(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層の表面を酸化することで、前記半導体層の表面に酸化アルミニウムを含んで構成された酸化層を形成する第１工程と、
前記酸化層を加熱するとともに前記酸化層の表面を酸素プラズマで処理することで前記酸化層に含まれている酸化インジウムを分解して除去する第２工程と、
前記酸化層に含まれている酸化インジウムを分解して除去した後、前記酸化層を加熱するとともに前記酸化層の表面を酸素プラズマで処理することで前記酸化層に含まれている酸化ヒ素を分解して除去し、前記半導体層の表面に酸化アルミニウム薄膜を形成する第３工程と
を備え、
前記第２工程では、酸化ヒ素が分解しない範囲の温度で前記酸化層を加熱し、
前記第３工程では、酸化アルミニウムが分解しない範囲の温度で前記酸化層を加熱する  ことを特徴とする酸化アルミニウム薄膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の酸化アルミニウム薄膜の形成方法において、
前記第１工程では、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層を加熱するとともに前記半導体層の表面を酸素プラズマで処理することで、前記半導体層の表面に前記酸化層を形成する
ことを特徴とする酸化アルミニウム薄膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１記載の酸化アルミニウム薄膜の形成方法において、
前記第１工程では、液相酸化法により前記半導体層の表面に前記酸化層を形成する
ことを特徴とする酸化アルミニウム薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層の表面に、酸化アルミニウム薄膜を形成する酸化アルミニウム薄膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、更なる高速動作および省電力などのために、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）などの半導体装置では、更なる微細化が進められている。このような微細化を実現するための技術の１つに、ゲート絶縁層などの絶縁層の薄層化がある。しかしながら、絶縁層の薄層化は、リーク電流の増大を招くという問題がある。これに対し、従来より一般的に用いられているシリコン系の絶縁材料に代わり、より高い誘電率を有する酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）から絶縁層を構成し、薄層化をすることなく、微細化を実現する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、ＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物から構成された電界効果型トランジスタにおいて、ＩｎＡｌＡｓからなる障壁層の上に、Ａｌ2Ｏ3からなる絶縁層を介してゲート電極を形成する技術が提案されている。このようなＡｌ2Ｏ3薄膜の形成技術として、原子層成長（Atomic Layer Deposition；ＡＬＤ）法が知られている。ＡＬＤ法は、原料となる有機化合物の１分子層を形成対象の表面に吸着させることによる成膜方法であり、非常に薄い層を形成することが可能である。例えば、数ナノメートル〜１０ナノメートルの厚さのＡｌ2Ｏ3薄膜が、実現されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】S. M. George, "Atomic Layer Deposition: An Overview", Chem. Rev. , vol.110, pp.111-113, 2010.
【非特許文献２】Y. H. Wang and K. W. Lee, "Selective Oxidation on High-Indium-Content InAlAs/InGaAs Metamorphic High-Electron-Mobility Transistors", Semiconductor Technologies, Jan Grym (Ed.), ISBN: 978-953-307-080-3, InTech, DOI: 10.5772/8571, 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＡＬＤ法では、形成したＡｌ2Ｏ3薄膜と半導体層との界面品質を良好なものとするために、Ａｌ2Ｏ3薄膜の成膜の前後に、洗浄やアニール処理が必要になることが知られており、手間を要するという問題があった。
【０００６】
また、ＡＬＤ法で１０ｎｍ以下の膜厚に形成した場合、膜質が充分でないことに起因してリーク電流が増大し、ゲート特性を劣化させてしまう。このため、ＡＬＤ法で形成した１０ｎｍより薄いＡｌ2Ｏ3薄膜は、絶縁層として用いることが事実上困難であり、充分な微細化の要求を満たせないという問題があった。
【０００７】
上述したＡＬＤ法の他に、液相酸化（Liquid Phase Oxidation；ＬＰＯ）法による選択的酸化を用いたＡｌ2Ｏ3薄膜の形成技術がある（非特許文献２参照）。液相酸化法では、アンモニア水などでｐＨを調整した硝酸カリウム溶液を、対象となる基板や半導体層に接触させて酸化している。しかしながら、この技術では、ＩｎＡｌＡｓの表面に、Ａｌ2Ｏ3と同時に、Ａｓ2Ｏ3およびｎ型半導体のＩｎ2Ｏ3も形成されてしまう。このため、高い絶縁性が要求される絶縁層として充分な膜質を得ることができないという問題があった。これらのように、従来の技術では、半導体装置の微細化の要求に対し、ＩｎＡｌＡｓ層の表面には充分な薄さのＡｌ2Ｏ3薄膜が形成できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層の表面に、高い絶縁性を備えた状態でより薄い酸化アルミニウム薄膜が形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る酸化アルミニウム薄膜の形成方法は、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層の表面を酸化することで、半導体層の表面に酸化アルミニウムを含んで構成された酸化層を形成する第１工程と、酸化層を加熱するとともに酸化層の表面を酸素プラズマで処理することで酸化層に含まれている酸化インジウムを分解して除去する第２工程と、酸化層に含まれている酸化インジウムを分解して除去した後、酸化層を加熱するとともに酸化層の表面を酸素プラズマで処理することで酸化層に含まれている酸化ヒ素を分解して除去し、半導体層の表面に酸化アルミニウム薄膜を形成する第３工程とを備え、第２工程では、酸化ヒ素が分解しない範囲の温度で酸化層を加熱し、第３工程では、酸化アルミニウムが分解しない範囲の温度で酸化層を加熱する。
【００１０】
上記酸化アルミニウム薄膜の形成方法において、第１工程では、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層を加熱するとともに半導体層の表面を酸素プラズマで処理することで、半導体層の表面に酸化層を形成すればよい。
【００１１】
上記酸化アルミニウム薄膜の形成方法において、第１工程では、液相酸化法により半導体層の表面に酸化層を形成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したことにより、本発明によれば、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層の表面に、高い絶縁性を備えた状態でより薄い酸化アルミニウム薄膜が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における酸化アルミニウム薄膜の形成方法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における酸化アルミニウム薄膜の形成方法を説明するための説明図である。
【００１５】
まず、ステップＳ１０１で、図１の（ａ）に示すように、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層１０１を形成する。半導体層１０１の表面には、アルミニウム（Ａｌ）１０２，インジウム（Ｉｎ）１０３，ヒ素（Ａｓ）１０４が存在している。半導体層１０１は、例えば、ＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体より構成する電界効果トランジスタを構成する障壁層である。
【００１６】
次に、ステップＳ１０２で、半導体層１０１の表面を酸化することで、図１の（ｂ）に示すように、半導体層１０１の表面に酸化層１０５を形成する（第１工程）。例えば、半導体層１０１を加熱するとともに半導体層１０１の表面を酸素プラズマ１２１で処理することで、半導体層１０１の表面に酸化層１０５を形成すればよい。例えば、所定のプラズマ処理装置内で、基板加熱機構などにより酸化層１０５を４００〜５００℃程度に加熱した状態で、酸素プラズマ１２１を照射すればよい。酸化層１０５は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）１０６を含み、この時点では、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）１０７，酸化ヒ素（Ａｓ2Ｏ3）１０８も含まれている。酸化層１０５の形成では、拡散化物が分解しない範囲の温度条件とする。
【００１７】
次に、ステップＳ１０３で、酸化層１０５を加熱するとともに酸化層１０５の表面を酸素プラズマ１２１で処理することで、図１の（ｃ）に示すように、酸化層１０５に含まれているＩｎ2Ｏ3を分解して完全に除去する（第２工程）。ここでは、Ａｓ2Ｏ3が分解しない範囲の温度で酸化層１０５を加熱してＩｎ2Ｏ3を分解する。Ｉｎ2Ｏ3は、Ａｓ2Ｏ3より低い温度で分解する。なお、酸化アルミニウムの分解温度は、Ａｓ2Ｏ3の分解温度より高いため、上記温度条件では、Ａｌ2Ｏ3も分解しない。この処理により、Ｉｎ2Ｏ3が分解され、Ｉｎ１０３が酸化層１０５より脱離し、酸化層１０５は、Ａｌ2Ｏ3１０６に加えてＡｓ2Ｏ3１０８が含まれたものとなる。
【００１８】
上述したように酸化層１０５に含まれているＩｎ2Ｏ3を分解して除去した後、ステップＳ１０４で、酸化層１０５を加熱するとともに酸化層１０５の表面を酸素プラズマ１２１で処理することで、酸化層１０５に含まれているＡｓ2Ｏ3を分解して完全に除去し、図１の（ｄ）に示すように、酸化層１０５がＡｌ2Ｏ3１０６から構成された状態とする。ここでは、Ａｌ2Ｏ3が分解しない範囲の温度で酸化層１０５を加熱する。このことにより、半導体層１０１の表面には、酸化アルミニウム薄膜である酸化層１０５が形成されることになる（第３工程）。
【００１９】
ここで、Ｉｎ2Ｏ3およびＡｓ2Ｏ3が共存している状態で、Ａｓ2Ｏ3が分解する温度にまで加熱すると、Ｉｎ2Ｏ3が変性して分解されない状態となる。このため、上述したように、Ａｓ2Ｏ3を分解する段階では、Ｉｎ2Ｏ3が除去されていることが重要となる。
【００２０】
以上に説明したように、本発明では、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層の表面を酸化した後、まずＩｎ2Ｏ3を分解除去し、次いで、Ａｓ2Ｏ3を分解除去して酸化アルミニウム薄膜を形成するようにしたので、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層の表面に、高い絶縁性を備えた状態でより薄い酸化アルミニウム薄膜が形成できるようになる。例えば、１０ｎｍ〜１ｎｍ以下の層厚で、リーク電流の少ない高品質な酸化アルミニウム薄膜が形成できる。
【００２１】
また、本発明により形成した酸化アルミニウム薄膜を、電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜として用いると、良好な特性を持つ電界効果型トランジスタを実現することができる。電界効果型トランジスタへの適用にあたっては、本発明により形成した酸化アルミニウム薄膜上にＨｆ、Ｔａ、Ｚｒ等による酸化膜や、他の高誘電率材料，絶縁膜などを堆積した上でゲート電極を形成してもよい。
【００２２】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、加熱状態で酸素プラズマを作用させることで、ＩｎＡｌＡｓからなる半導体層の表面を酸化するようにしたが、液相酸化法により、上記半導体層の表面に酸化層を形成してもよい。
【００２３】
ただし、酸素プラズマを用いて酸化層の形成を行うことで、以降のＩｎ2Ｏ3を分解除去、およびＡｓ2Ｏ3の分解除去を、同じ装置内で連続して行うことが可能となり、工程を短縮することができる。また、液体酸化法では、酸化に時間を要するが、酸素プラズマを用いて酸化層の形成を行うことで、この時間を短縮することができる。なお、いずれにおいても、本発明では、ＡＬＤ装置を用いる必要はない。
【符号の説明】
【００２４】
１０１…半導体層、１０２…アルミニウム（Ａｌ）、１０３…インジウム（Ｉｎ）、１０４…ヒ素（Ａｓ）、１０５…酸化層、１０６…酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、１０７…酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、１０８…酸化ヒ素（Ａｓ2Ｏ3）、１２１…酸素プラズマ。
【図１】
0006039591.tif 000002