivation effect can be exhibited.
【0024】[0024]
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.
【0025】実施例1 本実施例は、本発明をGaAs基板を用いたMIS−F
ETの製造に適用し、NF3 /N2 混合ガスを用いたプ
ラズマ処理によりGaAs基板のパッシベーションを行
った後、SiN絶縁膜および電極の形成を行った例であ
る。このプロセスを、図1を参照しながら説明する。 Example 1 In this example, the present invention is a MIS-F using a GaAs substrate.
This is an example applied to the manufacture of ET, in which the SiN insulating film and the electrodes are formed after the GaAs substrate is passivated by the plasma treatment using the NF 3 / N 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIG.
【0026】本実施例で処理サンプルとして用いたウェ
ハを、図1(a)に示す。このウェハは、p- 型GaA
s基板1(図中ではp- −GaAsと略記する。)上に
たとえばMOCVD法によりチャネル領域を構成するた
めのn型GaAs層2(図中ではn−GaAsと略記す
る。)と、ソース/ドレイン領域を形成するためのn +
型GaAs層3(図中ではn+ −GaAsと略記す
る。)とを順次積層し、図示されないレジスト・マスク
を介して少なくとも上記n+ 型GaAs層3をメサ・エ
ッチングすることにより、ゲート・リセス4を形成した
ものである。このウェハの表面は、たとえばGaAs結
晶の(001)面に相当する。The wafer used as a processing sample in this example.
C is shown in FIG. This wafer is p-Type GaA
s substrate 1 (p in the figure)--Abbreviated as GaAs. )above
For example, the channel region is formed by the MOCVD method.
N-type GaAs layer 2 (abbreviated as n-GaAs in the figure)
It ) And n for forming source / drain regions +
Type GaAs layer 3 (n in the figure)+-Abbreviated as GaAs
It ) And are sequentially laminated to form a resist mask (not shown).
Via at least the above n+Type GaAs layer 3
Forming the gate recess 4 by etching.
It is a thing. The surface of this wafer is, for example, GaAs
It corresponds to the (001) plane of the crystal.
【0027】次に、このウェハを、有磁場マイクロ波プ
ラズマ装置のエッチング・チャンバ内にセットし、一例
として下記の条件でプラズマ処理を行った。 NF3 流量 10 SCCM N2 流量 30 SCCM ガス圧 1.33 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 0 W ウェハ温度 −70 ℃ なお、上記ウェハの冷却は、ウェハ載置電極に内蔵され
る冷却配管にアルコール系冷媒を循環させることにより
行った。Next, this wafer was set in an etching chamber of a magnetic field microwave plasma apparatus, and as an example, plasma treatment was performed under the following conditions. NF 3 flow rate 10 SCCM N 2 flow rate 30 SCCM Gas pressure 1.33 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH
z) RF bias power 0 W Wafer temperature −70 ° C. The wafer was cooled by circulating an alcohol-based refrigerant through a cooling pipe built in the wafer mounting electrode.
【0028】このプラズマ処理により、図1(b)に示
されるように、n型GaAs層2とn+ 型GaAs層3
の露出面にGaNからなる極めて薄いパッシベーション
層5が一様に形成された。By this plasma treatment, as shown in FIG. 1B, the n-type GaAs layer 2 and the n + -type GaAs layer 3 are formed.
An extremely thin passivation layer 5 made of GaN was uniformly formed on the exposed surface of the.
【0029】ここで、上記のウェハの表面はGaAs結
晶の(001)面であるから、プラズマ処理を行う前の
n型GaAs層2とn+ 型GaAs層3の露出面に存在
する原子層は、共にGa層である場合、共にAs層であ
る場合、あるいは一方がGa層で他方がAs層である場
合、の3通りが考えられる。しかし、本実施例ではガス
系にN2 が添加されていることにより、いずれの場合に
もウェハの表面は最終的にはGaNからなるパッシベー
ション膜5で覆われる。その機構は、次のように考えら
れる。Since the surface of the wafer is the (001) plane of the GaAs crystal, the atomic layer existing on the exposed surface of the n-type GaAs layer 2 and the n + -type GaAs layer 3 before the plasma treatment is , Both are Ga layers, both are As layers, or one is a Ga layer and the other is an As layer. However, in this embodiment, since N 2 is added to the gas system, the surface of the wafer is finally covered with the passivation film 5 made of GaN in any case. The mechanism is considered as follows.
【0030】まず、ウェハ表面でGa層が露出している
領域では、直ちにGaNが生成する。このとき、もちろ
んGaFも生成し得るが、この化合物は800℃付近に
昇華点、1000℃付近に沸点を有する蒸気圧の低い物
質であり、上記のようなウェハ冷却を行っている温度条
件下では容易に脱離しない。したがって、パッシベーシ
ョン膜5の形成前にGa層が除去されてしまうことはな
い。First, GaN is immediately formed in the region where the Ga layer is exposed on the wafer surface. At this time, of course, GaF can also be produced, but this compound is a substance with a low vapor pressure having a sublimation point near 800 ° C. and a boiling point near 1000 ° C., and under the temperature conditions under which the wafer is cooled as described above. Does not come off easily. Therefore, the Ga layer is not removed before the passivation film 5 is formed.
【0031】一方、ウェハ表面の少なくとも一部にAs
層が存在している場合には、このAs層がF* と反応す
ることにより蒸気圧の高いAsF3 ,AsF5 を生成
し、速やかに除去される。このとき、プラズマ中にはN
* が存在しているが、Asは窒化物を生成しない。この
後にGa層が露出すると、上述のようにGaNが生成す
るわけである。On the other hand, As is formed on at least a part of the wafer surface.
When the layer exists, the As layer reacts with F * to generate AsF 3 and AsF 5 having a high vapor pressure, and the AsF 3 and AsF 5 are rapidly removed. At this time, N in the plasma
* Is present, but As does not form a nitride. After that, when the Ga layer is exposed, GaN is generated as described above.
【0032】以降の絶縁膜および電極の形成は、従来公
知の方法にしたがって行った。まず、絶縁膜としてSi
N膜を成膜するため、上記ウェハを別の有磁場マイクロ
波CVD(ECR−CVD)装置のCVDチャンバ内に
セットした。このCVDチャンバは、上述の有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置のエッチング・チャン
バとゲート・バルブを介して高真空下で接続されている
ので、ウェハは大気解放されることなく異プロセス間を
搬送される。Subsequent formation of an insulating film and an electrode was performed according to a conventionally known method. First, Si as an insulating film
In order to form the N film, the wafer was set in the CVD chamber of another magnetic field microwave CVD (ECR-CVD) apparatus. Since this CVD chamber is connected to the etching chamber of the above-mentioned magnetic field microwave plasma etching apparatus under a high vacuum through a gate valve, the wafer is transferred between different processes without being exposed to the atmosphere. It
【0033】ECR−CVDによるSiN絶縁膜の形成
条件の一例を以下に示す。 SiH4 流量 20 SCCM N2 O流量 40 SCCM ガス圧 1.33 Pa マイクロ波パワー 800 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 0 W ウェハ温度 350 ℃ このプロセスにより、ウェハの表面は図1(c)に示さ
れるように、厚さ約30nmのSiN絶縁膜6で被覆さ
れた。An example of conditions for forming the SiN insulating film by ECR-CVD is shown below. SiH 4 flow rate 20 SCCM N 2 O flow rate 40 SCCM Gas pressure 1.33 Pa Microwave power 800 W (2.45 GH
z) RF bias power 0 W Wafer temperature 350 ° C. By this process, the surface of the wafer was covered with the SiN insulating film 6 having a thickness of about 30 nm as shown in FIG.
【0034】さらに、図1(d)に示されるように、n
+ −GaAs層3からなるソース/ドレイン領域上でS
iN絶縁膜6を選択的に除去し、この部分にAuGe合
金等のオーミック電極材料によりソース/ドレイン電極
7を形成した。また、ゲート・リセス内4のSiN絶縁
膜6の上には、Al等の電極材料を用いてゲート電極8
を形成した。Further, as shown in FIG. 1D, n
+ − S on the source / drain region composed of the GaAs layer 3
The iN insulating film 6 was selectively removed, and the source / drain electrodes 7 were formed on this portion with an ohmic electrode material such as AuGe alloy. Further, on the SiN insulating film 6 in the gate recess 4, a gate electrode 8 made of an electrode material such as Al is used.
Was formed.
【0035】このようにして製造されたMIS−FET
は、界面準位密度が低減されているため、少ない消費電
力にて高速動作を示した。また、製造歩留りも良好であ
った。MIS-FET manufactured in this way
Shows a high-speed operation with low power consumption because the interface state density is reduced. The production yield was also good.
【0036】実施例2 本実施例では、パッシベーションのためのプラズマ処理
にCl2 /N2 混合ガスを用いた。本実施例で用いたウ
ェハは、実施例1で用いたウェハと同じである。プラズ
マ処理条件の一例を以下に示す。 Example 2 In this example, a Cl 2 / N 2 mixed gas was used for plasma treatment for passivation. The wafer used in this example is the same as the wafer used in Example 1. An example of plasma processing conditions is shown below.
【0037】 Cl2 流量 10 SCCM N2 流量 30 SCCM ガス圧 1.33 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 0 W ウェハ温度 −10 ℃Cl 2 flow rate 10 SCCM N 2 flow rate 30 SCCM Gas pressure 1.33 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH
z) RF bias power 0 W Wafer temperature −10 ° C.
【0038】このとき、ウェハ表面でGa層が露出して
いる領域では直ちにGaNが生成し、パッシベーション
層5が形成される。このとき、もちろんGaCl3 も生
成し得るが、このときのプラズマ中にはCl* に比べて
N* が大過剰に生成しているので、GaNの生成が優先
すると考えて良い。一方、ウェハ表面の少なくとも一部
にAs層が存在している場合には、このAs層がCl*
と反応することにより蒸気圧の高いAsCl3 を生成
し、速やかに除去される。この後にGa層が露出する
と、上述のようにGaNが生成するわけである。At this time, GaN is immediately formed in the region where the Ga layer is exposed on the wafer surface, and the passivation layer 5 is formed. At this time, of course, GaCl 3 may also be generated, but since N * is excessively generated in the plasma at this time as compared with Cl * , it may be considered that GaN is prioritized. On the other hand, when an As layer exists on at least a part of the wafer surface, this As layer is Cl *.
AsCl 3 having a high vapor pressure is produced by the reaction with and is quickly removed. After that, when the Ga layer is exposed, GaN is generated as described above.
【0039】いずれにしても、ウェハの表面は最終的に
はGaNからなるパッシベーション膜5で覆われた。こ
れ以降のSiN絶縁膜6、ソース/ドレイン電極7、ゲ
ート電極8の形成については、実施例1で上述したとお
りである。In any case, the surface of the wafer was finally covered with the passivation film 5 made of GaN. The subsequent formation of the SiN insulating film 6, the source / drain electrodes 7, and the gate electrode 8 is as described above in the first embodiment.
【0040】以上、本発明を2例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の各実施例では化合物半
導体基板の材料がGaAsである場合について説明した
が、窒素原子と結合することにより安定な窒化物膜を形
成し得る構成原子を有するものであれば、他の化合物半
導体であっても良い。特にGa原子を含む化合物半導体
としては、GaP,GaSb,AlGaAs,GaAs
P等が挙げられる。The present invention has been described above based on the two embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in each of the above embodiments, the case where the material of the compound semiconductor substrate is GaAs has been described. It may be a compound semiconductor. In particular, compound semiconductors containing Ga atoms include GaP, GaSb, AlGaAs and GaAs.
P etc. are mentioned.
【0041】上記窒化物膜を形成するためのガスに含ま
れる窒素系化合物としては、上述のNF3 やN2 の他、
NCl3 ,酸化窒素,ハロゲン化ニトロシル,ハロゲン
化ニトリル,硝酸フッ素等を用いても良い。As the nitrogen-based compound contained in the gas for forming the nitride film, other than NF 3 and N 2 mentioned above,
NCl 3 , nitric oxide, nitrosyl halide, nitrile halide, fluorine nitrate, etc. may be used.
【0042】また、GaAs基板上に窒化物膜(パッシ
ベーション層)として形成されたGaN層は極めて薄い
膜ではあるが、格子定数がGaAs基板と離れているた
め、絶縁膜を形成する前に必要に応じて除去するように
しても良い。この除去の方法としては、ウェハを若干加
熱しながらAr等の不活性ガスを用いて軽くスパッタ・
エッチングを行う方法等が考えられる。Although the GaN layer formed as a nitride film (passivation layer) on the GaAs substrate is an extremely thin film, its lattice constant is far from that of the GaAs substrate, so that it is necessary before forming the insulating film. It may be removed accordingly. As a method of removing this, lightly sputtering the wafer by using an inert gas such as Ar while heating the wafer slightly.
A method of performing etching or the like can be considered.
【0043】この他、プラズマ処理の条件、使用する装
置の構成、ウェハの構成、絶縁膜や電極の構成材料なら
びにこれらの形成条件等が適宜変更可能であることは、
言うまでもない。In addition, the conditions of the plasma treatment, the structure of the apparatus used, the structure of the wafer, the constituent materials of the insulating film and the electrodes, and the forming conditions thereof can be appropriately changed.
Needless to say.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、プラズマ処理によるパッシベーション
を、化合物半導体基板に不要なダメージを与えることな
く、かつ再現性良く行うことができる。特に、GaAs
のようなGa原子を構成原子として有する化合物半導体
基板上では、窒素系化合物を含むガスを用いてプラズマ
処理を行うことにより、安定なGaN層をパッシベーシ
ョン層として形成することができる。かかる安定なパッ
シベーションは、化合物半導体基板と絶縁膜との間の界
面準位密度を著しく低減させる効果を有し、化合物半導
体を用いたMIS型デバイスの実用化に道を開くもので
ある。As is apparent from the above description, by applying the present invention, passivation by plasma treatment can be performed with good reproducibility without giving unnecessary damage to the compound semiconductor substrate. In particular, GaAs
On such a compound semiconductor substrate having Ga atoms as constituent atoms, a stable GaN layer can be formed as a passivation layer by performing plasma treatment using a gas containing a nitrogen compound. Such stable passivation has the effect of significantly reducing the interface state density between the compound semiconductor substrate and the insulating film, and opens the way to the practical application of MIS type devices using compound semiconductors.
【0045】なお、上記プラズマ処理は、後工程におけ
る絶縁膜の成膜工程等、他のドライ・プロセスと連続的
に行うことが可能であるため、スループットや経済性も
改善される。Since the plasma treatment can be continuously performed with another dry process such as a step of forming an insulating film in a later step, throughput and economical efficiency are also improved.
【図1】本発明をMIS−FETの製造に適用したプロ
セス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、(a)はn+ 型GaAs層にゲート・リセスが形成
された状態、(b)はウェハの全面にパッシベーション
層が形成された状態、(c)はウェハの全面にSiN絶
縁膜が成膜された状態、(d)はSiN絶縁膜がパター
ニングされ、ソース/ドレイン電極とゲート電極とが形
成された状態をそれぞれ表す。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process in which the present invention is applied to manufacture of a MIS-FET in the order of steps, (a) showing a state where a gate recess is formed in an n + type GaAs layer, (b) ) Is a state where a passivation layer is formed on the entire surface of the wafer, (c) is a state where a SiN insulating film is formed on the entire surface of the wafer, (d) is a pattern of the SiN insulating film, and source / drain electrodes and gate electrodes Represents the state in which and were formed.
1 ・・・p- 型GaAs基板 2 ・・・n型GaAs層 3 ・・・n+ 型GaAs層 4 ・・・ゲート・リセス 5 ・・・パッシベーション層 6 ・・・SiN絶縁膜 7 ・・・ソース/ドレイン電極 8 ・・・ゲート電極DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... p - type GaAs substrate 2 ... n type GaAs layer 3 ... n + type GaAs layer 4 ... gate recess 5 ... passivation layer 6 ... SiN insulating film 7 ... Source / drain electrode 8 ... Gate electrode
Claims (3)
導体基板の所定の構成原子と窒素原子との結合により形
成される窒化物膜で被覆することを特徴とする化合物半
導体基板の前処理方法。1. A pretreatment method for a compound semiconductor substrate, which comprises coating the surface of a compound semiconductor substrate with a nitride film formed by the bond between a predetermined constituent atom of the compound semiconductor substrate and a nitrogen atom.
に対して窒素系化合物を含むガスを用いたプラズマ処理
を行うことにより形成されることを特徴とする請求項1
記載の化合物半導体基板の前処理方法。2. The nitride film is formed by subjecting the compound semiconductor substrate to plasma treatment using a gas containing a nitrogen compound.
A method for pretreating a compound semiconductor substrate as described above.
所定の構成原子として有し、前記窒化物膜はGaN膜で
あることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
化合物半導体基板の前処理方法。3. The compound semiconductor substrate according to claim 1, wherein the compound semiconductor substrate has Ga atoms as the predetermined constituent atoms, and the nitride film is a GaN film. Pretreatment method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2454093A JPH06244409A (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Preprocessing method for compound semiconductor substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2454093A JPH06244409A (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Preprocessing method for compound semiconductor substrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06244409A true JPH06244409A (en) | 1994-09-02 |
Family
ID=12140989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2454093A Withdrawn JPH06244409A (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Preprocessing method for compound semiconductor substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06244409A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7135416B2 (en) | 2003-05-09 | 2006-11-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing semiconductor device |
JP2010093247A (en) * | 2008-09-16 | 2010-04-22 | Imec | Method of reducing fermi level pinning in non-silicon channel mos device |
JP2011103318A (en) * | 2009-11-10 | 2011-05-26 | Univ Of Tokyo | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
1993
- 1993-02-12 JP JP2454093A patent/JPH06244409A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7135416B2 (en) | 2003-05-09 | 2006-11-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing semiconductor device |
JP2010093247A (en) * | 2008-09-16 | 2010-04-22 | Imec | Method of reducing fermi level pinning in non-silicon channel mos device |
JP2011103318A (en) * | 2009-11-10 | 2011-05-26 | Univ Of Tokyo | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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