(57)【要約】【課題】表面保護および表面不活性化を実現できまた、高周波特性の向上が可能となる成膜方法およびその技術を用いて作製した高性能半導体装置並びに半導体装置を含む通信システムの電子装置を提供することを目的とする。【解決手段】ホウ素、炭素、窒素を主成分とし、イオウが添加された被膜が表面保護膜として表面の少なくとも一部に被着されたことを特徴とする半導体装置【選択図】    図１
2004260118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素、炭素、窒素を主成分とし、イオウが添加された被膜が表面保護膜として表面の少なくとも一部に被着されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記被膜の炭素組成比（原子比）が０．１以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記被膜に酸素を含むことを特徴とする請求項１、２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記被膜に異種膜を付加した多層構造を有することを特徴とする請求項１から３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記異種膜が前記被膜の構成元素の含有量と異なった膜であることを特徴とする請求項１から４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記異種膜がイオウを添加しない前記被膜と同一の主成分膜であることを特徴とする請求項１から４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記異種膜が珪素を主成分とする膜であることを特徴とする請求項１から４に記載の半導体装置。
【請求項８】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を有することを特徴とする請求項１から７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体装置は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１から８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体装置はバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１から９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体装置はダイオードであることを特徴とする請求項１から８に記載の半導体装置。
【請求項１２】
被成膜基板を窒素を含むプラズマ雰囲気中に配置し、前記被成膜基板にホウ素原子、炭素原子、イオウ原子を供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
窒化ホウ素のスパッタ部に対向して被成膜基板を配置し、前記被成膜基板に炭素原子、イオウ原子を供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
窒化ホウ素と炭素のスパッタ部に対向して被成膜基板を配置し、前記被成膜基板にイオウ原子を供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
窒化ホウ素のレーザアブレーションに対向して被成膜基板を配置し、前記被成膜基板に炭素原子およびイオウ原子を含むプラズマを供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
窒化ホウ素と炭素のレーザアブレーションに対向して被成膜基板を配置し、前記被成膜墓板にイオウ原子を含むプラズマを供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体装置は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記半導体装置はバイポーラトラシジスタであることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記半導体装置はダイオードであることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置を有することを特徴とする通信システム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体表面の保護や不活性化を行うことによる半導体装置の高性能化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波電子デバイスとして電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）やへテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の開発が行われ、実用化されている。ＦＥＴのゲート−ドレイン間、ソース−ゲート間に露出した半導体表面やＨＢＴのべース領域の端部においては半導体表面でのダングリングボンドや酸化による表面準位の生成が起こり、トランジスタの性能劣化を誘起する。ＦＥＴではゲートードレイン間でのリーク電流の増加が見られたり、ＨＢＴでは表面再結合によるべース内での少数キャリアの低減が起こる。ＧａＡｓやＩｎＰを基盤材料としたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成される電子デバイスについては特に酸化等による表面での状態密度の増加が著しく、それがデバイスの性能を劣化させるため半導体表面の不活性化プロセス技術および表面保護膜作製技術が開発され、電子デバイスの作製が進められている。これまで半導体表面保護や不活性膜として酸化珪素膜や窒化珪素膜が用いられているが、今後更に高周波動作を目指すためには浮遊容量の低減による素子固有の高周波特性の向上や集積回路においては配線における信号遅延の改善が不可欠である。このためにはこれまで用いられている保護膜や配線層間絶縁膜の低誘電率化が必要となる。酸化珪素膜や窒化珪素膜の誘電率は各々ｋ＝４および７程度と知られているが今後更に低誘電率材料の導入が望まれる状況にある。また、今後高周波パワーデバイスとして注目されているＧａＮを基盤材料としたデバイスにも応用できる表面保護膜が望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の表面保護技術や表面不活性化技術を確立し、高周波電子デバイスの性能向上が望まれている。本発明は上記の状況に鑑みてなされたもので、表面保護および表面不活性化を実現できまた、高周波特性の向上が可能となる表面保護膜をホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）を主成分とする膜（ＢＣＮ膜）にイオウ（Ｓ）を添加して作製する成膜方法およびその技術を用いて作製した高性能半導体装置並びに半導体装置を含む通信システムの電子装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の半導体装置はホウ素、炭素、窒素を主成分とし、イオウが添加された被膜が表面保護膜として表面の少なくとも一部に被着されたことを特徴とする。イオウの添加により膜と半導体界面での固定電荷が低減し、イオウ原子により半導体表面の欠陥準位の密度を低下させることができる。ｎ型Ｓｉ基板上にイオウを添加したＢＣＮ膜と無添加ＢＣＮ膜を堆積させ金属／絶縁体／半導体構造を作製し、容量−電圧特性を測定した結果を図１に示す。イオウ添加ＢＣＮ膜においては無添加ＢＣＮ膜に比べ、フラットバンドシフトが明らかに低下していることが見出され、イオウ添加によりＢＣＮ膜の特性および界面特性が向上していることが分かる。
【０００５】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置は前記被膜の炭素組成比（原子比）が０．１以上であることを特徴とする。これにより誘電率の低減を実現し、また、耐水性が向上し、膜にクラックの発生や膜の剥がれが防止される。
【０００６】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置は前記被膜に酸素を含むことを特徴とする。請求項１、２に記載の半導体装置。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置は前記被膜に異種膜を付加した多層構造を有することを特徴とする。多層構造を取ることにより保護膜としての安定性を向上させることができる。  また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置は前記異種膜が前記被膜の構成元素の含有量と異なった膜であることを特徴とする。  また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置は前記異種膜がイオウを添加しない前記被膜と同一の主成分膜であることを特徴とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置は前記異種膜が珪素を主成分とする膜であることを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を有することを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置は電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ダイオードであることを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は被成膜基板を窒素を含むプラズマ雰囲気中に配置し、前記被成膜基板にホウ素原子、炭素原子、イオウ原子を供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
イオウの添加方法は、例えば、固体のイオウを昇温し（４００Ｋ）窒素ガスでリアクターへ搬送  すればよい。また、硫化水素（Ｈ２Ｓ）で導入する方が制御性が向上するため好ましい。
イオウ原子の膜中への取り込み量は１０の２０乗／ｃｍ３程度です。１０の１８
乗以上添加することにより効果が出てくるのではないかと思っています。
【００１３】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は窒化ホウ素のスパッタ部に対向して被成膜基板を配置し、前記被成膜基板に炭素原子、イオウ原子を供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は窒化ホウ素と炭素のスパッタ部に対向して被成膜基板を配置し、前記被成膜基板にイオウ原子を供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は窒化ホウ素のレーザアブレーションに対向して被成膜基板を配置し、前記被成膜基板に炭素原子およびイオウ原子を含むプラズマを供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は窒化ホウ素と炭素のレーザアブレーションに対向して被成膜基板を配置し、前記被成膜基板にイオウ原子を含むプラズマを供給し、イオウが添加された窒化ホウ素炭素膜を形成することを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的を達成するための本発明の通信システム装置は本発明により作製される半導体装置を有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面を用いて詳しく説明する。
【００１９】
（実施例１）
図２は本発明の第１実施例の半導体装置として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を示す概略側である。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により半絶縁性ＧａＡｓ基板２１上にｎ−型ＧａＡｓ活性層２２を成長したウェハーを用いる。その上に、オーミック接合を形成し、ソース電極２３とドレイン電極２４を形成する。素子分離の後、ソース２３−ドレイン２４間のＧａＡｓ活性層２２上に本発明の表面保護膜２６を堆積させる。プラズマＣＶＤ装置を用い、試料温度を３００℃にして表面を水素プラズマで処理した後、窒素とメタンのプラズマと三塩化ホウ素を用いて第一窒化ホウ素炭素膜２６−１を１００ｎｍ堆積させる。この際、プラズマ中へイオウ原子を供給する。引き続き、メタン濃度を増加させて第二窒化ホウ素炭素膜２６−２を２００ｎｍ堆積させる。この時にはイオウ原子の供給を停止する。フォトリソグラフィーによりソース２３−ドレイン２４間にゲート電極２５形成のための窓を開け、ショットキー接合を形成し、ゲート電極２５を設ける。
【００２０】
このようにしてＦＥＴを作製することにより、ソースーゲートおよびゲートドレイン間の表面保護して酸化珪素膜や窒化珪素膜のみを用いたものに比べて浮遊容量が２分の１以下に低減した。また、ドレイン電流の増加を実現できた。
【００２１】
本実施例においてはＧａＡｓＦＥＴを用いたが、ヘテロＦＥＴ、ＨＥＭＴなどをはじめそれらと類似のＦＥＴに対しても使用することもできる。また、本実施例で用いたＧａＡｓＦＥＴに制限されることなく、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されるＦＥＴに対しても同様に用いられる。また、表面保護膜の構造についても本発明のイオウ添加窒化ホウ素炭素膜の上に形成する膜として窒化珪素膜や、酸化珪素膜を用いることができる。
【００２２】
（実施例２）
図３は本発明の第２実施例の半導体装置としてへテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を示す概略側面図である。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によりｎ型ＧａＡｓ基板３１上にｎ型ＧａＡｓコレクタ層３２を２μｍ、ｐ型ＧａＡｓべース層３３を２ｎｍ、ｎ型ＡｌＧａＡｓＮエミッタ層３４を１μｍ、ｎ型ＧｓＡｓコンタタト層３５を５０ｎｍ成長させる。素子分離の後、エミッタ部を残してコンタクト層３５およびエミッタ層３４を除去し、べース層３３を露出させ、本発明の表面保護膜３９を堆積させる。プラズマＣＶＤ装置内で試料温度を３００℃にして表面を水素プラズマで処理した後、窒素とメタンのプラズマと三塩化ホウ素を用いて第一窒化ホウ素炭素膜３９−１を１００ｎｍ堆積させる。この際、プラズマ中にイオウ元素を供給して堆積を行った。引き続いてその上にメタン濃度を増加させて第二窒化ホウ素炭素膜３９−１を３００ｎｍ堆積させる。この時にはイオウ原子の供給を停止した。フォトリソグラフィーによりエミッタ電極３６部の表面保護膜３９をエッチングし、エミッタ電極３６を形成する。同様にフォトリソグラフィーによりべース電極３７部の表面保護膜３９をエッチングし、べース電極３７を形成する。最後に基抜３１表面にコレクタ電極３８を形成して完成する。
【００２３】
このようにしてＨＢＴを作製することにより、べース層３３の表面保護として酸化珪素膜や窒化珪素膜のみを用いたものに比べエミッタ接地電流増幅率が５０％以上増加した。
【００２４】
本実施例においては表面保護膜として第一、第二窒化ホウ素炭素膜を用いたが、本発明の第一窒化ホウ素炭素膜であるイオウ添加窒化ホウ素炭素膜の上に形成する膜として窒化珪素膜や、酸化珪素膜を用いることができる。また、本実施例で用いたＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層構造を有するＨＢＴに制限されることなく、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されるＨＢＴに対しても同様に用いられる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は半導体表面に低誘電率を有するイオウ添加窒化ホウ素炭素膜を作製することにより表面欠陥密度の低減を図る方法を提供するものであり、ＦＥＴやＨＥＴをはじめとする半導体素子の作製に応用でき、高周波電子素子の高性能化に効果的である。
【００２６】
また、本発明の技術を用いて作製された半導体素子は高性能情報処理装置や通信システム装置等のキーデバイスとして提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】容量−電圧特性
【図２】本発明の実施例１による半導体装置を示す断面図
【図３】本発明の実施例２による半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
２１・・半絶縁性ＧａＡｓ基板
２２・・ｎ−型ＧａＡｓ活性層
２３・・ソース電極
２４・・ドレイン電極
２５・・ゲート電極
２６・・表面保護膜
２６−１・・第一窒化ホウ素炭素膜
２６−２・・第二窒化ホウ素炭素膜
３１・・ｎ−ＧａＡｓ基板
３２・・ｎ型ＧａＡｓコレクタ層
３３・・ｐ型ＧａＡｓべース層
３４・・ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層
３５・・ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
３６・・エミッタ電極
３７・・ベース電極
３８・・コレクタ電極
３９・・表面保護膜
３９−０・・半導体
３９−１・・第一窒化ホウ素炭素膜
３９−２・・第二窒化ホウ素炭素膜
【図１】
2004260118.tif 000003
【図２】
2004260118.tif 000004
【図３】
2004260118.tif 000005