DE4438398C2 - Wärmebehandlungsverfahren für Verbindungshalbleiter und Verwendung eines Suszeptors in der Wärmebehandlung - Google Patents

Wärmebehandlungsverfahren für Verbindungshalbleiter und Verwendung eines Suszeptors in der Wärmebehandlung

Info

Publication number
DE4438398C2
DE4438398C2 DE4438398A DE4438398A DE4438398C2 DE 4438398 C2 DE4438398 C2 DE 4438398C2 DE 4438398 A DE4438398 A DE 4438398A DE 4438398 A DE4438398 A DE 4438398A DE 4438398 C2 DE4438398 C2 DE 4438398C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
susceptor
heat treatment
gallium arsenide
aluminum nitride
compound semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE4438398A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4438398A1 (de
Inventor
Shigeki Yamaga
Chikao Kimura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Publication of DE4438398A1 publication Critical patent/DE4438398A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4438398C2 publication Critical patent/DE4438398C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H01L21/3245—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering of AIIIBV compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/113—Nitrides of boron or aluminum or gallium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Verbindungshalbleitersubstraten, dünnen, epitaxialen Verbindungshalbleiterfilmen und insbesondere ein Verfahren zur Wärmebehandlung unter Verwendung einer Infrarotlampe.
Wenn Fremdatome, die in das Substrat eines III-IV-Verbindungshalbleiters, wie zum Beispiel Galliumarsenid, durch Ionenimplantation oder ähnliches eingebracht sind, als Ladungsträger verwendet werden sollen, ist eine als "Aktivierung" bezeichnete Wärmebehandlung erforderlich, um Kristallfehlstellen wiederherzustellen, die durch die Ionenimplantation aufgetreten sind, und die die so eingebrachten Fremdatome, zu den gewünschten Gitterplätzen bewegt. Im allgemeinen ist die Temperatur dieser Wärmebe­ handlung höher als die Verdampfungstemperatur von Arsen, einem Element, welches das Galliumarsenidsubstrat beinhaltet. Demzufolge verdampfen aufgrund der Wärmebehandlung Arsenmoleküle von der Oberfläche des Halbleitersubstrates, wobei sich Arsenfehlstellen darin bilden. Diese Arsenfehlstellen werfen das Problem auf, daß die Aktivierungsrate abnimmt und die Oberfläche des Halbleitersubstrates uneben wird. Zusätzlich verursacht das auf der Oberfläche des Substrates verbleibende Gallium das Problem der Schwankungen von Eigenschaften der elektronischen Bauteile. Es wurden Versuche vorgeschlagen, ein solches Verdampfen von Arsenmolekülen zu verhindern. Solche Versuche umfassen ein Haubenglühverfahren, ein Glühverfahren unter Kontrolle der Umgebungsatmosphäre und ein Verfahren, bei dem die Oberfläche eines Substrates mit einem Suszeptor in Kontakt gebracht wird.
In der JP-01-84718 A wird ein Verfahren beschrieben, wobei ein Halbleitersubstrat, um es schnell abzukühlen, in den ausgebuchteten Teil eines Halters gehalten wird. Als Material für den Halter werden Quarz, AlN, Al2O3 und PBN beschrieben. In der JP-04- 360524 A wird ein Verbindungshalbleitersubstrat in einem Wärmebehandlungsofen dergestalt behandelt, daß es an einer Tafel befestigt ist und diese Tafel aus einem Material gebildet ist, dessen thermische Leitfähigkeit größer ist als diejenige von Silicium oder Quarzglas.
Der geeigneteste und effektivste dieser Versuche ist das Verfahren, das die Schritte umfaßt: Anordnen eines Suszeptors, so daß er mit einer Oberfläche des Verbindungshalbleitersubstrates, in die Ionen implantiert ist, in Kontakt steht, und Wärmebehandeln des Substrates. Insbesondere, wenn ein Galliumarsenidsubstrat durch das Lampenglühverfahren unter Verwendung einer Infrarotlampe als Wärmequelle wärmebehandelt wird, ist ein solcher Suszeptor unentbehrlich, da das Galliumarsenidsubstrat kaum Infrarotstrahlen absorbiert, und stattdessen der Suszeptor die Infrarotstrahlen absorbiert, um das Substrat durch Wärmeleitung zu erhitzen. Es ist höchst vorteilhaft, diesen Suszeptor zu verwenden, um das Verdampfen von Arsen zu verhindern.
Das Lampenglühverfahren ist ein Verfahren, um ein Objekt in kurzer Zeit sehr schnell zu erhitzen und zu kühlen und somit sollte ein Suszeptor, der bei dem Lampenglühverfahren verwendet wird, folgende Eigenschaften aufweisen:
  • 1. physikalische und chemische Stabilität bei erhöhten Temperaturen von 1000°C oder höher;
  • 2. Verarbeitbarkeit, mit der im höchsten Maße planare, mit erhitztem Material in Kontakt zu bringende Oberflächen erhalten werden,
  • 3. geringe Wärmekapazität und hohe Wärmeleitfähigkeit;
  • 4. effektive Absorption von Infrarotstrahlen einer Wärmequelle; und
  • 5. Nichtabsorbieren von Elementen, die von dem erhitzten Material verdampfen.
Bei dem herkömmlichen Lampenglühverfahren wurde ein einkristallines Siliciumsubstrat oder ein poröses Kohlenstoffsubstrat als Suszeptor verwendet. Das einkristalline Siliciumsubstrat ist aufgrund seiner chemischen Stabilität bei erhöhten Temperaturen von wenigstens 1000°C oder höher vorteilhaft und kann so verarbeitet werden, daß eine hohe Planheit erhalten wird.
Wenn das einkristalline Siliciumsubstrat jedoch sehr schnell erhitzt und gekühlt wird, kann die Hitze zu Deformationen, wie z. B. Wölbungen, oder Oberflächendefekten, wie z. B. Feingleitung, führen. Dadurch erfolgt bei jeder Wärmebehandlung ein unterschiedlicher Kontakt zwischen dem Galliumarsenidsubstrat und dem Suszeptor, der das einkristalline Siliciumsubstrat umfaßt. Dieses führt zu unzureichender Gleichmäßigkeit der Fläche des Galliumarsenidsubstrates und einer nicht zufriedenstellenden Reproduzierbarkeit der Probestücke der Galliumarsenidsubstrate. Da das Silicium eine Absorptionsbande aufweist, die mit dem Wellenlängenbereich des Lichtstrahls einer als Wärmequelle dienenden Infrarotlampe nur wenig überlappt, ist außerdem die Wärmeausnutzung des einkristallinen Siliciumsubstrates gering, und somit ist das einkristalline Siliciumsubstrat für sehr schnelles Erwärmen und Kühlen ungeeignet. Zudem beträgt die Feststofflöslichkeit von Arsen in Silicium 1 × 1021/cm3, und wenn Bedingungen oberhalb dieses Wertes vorliegen, wird eine Arsenverbindung gebildet. Daher tritt das Problem auf, daß der Suszeptor aus einkristallinem Silicium selbst das von der Oberfläche des Galliumarsenid-Substrates verdampfte Arsen absorbiert.
Andererseits ist das Kohlenstoffsubstrat dahingehend ausgezeichnet, daß es Infrarotstrahlen im Wellenlängenbereich eines Lichtstrahles der Infrarotlampe absorbiert, beinhaltet aber insofern einen Nachteil, als daß das Kohlenstoffsubstrat für sehr schnelles Erwärmen und Kühlen innerhalb einer kurzen Zeit nicht geeignet ist, da es eine hohe Wärmekapazität hat. Zusätzlich ist das Kohlenstoffsubstrat porös und kann somit das von dem Galliumarsenid-Substrat verdampfte Arsen absorbieren.
Wie oben beschrieben, kann das bislang als Suszeptor für das Lampenglühverfahren verwendete einkristalline Siliciumsubstrat oder das poröse Kohlenstoffsubstrat nicht als optimales Material für den Suszeptor angesehen werden. Zudem sind keine anderen optimalen Materialien für Suszeptoren zur Verfügung gestellt worden.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Problem zu lösen, daß kein optimales Material als Suszeptor für das herkömmliche Wärmebehandlungsverfahren für einen Verbindungshalbleiter, wie z. B. Galliumarsenid, zur Verfügung gestellt worden ist, und ein ausgezeichnetes Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung eines optimalen Materials als Suszeptor zur Verfügung zu stellen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Verbindungshalbleiters zur Verfügung gestellt, worin das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
  • a) Anordnen eines Suszeptors auf der Oberfläche des Verbindungshalbleiters, so daß sie einander gegenüberliegend angeordnet sind,
  • b) Wärmebehandeln dieses Verbindungshalbleiters, worin der Suszeptor gesintertes Aluminiumnitrid umfasst, das ein Bindemittel enthält, das Infrarotstrahlen absorbiert.
Der Verbindungshalbleiter kann wenigstens eine Verbindung enthalten, die aus der aus Galliumarsenid, Aluminium-Galliumarsenid, Indium-Galliumarsenid und Aluminum-Indium-Galliumarsenid bestehenden Gruppe gewählt wird.
Der Verbindungshalbleiter kann eine Verbindung umfassen, bei der das Arsen teilweise oder vollständig durch Phosphor und/oder Stickstoff ersetzt ist.
Das gesinterte Aluminiumnitrid kann wenigstens eine weitere Verbindung enthalten, die aus der aus Galliumnitrid, Aluminium- Galliumnitrid und Bornitrid bestehenden Gruppe gewählt wird.
Zur Wärmebehandlung ist ein Lampenglühverfahren bevorzugt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist ein Schnittbild, um ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, um das Ergebnis eines Beispiels der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren darzustellen;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, um das Ergebnis eines Beispiels der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren darzustellen; und
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, um das Ergebnis eines Beispiels der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren darzustellen.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
In Übereinstimmung mit einem Beispiel für ein Wärmebehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 ein Zustand gezeigt, bei dem die Oberfläche eines Verbindungshalbleitersubstrates einem Suszeptor gegenüberliegt.
In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 1 ein Galliumarsenidsubstrat, die Ziffer 2 einen Bereich mit implantierten Fremdatomen, der durch Ionenimplantation von Fremdatomen in die Oberfläche des Galliumarsenidsubstrates 1 erzeugt wurde, und die Ziffer 3 bezeichnet einen Suszeptor. Der Bereich 2 mit in die Oberfläche des Galliumarsenidsubstrates 1 implantierten Fremdatomen liegt parallel gegenüber dem Suszeptor 3, entweder in engem Kontakt zueinander oder mit einem winzigen Spalt dazwischen. Anschließend wird das Substrat 1 unter Verwendung einer Infrarotlampe (nicht abgebildet) als Wärmequelle durch ein Lampenglühverfahren wärmebehandelt. Die Oberfläche des Suszeptors 3 wurde eingeebnet, so daß der mit Fremdatomen implantierte Bereich 2 des Galliumarsenids 1 parallel gegenüber dem Suszeptor 3 liegen kann, entweder in engem Kontakt oder mit einem winzigen Spalt dazwischen.
Aufgrund der Wärmebehandlung verdampft das Arsen des Galliumarsenidsubstrates 1 von der Oberfläche des Substrates 1. Um zu verhindern, daß der Suszeptor 3 dieses verdampfte Arsen absorbiert, umfaßt der Suszeptor 3 gesintertes Aluminiumnitrid. Der Grund hierfür besteht darin, daß es erforderlich ist, daß die Verbindung, die den Suszeptor 3 bildet, solche Elemente umfaßt, die keine Verdrängungsreaktion mit Arsenatomen eingehen. Das heißt, daß es für den Aufbau der vorliegenden Erfindung unumgänglich ist, daß der Suszeptor 3 eine Verbindung umfaßt, deren Bindungsenergie größer ist, als die zwischen Gallium und Arsen. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, um allgemein zu sprechen, daß die Bindungsenergie der Verbindung um so höher ist, je höher der Schmelzpunkt der Verbindung ist. Aus diesem Grund umfaßt der Suszeptor eine Verbindung, deren Schmelzpunkt höher ist, als der Schmelzpunkt der anderen Verbindung, die durch Reaktion mit Arsen erhalten wird. Umfaßt der Suszeptor z. B. Galliumantimonid, dessen Schmelzpunkt 700°C beträgt, wohingegen der Schmelzpunkt von Galliumarsenid 1240°C beträgt, ersetzt Arsen kontinuierlich das Antimon, wodurch an der Oberfläche des Suszeptors 3 Galliumarsenid erzeugt wird. Somit kann ein Verdampfen von Arsen aus dem erhitzten Galliumarsenid­ substrat nicht verhindert werden. Zusätzlich ist es erforderlich, als suszeptorbildendes Material, ein Material zu wählen, das nicht an sich Arsen absorbiert. Einkristallines Silicium ergibt z. B. keine Verdrängungsreaktion mit Arsen, absorbiert Arsen jedoch aufgrund der hohen Festkörperlöslichkeit. Ein solches Material muß ausgeschlossen werden. Selbstverständlich muß ein Material, das in dem Suszeptor verwendet wird, ebenfalls die zuvor genannten günstigen Eigenschaften auf weisen. Beispiele für Verbin­ dungen, die solche Eigenschaften aufweisen, sind neben Aluminiumnitrid auch Galliumnitrid, Aluminium-Galliumnitrid, Bornitrid und deren Mischungen.
Der Suszeptor besteht aus einem gesinterten Material, da gesinterte Materialien im allgemeinen weniger durch Hitze deformierbar sind, da ihre Körnung die thermische Beanspruchung relaxiert. Da gesinterte Materialien, die die oben genannten Verbindungen umfassen, zudem polykristallin sind, wird Licht durch die körnige Struktur der gesinterten Materialien gestreut. Somit haben diese gesinterten Materialien ein geringes Reflexionsvermögen. Außerdem enthält das gesinterte Material des Suszeptors ein Bindemittel, das Infrarotstrahlen absorbiert und somit eine ausgezeichnete Wärmeausnutzung erbringt. Das Material, das solche ausgezeichneten Eigenschaften wie geringe Deformierbarkeit und gute Wärmeausnutzung aufweist, ergibt einen ausgezeichneten Suszeptor, wobei ein beständiger Kontakt zwischen dem erhitzten Material und dem Suszeptor gewährleistet ist. Durch Verwendung eines Suszeptors, der gesintertes Aluminiumnitrid mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 2200°C umfaßt, wird ein ausgezeichnetes Heizverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt.
Es ist bevorzugt, das der Verbindungshalbleiter, der einer Wärmebehandlung unterzogen wird, eine Verbindung eines Elementes der Gruppe III und Arsen umfaßt, wie z. B. Galliumarsenid, Aluminium-Galliumarsenid, Indium-Galliumarsenid, Aluminium- Indium-Galliumarsenid oder eine Substitutionsverbindung, in der das Arsen zum Teil oder vollständig durch Phosphor ersetzt ist.
Nachfolgend wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung detaillierter beschreiben.
Tabelle 1
Tabelle 1 zeigt die Eigenschafen eines einkristallinen Siliciums, der in einem herkömmlichen Suszeptor verwendet wird, sowie die Eigenschaften von gesintertem Aluminiumnitridmaterial. Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, hat das gesinterte Aluminiumnitridmaterial im Vergleich mit dem einkristallinen Silicium eine geringe spezifische Wärme und eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Dieses weist darauf hin, daß das gesinterte Aluminiumnitridmaterial in kurzer Zeit sehr schnell erhitzt und gekühlt werden kann und somit ein ausgezeichnetes Material für einen Suszeptor darstellt. Die Stabilität des gesinterten Aluminiumnitridmaterials bei erhöhten Temperaturen ist aufgrund seines hohen Schmelzpunktes hoch. Da weiter der Wärmeausdehnungkoeffizient des gesinterten Aluminiumnitridmaterials annähernd dem des Galliumarsenids (5,7 × 10-6 /°C) entspricht, kann zusätzlich die Beanspruchung des zu erwärmenden Materials durch das Aluminiumnitridmaterial vorteilhaft minimiert werden, insbesondere dann, wenn das zu erwärmende Material ein Galliumarsenidsubstrat ist. Somit ist das gesinterte Aluminiumnitridmaterial bei erhöhten Temperaturen oberhalb von 1000°C physikalisch und chemisch stabil und weist eine ausgezeichnete Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit auf.
Zusätzlich kann das gesinterte Aluminiumnitridmaterial zu einem Suszeptor mit einem Durchmesser von 100 mm, einer Dicke von 500 µm und einer Planheit (oder Gleichmäßigkeit) der Oberfläche von weniger als 0,03 µm geformt werden, um zum Beispiel bei der Wärmebehandlung eines Galliumarsenid-Substrates mit einem Durchmesser von 76,2 mm (3 in.) verwendet zu werden. Somit kann das gesinterte Aluminiumnitridmaterial unter Verwendung eines normalen Läppöls geläppt werden.
Fig. 2 zeigt einen Vergleich zwischen dem Absorptionskoeffizienten des gesinterten Aluminiumnitridmaterials und dem einkristallinen Silicium in dem Wellenlängenbereich der Strahlung einer Infrarotlampe, die bei dem Lampenglühverfahren verwendet wird. Das Intensitätsspektrum der Strahlung der Infrarotlampe ist ebenfalls abgebildet. In Fig. 2 zeigt Kurve A den Absorptionskoeffizienten des gesinterten Aluminiumnitridmaterials, Kurve B den Absorptionskoeffizienten des einkristallinen Siliciums und Kurve C die Strahlungsintensität der Infrarotlampe, wobei die Strahlungsintensität der Infrarotlampe durch einen relativen Wert mit 10 der maximalen Intensität bei 1 angegeben ist. Aus dem Vergleich ist ersichtlich, daß das einkristalline Silicium die Strahlung im Wellenlängenbereich der Strahlung der Lampe nur schwach absorbiert, während das gesinterte Aluminiumnitridmaterial in diesem Bereich ein hohes Absorptionsvermögen auf weist. Da das gesinterte Aluminiumnitridmaterial, wie oben beschrieben, nur eine geringe spezifische Wärme aufweist, wird erwartet, daß ein Suszeptor aus gesintertem Aluminiumnitridmaterial Infrarotstrahlen effektiv absorbiert und in kurzer Zeit extrem schnell erhitzt werden kann.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des Vergleichs der Tiefenprofile der Ladungsträgerkonzentration der Galliumarsenidsubstrate, in die unter gleichen Bedingungen Ionen implantiert wurden, die jedoch unter Verwendung von gesintertem Aluminiumnitridmaterial bzw. eines einkristallinen Siliciums als Suszeptor wärmebehandelt wurden. In Fig. 3 wurde das Profil A für das gesinterte Aluminiumnitridmaterial als Suszeptor erhalten und das Profil B für das einkristalline Silicium als Suszeptor. Bei der hier angewendeten Ionenimplantation der Fremdatome wurden Siliciumionen mit einer Implantierungsenergie von 70 keV und einer Implantierungsdosis (oder Ionendosis) von 7 × 1012 cm-2 in das undotierte Galliumarsenidsubstrat implantiert. Anschließend wurden Magnesiumionen mit einer Implantierungsenergie von 170 keV und einer Implantierungsdosis von 5 × 1011 cm-2 in das selbe Substrat implantiert. Danach wurden die Substrate einer Wärmebehandlung bei 950°C über einen Zeitraum von 7 Sekunden unter Verwendung des Lampenglühverfahrens unterzogen, und anschließend wurden die Konzentrationsprofile der Ladungsträger der Substrate gemessen.
Wie in Fig. 3 abgebildet, war die Maximalkonzentration der Ladungsträger des wärmebehandelten Substrates bei Verwendung von gesintertem Aluminiumnitridmaterial als Suszeptor höher als bei dem wärmebehandelten Substrat bei Verwendung eines einkristallinen Siliciums als Suszeptor. Dieses weist darauf hin, daß die Verwendung von gesintertem Aluminiumnitridmaterial eine höhere Aktivierungsrate gewährleistet. Zusätzlich ist das Konzentrationsprofil der Ladungsträger im Falle des gesinterten Aluminiumnitridmaterials steil, was darauf hinweist, daß das Glühen im Hinblick auf die Aktivierung zufriedenstellend durchgeführt worden war. Dieses ist denkbar, da das einkristalline Silicium weniger schnell aufzuheizen war als das gesinterte Aluminiumnitridmaterial und die Absorption des Arsens bewirkte. Im Detail wird angenommen, daß sich Arsenfehlstellen in der Oberfläche des Galliumarsenidsubstrates während der Wärmebehandlung entwickelten und der implantierte Siliciumdonor durch die Arsenfehlstellen eingefangen wurde, um die Aktivierungsrate davon herabzusetzen, wodurch die Steilheit des Profils verringert wurde. Aus diesen Ergebnissen wird geschlossen, daß das gesinterte Aluminumnitrid ein ausgezeichnetes Material für einen Suszeptor darstellt.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung zum Vergleichen der Unterschiede der Scheibenwiderstände von neun Proben, von denen jede wärmebehandelt war. Hierbei war der Suszeptor sowohl das gesinterte Aluminiumnitridmaterial als auch das einkristalline Silicium. In Fig. 4 wurde die Kurve A für den Fall des gesinterten Aluminiumnitridmaterials als Suszeptor erhalten und die Kurve B für den Fall des einkristallinen Siliciums als Suszeptor. Bei dem hier angewendeten Verfahren zur Ionenimplantation von Fremdatomen, wurden die Siliciumionen mit einer Implantationsenergie von 120 keV und einer Dotierungsstoffdosis von 1,1 × 1013 cm-2 in die undotierten Galliumarsenidsubstrate implantiert. Anschließend wurden Magnesiumionen mit einer Implantationsenergie von 170 keV und einer Dotierungsstoffdosis von 5 × 1011 cm-2 in die Substrate implantiert. Danach wurden die Substrate einer Wärmebehandlung bei 950°C über einen Zeitraum von 7 Sekunden unter Verwendung des Lampenglühverfahrens unterzogen und anschließend bezüglich ihrer Scheibenwiderstände vermessen. Es wird darauf hingewiesen, daß Fig. 4 die Ergebnisse der Messungen von neun Proben des Galliumsubstrates für jeden Fall wiedergibt.
Wie aus Fig. 4 entnommen werden kann, zeigten die wärmebehandelten Substrate, bei denen gesintertes Aluminiumnitridmaterial als Suszeptor verwendet wurde, absolute Werte für die Scheibenwiderstände, die niedriger waren und geringere Abweichungen hatten, als die Werte für die Scheibenwiderstände der wärmebehandelten Substrate, bei denen ein einkristallines Silicium als Suszeptor verwendet wurde. Die Abweichungen der Scheibenwiderstände lagen im Bereich von ±5% bei Verwendung von gesintertem Aluminiumnitridmaterial als Suszeptor. Es ist bekannt, daß sich ein einkristallines Silicium bei hohen Temperaturen wesentlich verformt. Aus diesem Grund ist es denkbar, daß die beträchtliche Abweichung der Scheibenwiderstände bei den wärmebehandelten Substraten, bei denen einkristallines Silicium als Suszeptor verwendet wurde, aufgrund von Abweichungen im Abstand zwischen dem Galliumarsenidsubstrat und dem Suszeptor aus einkristallinem Silicium auftrat. Diese Ergebnisse zeigen, daß das gesinterte Aluminiumnitridmaterial auch unter dem Gesichtspunkt der Reproduzierbarkeit ein ausgezeichnetes Material für einen Suszeptor darstellt.
Wie oben beschrieben, erfüllt das gesinterte Aluminiumnitridmaterial alle zuvor erwähnten Anforderungen und ist somit ein ausgezeichnetes Material für den Suszeptor. Das gesinterte Aluminiumnitridmaterial wird hergestellt, indem Aluminiumnitridpulver als Ausgangsmaterial und ein Bindemittel vermischt werden und die Mischung gesintert wird. Das gesinterte Material, das unter Verwendung von vollständig nitridiertem Aluminumnitrid als Ausgangsmaterial unter Sinterbedingungen gebildet wird, die die Nitridierungsrate nicht herabsetzen, zeigt die zuvor erwähnten, gewünschten Eigenschaften. Um die Nitridierungsrate beizubehalten, ist es erforderlich, die Menge an Bindemittel und an Sauerstoff, der in der bei dem Sintervorgang verwendeten Atmosphäre enthalten ist, einzustellen.
In der vorangegangenen Beschreibung wurde das gesinterte Aluminiumnitridmaterial als Suszeptor insbesondere bei Verwendung in dem auf sehr schnelles Aufheizen und Kühlen ausgelegten Lampenglühverfahren beispielhaft herangezogen. Die Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf das Lampenglühverfahren beschränkt. Beispielsweise braucht ein Suszeptor bei dem Ofenglühverfahren, das auf Wärmebehandlung über einen relativ langen Zeitraum ausgelegt ist, den zuvor erwähnten Anforderungen nicht völlig zu entsprechen. Ein bei einer Wärmebehandlung über einen relativ langen Zeitraum verwendeter Suszeptor erfordert, daß er eine Verbindung umfaßt, die keine Verdrängungsreaktion mit einem Element verursacht, das von dem Verbindungshalbleiter bei der Temperatur der Wärmebehandlung verdampft, und durch hohe Temperaturen weniger deformierbar ist. Ein Wärmebehandlungsverfahren, das einen solchen Suszeptor verwendet, zeigt Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Verfahren. Demzufolge ist die optionale Auswahl des als Suszeptor zu verwendenden Materials, entweder eine einzelne Verbindung, eine Mischung einzelner Verbindungen oder gesintertes Material derselben oder das Verhältnis, mit dem das Ausgangsmaterial mit einem Bindemittel zur Bildung des gewünschten, gesinterten Materials vermischt werden soll, eine Angelegenheit, die von der Temperatur oder der Dauer der Wärmebehandlung abhängt.
Wie beschrieben, kann das Wärmebehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Suszeptor verwendet wird, der gesintertes Aluminiumnitrid umfaßt, ohne eine Verdrängungsreaktion mit einem während der Wärmebehandlung aus einem Gegenstand verdampften Element einzugehen, eine hohe Aktivierungsrate und eine verläßliche Reproduzierbarkeit in Bezug auf die Glühaktivierung eines Verbindungshalbleitersubstrates ergeben, in das Fremdatome implantiert wurden. Bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen, wie z. B. FETs oder ICs unter Verwendung von Verbindungshalbleitersubstraten, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelt wurden, können beträchtliche Verbesserungen der Wirkungsweise und Leistung der Bauteile erwartet werden.
Während nur bestimmte vorliegend bevorzugte Ausführungsformen detailliert beschrieben worden sind, ist es für die Fachleute ersichtlich, daß bestimmte Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne den Sinn und den Anwendungsbereich der durch die folgenden Ansprüche definierten Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Verbindungshalbleiters, das folgende Schritte umfaßt:
  • a) Anordnen eines Suszeptors auf der Oberfläche des Verbindungshalbleiters, so daß sie einander gegenüberliegend angeordnet sind,
  • b) Wärmebehandeln dieses Verbindungshalbleiters, worin der Suszeptor gesintertes Aluminiumnitrid umfaßt, das ein Bindemittel enthält, das Infrarotstrahlen absorbiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Verbindungshalbleiter wenigstens eine Verbindung enthält, die aus der aus Galliumarsenid, Aluminium-Galliumarsenid, Indium-Galliumarsenid und Aluminium-Indium-Galliumarsenid bestehenden Gruppe gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Verbindungshalbleiter eine Verbindung umfaßt, in der das Arsen zum Teil oder vollständig durch Phosphor und/oder Stickstoff ersetzt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das gesinterte Aluminiumnitrid wenigstens eine weitere Verbindung enthält, die aus der aus Galliumnitrid, Aluminium- Galliumnitrid und Bornitrid bestehenden Gruppe gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Wärmebehandlung eine Lampenglühwärmebehandlung ist.
6. Verwendung eines Suszeptors in der Wärmebehandlung eines Verbindungshalbleiters, dadurch gekennzeichnet, das der Suszeptor gesintertes Aluminiumnitrid umfaßt, das ein Bindemittel enthält, das Infrarotstrahlen absorbiert.
DE4438398A 1993-10-28 1994-10-27 Wärmebehandlungsverfahren für Verbindungshalbleiter und Verwendung eines Suszeptors in der Wärmebehandlung Expired - Lifetime DE4438398C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29149093A JP2875726B2 (ja) 1993-10-28 1993-10-28 化合物半導体の熱処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4438398A1 DE4438398A1 (de) 1995-05-04
DE4438398C2 true DE4438398C2 (de) 2001-03-01

Family

ID=17769548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4438398A Expired - Lifetime DE4438398C2 (de) 1993-10-28 1994-10-27 Wärmebehandlungsverfahren für Verbindungshalbleiter und Verwendung eines Suszeptors in der Wärmebehandlung

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5494861A (de)
JP (1) JP2875726B2 (de)
DE (1) DE4438398C2 (de)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7638346B2 (en) 2001-12-24 2009-12-29 Crystal Is, Inc. Nitride semiconductor heterostructures and related methods
US8545629B2 (en) 2001-12-24 2013-10-01 Crystal Is, Inc. Method and apparatus for producing large, single-crystals of aluminum nitride
US20060005763A1 (en) * 2001-12-24 2006-01-12 Crystal Is, Inc. Method and apparatus for producing large, single-crystals of aluminum nitride
US7709728B2 (en) * 2004-11-29 2010-05-04 The Regents Of The University Of California Multiband semiconductor compositions for photovoltaic devices
US8349077B2 (en) 2005-11-28 2013-01-08 Crystal Is, Inc. Large aluminum nitride crystals with reduced defects and methods of making them
EP1954857B1 (de) * 2005-12-02 2018-09-26 Crystal Is, Inc. Dotierte aluminiumnitridkristalle und herstellungsverfahren dafür
US9034103B2 (en) * 2006-03-30 2015-05-19 Crystal Is, Inc. Aluminum nitride bulk crystals having high transparency to ultraviolet light and methods of forming them
CN101454487B (zh) * 2006-03-30 2013-01-23 晶体公司 氮化铝块状晶体的可控掺杂方法
CN107059116B (zh) 2007-01-17 2019-12-31 晶体公司 引晶的氮化铝晶体生长中的缺陷减少
US9771666B2 (en) 2007-01-17 2017-09-26 Crystal Is, Inc. Defect reduction in seeded aluminum nitride crystal growth
US8080833B2 (en) * 2007-01-26 2011-12-20 Crystal Is, Inc. Thick pseudomorphic nitride epitaxial layers
CN101652832B (zh) * 2007-01-26 2011-06-22 晶体公司 厚的赝晶氮化物外延层
US8088220B2 (en) * 2007-05-24 2012-01-03 Crystal Is, Inc. Deep-eutectic melt growth of nitride crystals
US7977224B2 (en) * 2008-12-03 2011-07-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method using multiple layer annealing cap for fabricating group III-nitride semiconductor device structures and devices formed thereby
US20100314551A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 Bettles Timothy J In-line Fluid Treatment by UV Radiation
CN103038400B (zh) 2010-06-30 2016-06-22 晶体公司 使用热梯度控制的大块氮化铝单晶的生长
US8962359B2 (en) 2011-07-19 2015-02-24 Crystal Is, Inc. Photon extraction from nitride ultraviolet light-emitting devices
US20150280057A1 (en) 2013-03-15 2015-10-01 James R. Grandusky Methods of forming planar contacts to pseudomorphic electronic and optoelectronic devices

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6259594A (ja) * 1985-09-11 1987-03-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 結晶の引上げ方法
US4879259A (en) * 1987-09-28 1989-11-07 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junion University Rapid thermal annealing of gallium arsenide with trimethyl arsenic overpressure
US4830983A (en) * 1987-11-05 1989-05-16 Xerox Corporation Method of enhanced introduction of impurity species into a semiconductor structure from a deposited source and application thereof
US5091044A (en) * 1988-07-21 1992-02-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Methods of substrate heating for vapor phase epitaxial growth
US5202283A (en) * 1991-02-19 1993-04-13 Rockwell International Corporation Technique for doping MOCVD grown crystalline materials using free radical transport of the dopant species
US5306895A (en) * 1991-03-26 1994-04-26 Ngk Insulators, Ltd. Corrosion-resistant member for chemical apparatus using halogen series corrosive gas
US5356476A (en) * 1992-06-15 1994-10-18 Materials Research Corporation Semiconductor wafer processing method and apparatus with heat and gas flow control
JPH06302532A (ja) * 1993-04-13 1994-10-28 Japan Energy Corp 化合物半導体単結晶ウェハの熱処理方法及びそれに用いるウェハ支持具

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Patents Abstracts of Japan JP 01-84718 A *
Patents Abstracts of Japan und Datenbank HCA PLUS auf STN. American Chemical Society AN=1993: 264920. JP 04-360524 A *

Also Published As

Publication number Publication date
US5494861A (en) 1996-02-27
JP2875726B2 (ja) 1999-03-31
JPH07122570A (ja) 1995-05-12
DE4438398A1 (de) 1995-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4438398C2 (de) Wärmebehandlungsverfahren für Verbindungshalbleiter und Verwendung eines Suszeptors in der Wärmebehandlung
EP0328048B1 (de) Herstellung von Halbleiterscheiben mit verbesserter Kontrolle der Innenstörstellen
DE69530678T2 (de) Aluminiumnitrid-sinterkörper und herstellungsverfahren dafür
DE102015224983B4 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zu deren Herstellung
DE1956055A1 (de) Halterungsvorrichtung aus Graphit zur Erzeugung isothermer Temperaturverteilungen auf mittels Hochfrequenzenergie erhitzten,epitaktischen Prozessen zu unterwerfenden Halbleiterplaettchen
EP0048288B1 (de) Verfahren zur Dotierung von Halbleiterbauelementen mittels Ionenimplantation
DE19544525A1 (de) Verfahren zur Wärmebehandlung eines Halbleiterkörpers
DE3330032A1 (de) Behandlungsverfahren zum herbeifuehren plastischen fliessens einer glasschicht auf einem halbleiterplaettchen
DE3150525A1 (de) Polykristalline zinksulfid- und zinkselenid-erzeugnisse mit verbesserter optischer qualitaet sowie verfahren zur herstellung derartiger artikel
DE60036359T2 (de) Verbesserter silizium werkstoff vom typ-n für epitaxie-substrat und verfahren zu seiner herstellung
DE69012731T2 (de) Oxydsupraleiter und verfahren zur herstellung.
WO1999017345A1 (de) Verfahren zum thermischen ausheilen von durch implantation dotierten siliziumcarbid-halbleitern
EP0005744B1 (de) Verfahren zum Aufwachsen von Epitaxieschichten auf selektiv hochdotierten Siliciumsubstraten
DE112018002163T5 (de) Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer
DE2161072C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus einer Halbleiterverbindung und Schiffchen zur Durchführung dieses Verfahrens
DE3827496A1 (de) Verfahren zur herstellung des substrats eines galliumarsenid-halbleiters
DE3540452C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichttransistors
WO1999044225A1 (de) Verfahren zur herstellung eines mikroelektronischen halbleiterbauelements
DE1914745B2 (de) Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements
DE1277199B (de) Verfahren zur Herstellung von Sinterkoerpern
DE2110961C3 (de) Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen eines ternären III-V-Mischkristalls
DE1105066B (de) Halbleiteranordnung mit einem wenigstens teilweise hochohmigen Kadmiumtelluridkoerper und Verfahren zu deren Herstellung
DE68902668T2 (de) Verfahren zur thermischen behandlung von galliumarsenid-einkristallen.
DE68915592T2 (de) Supraleitender Streifen mit internem Stressabsorber.
DE2244992B2 (de) Verfahren zum herstellen homogen dotierter zonen in halbleiterbauelementen

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
R071 Expiry of right