JP2516641B2 - 無機化合物単結晶基板のアニ―ル方法 - Google Patents
無機化合物単結晶基板のアニ―ル方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、周期律表第III b族及び第V b族元素からな
る無機化合物（以下「III−Ｖ化合物」という。）単結
晶基板のアニール方法に関する。
る無機化合物（以下「III−Ｖ化合物」という。）単結
晶基板のアニール方法に関する。
「従来の技術」 GaAs、Ga1-xInxAs（0.001≦ｘ≦0.01）、InP等のIII
−Ｖ族化合物は電子の易動度が大であるので高周波用電
界効果トランジスター、高速IC等の半導体装置の製造に
用いられる。
−Ｖ族化合物は電子の易動度が大であるので高周波用電
界効果トランジスター、高速IC等の半導体装置の製造に
用いられる。
これらの半導体装置は、III−Ｖ化合物の単結晶基板
に導電性不純物をイオン注入した後、アニールして製造
される。
に導電性不純物をイオン注入した後、アニールして製造
される。
基板にイオン注入を行うとイオン注入した部分の結晶
組織が損傷を受けるので、その結晶組織の復元及び注入
した不純物イオンの活性化を目的とするアニールの工程
は半導体装置の性能及び歩留りの向上を図る上で重要で
ある。
組織が損傷を受けるので、その結晶組織の復元及び注入
した不純物イオンの活性化を目的とするアニールの工程
は半導体装置の性能及び歩留りの向上を図る上で重要で
ある。
従来、イオン注入後のアニールは、ロック・ウール等
で断熱した通常の抵抗加熱炉を用いる方法、赤外線ラン
プ等の非干渉性の光源を用いて数秒間基板を照射して表
面を加熱する方法、いわゆるランプアニール法（特開昭
61−198625号公報）等が知られていた。
で断熱した通常の抵抗加熱炉を用いる方法、赤外線ラン
プ等の非干渉性の光源を用いて数秒間基板を照射して表
面を加熱する方法、いわゆるランプアニール法（特開昭
61−198625号公報）等が知られていた。
「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、従来アニールに際しては、加熱条件に
ついては配慮されていたが、その後の冷却の影響は知ら
れていなかったので、アニール後の基板のイオン注入し
ない部分の比抵抗が十分向上されず、ともすれば目標と
する1E7Ω・cm未満となりICの構成素子間の電気的な分
離が不十分となるという問題があった。
ついては配慮されていたが、その後の冷却の影響は知ら
れていなかったので、アニール後の基板のイオン注入し
ない部分の比抵抗が十分向上されず、ともすれば目標と
する1E7Ω・cm未満となりICの構成素子間の電気的な分
離が不十分となるという問題があった。
なお、本明細書において、「aEb」と表示した場合、
「ａ×10b」を表すものとする。
「ａ×10b」を表すものとする。
「問題点を解決するための手段」 本発明者等は、アニール後の基板を高比抵抗とするこ
とを目的として鋭意研究を重ねた結果、アニールに共す
る基板の比抵抗を特定範囲とし、かつアニール後の基板
の冷却速度を調節することにより上記の目的を達成でき
ることを見出だし本発明に到達したものである。
とを目的として鋭意研究を重ねた結果、アニールに共す
る基板の比抵抗を特定範囲とし、かつアニール後の基板
の冷却速度を調節することにより上記の目的を達成でき
ることを見出だし本発明に到達したものである。
本発明の上記の目的は、III−Ｖ化合物単結晶基板に
導電性イオンを注入した後、アニールする方法におい
て、イオン注入後の比抵抗1E3〜1E7Ω・cmの基板をち密
な物質の膜で被覆することなく第V b族元素を含む雰囲
気中で、約800℃〜約1000℃の温度に約２秒〜約15分間
保持した後、基板の温度が600℃以下になるまで、基板
の冷却速度を0.29℃／秒〜90℃／秒の範囲内に保持し、
アニール終了後の基板の比抵抗を1E7Ω・cm以上とする
方法によって達せられる。
導電性イオンを注入した後、アニールする方法におい
て、イオン注入後の比抵抗1E3〜1E7Ω・cmの基板をち密
な物質の膜で被覆することなく第V b族元素を含む雰囲
気中で、約800℃〜約1000℃の温度に約２秒〜約15分間
保持した後、基板の温度が600℃以下になるまで、基板
の冷却速度を0.29℃／秒〜90℃／秒の範囲内に保持し、
アニール終了後の基板の比抵抗を1E7Ω・cm以上とする
方法によって達せられる。
III−Ｖ化合物単結晶としては、GaAs、Ga1-xInxAs
（0.001≦ｘ≦0.01）、InP等の単結晶が用いられる。こ
れらの単結晶は、高純度のものが好ましく、特に、炭素
濃度が、1E15cm-3以下のものを用いると活性化率が均一
となり、また、ほう素濃度が、1E17cm-3以下のものを用
いると活性化率が向上するので好ましい。また、アニー
ル前の単結晶の比抵抗は、通常1E3〜1E7Ω・cmの範囲内
である。
（0.001≦ｘ≦0.01）、InP等の単結晶が用いられる。こ
れらの単結晶は、高純度のものが好ましく、特に、炭素
濃度が、1E15cm-3以下のものを用いると活性化率が均一
となり、また、ほう素濃度が、1E17cm-3以下のものを用
いると活性化率が向上するので好ましい。また、アニー
ル前の単結晶の比抵抗は、通常1E3〜1E7Ω・cmの範囲内
である。
これらの単結晶の製造方法としては、高純度の単結晶
が得やすい液体カプセル引上げ法（LEC法）が好まし
い。また、単結晶の導電型はｎ型が好ましい。これは、
アニール時の冷却速度を制御することによって、容易に
基板の比抵抗を1E7Ω・cm以上とすることができるから
である。
が得やすい液体カプセル引上げ法（LEC法）が好まし
い。また、単結晶の導電型はｎ型が好ましい。これは、
アニール時の冷却速度を制御することによって、容易に
基板の比抵抗を1E7Ω・cm以上とすることができるから
である。
単結晶基板としては、上記の単結晶から切出したもの
が用いられる。基板表面としては、通常は｛100｝面又
は｛100｝面から＜110＞方向へ１〜６゜傾いた面方位を
持つ面が用いられる。
が用いられる。基板表面としては、通常は｛100｝面又
は｛100｝面から＜110＞方向へ１〜６゜傾いた面方位を
持つ面が用いられる。
イオン注入は、通常の方法により行われる。すなわ
ち、イオン注入量は、1E11cm-2〜1E15cm-2の範囲が好ま
しく、5E11cm-2〜5E12cm-2の範囲であれば、より好まし
い。注入するイオンとしては、次のイオンが通常用いら
れる。すなわち、Si、Ｓ、Se、Te等のイオンがｎ型イオ
ンとして、また、Mg、Be、Zn、Cd等のイオンがｐ型イオ
ンとして注入される。
ち、イオン注入量は、1E11cm-2〜1E15cm-2の範囲が好ま
しく、5E11cm-2〜5E12cm-2の範囲であれば、より好まし
い。注入するイオンとしては、次のイオンが通常用いら
れる。すなわち、Si、Ｓ、Se、Te等のイオンがｎ型イオ
ンとして、また、Mg、Be、Zn、Cd等のイオンがｐ型イオ
ンとして注入される。
アニールは、イオン注入後の基板を約800℃〜約1000
℃の温度に約２秒〜約15分間保持した後、冷却すること
によって行う。温度が、約800℃未満であると、アニー
ルの効果が十分でなく、約1000℃を超えると第V b族元
素の蒸発が生じるので、ともに好ましくない。また、加
熱時間が、約２秒未満であると、アニールの効果が十分
でなく、また、約15分を超えると第V b族元素の蒸発、
注入イオンの熱拡散等が生じるので、ともに好ましくな
い。
℃の温度に約２秒〜約15分間保持した後、冷却すること
によって行う。温度が、約800℃未満であると、アニー
ルの効果が十分でなく、約1000℃を超えると第V b族元
素の蒸発が生じるので、ともに好ましくない。また、加
熱時間が、約２秒未満であると、アニールの効果が十分
でなく、また、約15分を超えると第V b族元素の蒸発、
注入イオンの熱拡散等が生じるので、ともに好ましくな
い。
冷却は、上記の条件で加熱した後、基板の温度が600
℃以下になるまで、基板を0.29℃／秒〜90℃／秒の冷却
速度で冷却する。冷却速度が、0.29℃／秒未満であると
アニールの効果が十分でなく、90℃／秒を超えると比抵
抗が低くなり好ましくない。上記の冷却速度は、少なく
とも基板の温度が600℃以下となるまで保持する。基板
の温度が600℃以下となるまでは、アニールが進行する
からである。
℃以下になるまで、基板を0.29℃／秒〜90℃／秒の冷却
速度で冷却する。冷却速度が、0.29℃／秒未満であると
アニールの効果が十分でなく、90℃／秒を超えると比抵
抗が低くなり好ましくない。上記の冷却速度は、少なく
とも基板の温度が600℃以下となるまで保持する。基板
の温度が600℃以下となるまでは、アニールが進行する
からである。
基板の温度が600℃未満となった後の冷却速度は、特
に限定されないが、上記の範囲に保持するのが好まし
い。
に限定されないが、上記の範囲に保持するのが好まし
い。
アニールに使用する加熱手段としては、熱容量の小さ
いものが好ましい。これは、基板の加熱後の冷却速度の
制御が容易に行なえるからである。このような加熱手段
としては、赤外線ランプ等非干渉性の光源、石英の炉芯
管に抵抗線を巻き、これを金めっきした石英管の内部に
配置して断熱した、いわゆる「ゴールド・ファーネス」
等がある。
いものが好ましい。これは、基板の加熱後の冷却速度の
制御が容易に行なえるからである。このような加熱手段
としては、赤外線ランプ等非干渉性の光源、石英の炉芯
管に抵抗線を巻き、これを金めっきした石英管の内部に
配置して断熱した、いわゆる「ゴールド・ファーネス」
等がある。
冷却速度の制御は、加熱手段、例えばゴールド・ファ
ーネス、赤外線ランプ等の加熱用電力を調節することに
よって行うことができる。
ーネス、赤外線ランプ等の加熱用電力を調節することに
よって行うことができる。
アニールは、第V b族元素が基板の表面から蒸発する
のを防止するために、第V b族元素を含む雰囲気中で行
うのがよい。
のを防止するために、第V b族元素を含む雰囲気中で行
うのがよい。
「発明の効果」 本発明には、次のような顕著な効果があるので、産業
上の利用価値は大である。
上の利用価値は大である。
（１） 本発明方法によりアニールを行うと、比較的低
比抵抗の基板を用いても、アニール後の比抵抗は、1E7
Ω・cm以上となる。
比抵抗の基板を用いても、アニール後の比抵抗は、1E7
Ω・cm以上となる。
（２） 従って、IC等の半導体装置における構成素子間
の電気的な分離が良好となるので半導体装置の歩留りも
向上する。
の電気的な分離が良好となるので半導体装置の歩留りも
向上する。
（３） さらに、イオン注入した部分のシート・キャリ
ア濃度が高くなり、従って、注入されたイオンの活性化
率も高くなる。
ア濃度が高くなり、従って、注入されたイオンの活性化
率も高くなる。
（４） アニールを第V b族元素を含む雰囲気中で行う
ことにより、基板をSiO2、SiNx、AIN等のち密な物質の
膜で被覆するという多大な労力を要する工程を省きつ
つ、第V b族元素が基板の表面から蒸発するのを防止す
ることができる。
ことにより、基板をSiO2、SiNx、AIN等のち密な物質の
膜で被覆するという多大な労力を要する工程を省きつ
つ、第V b族元素が基板の表面から蒸発するのを防止す
ることができる。
「実施例」 本発明を、実施例及び比較例に基づいて、さらに具体
的に説明する。
的に説明する。
なお、以下の実施例及び比較例において、「比抵抗」
は、Japanese J.Appl.Phys.、23、602〜605（1984）に
記載される三端子ガード法によって測定した。
は、Japanese J.Appl.Phys.、23、602〜605（1984）に
記載される三端子ガード法によって測定した。
「シート・キャリア濃度」及び「易動度」は、ファン
・デア・ポー法によって測定した。
・デア・ポー法によって測定した。
「活動化率」は、シート・キャリア濃度を不純物の注
入量で除した値を百分率で示した。
入量で除した値を百分率で示した。
なお、比抵抗、シート・キャリア濃度及び易動度は、
それぞれ平均値を第１表に記載した。
それぞれ平均値を第１表に記載した。
また、アニール前の比抵抗は、実施例で用いた基板を
切出した単結晶と同一の単結晶の当該基板を切出した位
置に隣接した位置から切出した基板について測定した値
を表示した。
切出した単結晶と同一の単結晶の当該基板を切出した位
置に隣接した位置から切出した基板について測定した値
を表示した。
実施例１ 基板として、液体カプセル引上げ法によって成長させ
た比抵抗の異なる３本の直径75mmのGaAs単結晶から切出
した（100）面の基板を用いた。
た比抵抗の異なる３本の直径75mmのGaAs単結晶から切出
した（100）面の基板を用いた。
基板を鏡面研磨した後、その半面にホール素子を形成
する目的で、29Si+イオンを注入エネルギー60KeV、注入
量5E12個/cm2の条件で注入した。
する目的で、29Si+イオンを注入エネルギー60KeV、注入
量5E12個/cm2の条件で注入した。
イオン注入が終了した後、ゴールド・ファーネスを用
いて、0.3％（体積比）のAsH3を含む水素雰囲気中で820
℃、10分間加熱した。加熱終了後、0.32℃／秒の冷却速
度で600℃まで冷却した。
いて、0.3％（体積比）のAsH3を含む水素雰囲気中で820
℃、10分間加熱した。加熱終了後、0.32℃／秒の冷却速
度で600℃まで冷却した。
アニールが終了した基板のイオン注入した部分には、
ホール素子用の電極を、また、イオン注入しなかった部
分には三端子ガード法による比抵抗測定用の電極を、そ
れぞれ500μｍのピッチで形成し、比抵抗、シート・キ
ャリア濃度及び易動度を測定した。
ホール素子用の電極を、また、イオン注入しなかった部
分には三端子ガード法による比抵抗測定用の電極を、そ
れぞれ500μｍのピッチで形成し、比抵抗、シート・キ
ャリア濃度及び易動度を測定した。
その結果は、第１表の通りであった。
実施例２ 実施例１で用いた３種類のGaAs単結晶から切出した基
板を用いた。基板は、実施例１で用いた基板を切出した
位置に隣接した位置から切出した。
板を用いた。基板は、実施例１で用いた基板を切出した
位置に隣接した位置から切出した。
実施例１と同様にして、各基板の半面に、ホール素子
を形成する目的でイオン注入を行った。
を形成する目的でイオン注入を行った。
イオン注入終了後の基板を0.3％のAsH3を含む水素雰
囲気中で赤外線ランプを用いて、850℃で30秒間加熱し
た。加熱終了後、83℃／秒の冷却速度で600℃まで冷却
した。
囲気中で赤外線ランプを用いて、850℃で30秒間加熱し
た。加熱終了後、83℃／秒の冷却速度で600℃まで冷却
した。
ホール素子用及び三端子ガード法による比抵抗測定用
の電極を形成して、比抵抗、シート・キャリア濃度等を
測定した。
の電極を形成して、比抵抗、シート・キャリア濃度等を
測定した。
この結果も第１表に示した。
比較例 実施例２で用いた基板を切出した位置に隣接した位置
から切出した基板を用いた。
から切出した基板を用いた。
加熱には、通常の抵抗加熱型拡散炉を用いて、850℃
から600℃までの冷却速度を、0.1℃／秒としたこと以外
は実施例１と同様にして、イオン注入及びアニールを行
った。
から600℃までの冷却速度を、0.1℃／秒としたこと以外
は実施例１と同様にして、イオン注入及びアニールを行
った。
続いて、ホール素子用及び三端子ガード法による比抵
抗測定用の電極を形成した。
抗測定用の電極を形成した。
比抵抗、シート・キャリア濃度等の測定結果も第１表
に示す。
に示す。
実施例及び比較例の結果を比較すれば明らかなよう
に、本発明方法によると、同じ低比抵抗の基板を用いて
も、アニール後の比抵抗は十分に高い。また、シート・
キャリア濃度、注入されたイオンの活性化率及び易動度
も向上する。
に、本発明方法によると、同じ低比抵抗の基板を用いて
も、アニール後の比抵抗は十分に高い。また、シート・
キャリア濃度、注入されたイオンの活性化率及び易動度
も向上する。
Claims (2)
- 【請求項１】周期律表第III b族及び第V b族元素からな
る無機化合物単結晶基板に導電性イオンを注入した後、
アニールする方法において、イオン注入後の比抵抗1E3
〜1E7Ω・cmの基板をち密な物質の膜で被覆することな
く第V b族元素を含む雰囲気中で、約800℃〜約1000℃の
温度に約２秒〜約15分間保持した後、基板の温度が600
℃以下になるまで、基板の冷却速度を0.29℃／秒〜90℃
／秒の範囲内に保持し、アニール終了後の基板の比抵抗
を1E7Ω・cm以上とすることを特徴とする方法。 - 【請求項２】基板の導電型が、ｎ型である特許請求の範
囲第１項記載の方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62225746A JP2516641B2 (ja) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | 無機化合物単結晶基板のアニ―ル方法 |
| KR1019880000595A KR880009419A (ko) | 1987-01-26 | 1988-01-26 | 반도체소자의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 반도체 소자 |
| US07/463,642 US5051376A (en) | 1987-01-26 | 1990-01-11 | Method for producing semiconductor device and semiconductor device produced thereby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62225746A JP2516641B2 (ja) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | 無機化合物単結晶基板のアニ―ル方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6468923A JPS6468923A (en) | 1989-03-15 |
| JP2516641B2 true JP2516641B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=16834187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62225746A Expired - Fee Related JP2516641B2 (ja) | 1987-01-26 | 1987-09-09 | 無機化合物単結晶基板のアニ―ル方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2516641B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS586119A (ja) * | 1981-07-03 | 1983-01-13 | Nec Corp | 化合物半導体のアニ−ル方法 |
-
1987
- 1987-09-09 JP JP62225746A patent/JP2516641B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6468923A (en) | 1989-03-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |