JP2633039B2 - 化合物半導体ウエハの熱処理方法 - Google Patents

化合物半導体ウエハの熱処理方法

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【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、化合物半導体ウエハの熱処理方法に関す
る。特に、化合物半導体ウエハにイオン注入法によって
注入された未活性不純物を活性化するランプ熱処理に適
用される。
(ロ)従来の技術 化合物半導体装置の製造工程においては、イオン注入
法によって注入された不純物の原子を電気的に活性化す
るための熱処理や、固相拡散による不純物導入のための
加熱などの熱処理が施されている。このような熱処理は
電気炉によって行われているが、加熱時間がイオン注入
後の熱処理の場合で数十分を要するため、注入原子が熱
拡散し注入原子分布が拡大する。半導体素子のサイズが
大きい場合には、この注入原子分布の拡大はそれほど問
題とはならないが、半導体素子を微細化する際の妨げと
なる。そこで近年は熱源に光を用いたランプ加熱技術が
採用されるようになった。
ランプ加熱技術は、短時間(1〜200秒)の熱処理
が可能、低温から高温までの幅広い温度(400〜1300
℃)での熱処理が可能、急速加熱(〜200℃/秒)が
でき、かつ加熱速度を制御できる等の特徴を有し、高温
短時間の熱処理が可能となり、注入原子分布が拡大する
ことなく注入原子の活性化が行える。
(ハ)発明が解決しようとする課題 ランプ熱処理によってイオン注入後の注入原子を活性
化する場合には、半導体ウエハの周辺からスリップライ
ンが生じたり、ウエハが著しく反ったりすることがあ
る。このスリップライン等の発生原因は急熱・急冷でウ
エハ面内に熱分布が生じ、それが熱応力・熱歪となるた
めと推定されている。半導体ウエハ面内に熱分布が生じ
るメカニズムとしては、ウエハ端からの熱放射による
ウエハ周辺部の低温化、ウエハを支持するホルダー内
での(ウエハが載っている部分とそうでない部分との)
単位面積当りでの熱容量の差などが考えられている。
最近のランプ熱処理装置の中には、これらの問題点を
取り除くための工夫が行われている装置がある。具体的
には図2に示すように、ホルダーなしで熱処理が行え、
かつウエハ周辺部に裏面からも光が入射することにより
低温化を抑えられるようになっている。しかし、化合物
半導体ウエハ(例えばGaAs)をこの方法で熱処理するた
めには、ウエハ表面からのキャリア濃度の低下や成分元
素(As)の解離を防ぐため、ウエハ表面に1000Å程度の
厚さの耐熱性の膜を付ける必要がある。この耐熱性の膜
としては、p−CVD法(プラズマ−CVD法)によるSiNX
SiO2、スパッタによるAlN,W系メタルなどが用いられて
いる。
これらの耐熱性の膜は、例えば公開特許公報昭63−77
124に示されているように、半導体ウエハの両面に被着
しないとスリップライン等を低減することはできなかっ
た。つまり、この熱処理方法では耐熱性膜と半導体ウエ
ハの熱膨張係数が異なっているため、ウエハと耐熱性の
膜の界面に熱応力が発生する。そのため、半導体ウエハ
の両面に耐熱性の膜を被着することにより熱応力による
ウエハの変形(スリップライン、反り)を抑えている。
しかし、ウエハの両面に同時に耐熱性の膜を被着でき
るp−CVDやスパッタ装置は存在しないため、半導体ウ
エハの表面(素子を作成する側)に耐熱性の膜を被着し
た後、半導体ウエハの裏面に耐熱性の膜を被着する。ウ
エハ裏面に被着する時には、ウエハ表面が装置のデポジ
ション用ステージに密着させられるが、この時ウエハ表
面の耐熱性の膜に傷が入る事がある。傷が入るとランプ
熱処理を行った時にその部分からキャリアの蒸発や成分
元素(As)の解離が起こり、素子が形成できなくなると
いう問題が生じる。
この発明は、この問題を解決するためになされたもの
であって、化合物半導体ウエハの上面のみに耐熱性の膜
を形成して熱処理ができ、ウエハの変形(スリップライ
ン、反り)を抑え、しかも化合物半導体ウエハ表面から
の成分元素の解離や注入された不純物の蒸発を防ぐこと
のできる化合物半導体ウエハの熱処理方法を提供しよう
とするものである。
(ニ)課題を解決するための手段 この発明によれば、化合物半導体ウエハの上面のみに
該ウエハとエッチング選択性の異なる材料からなりかつ
熱処理前後における膜厚変化が10%以下で膜厚が50Å〜
300Åの耐熱性の膜を被着し、この後に該化合物半導体
ウェハをランプ加熱によって加熱することを特徴とする
化合物半導体ウエハの熱処理方法が提供される。
この発明における化合物半導体ウエハは、化合物半導
体装置の製造過程にある中間体であり熱処理を意図する
ものであって、例えばイオン注入法によって注入された
未活性不純物を含有する化合物半導体ウエハ、固相拡散
によって不純物の拡散を意図する不純物未拡散領域を有
する化合物半導体ウエハ等を挙げることができる。この
化合物半導体は、例えばGaAs、InP等から構成される。
この発明においては、前記化合物半導体ウエハの上面
(素子形成側の面)のみに、該ウエハとエッチング選択
性の異なる材料からなる耐熱性の膜が形成される。この
耐熱性の膜は化合物半導体ウエハの熱処理工程におい
て、ウエハ表面から成分元素(例えばGaAsウエハの場合
はAs)の解離や注入された不純物原子の蒸発を防止する
ためのものであって、該ウエハの熱処理を行った後に適
宜エッチング(除去)され化合物半導体装置が作製され
るので該ウエハとエッチング選択性の異なる材料からな
るのが適している。この材料としては、化合物半導体ウ
エハの種類によって異なるが、例えばGaAs化合物半導体
ウエハを用いる場合は、例えばSiNX,SiO2,AlN,W系メタ
ル等を用いることができ、この中でもSiNXが特に好まし
い。
この発明においては、前記材料を用いて、化合物半導
体ウエハの上面に、例えばp−CVD(プラズマーCVD)法
又はスパッタ法等によって、熱処理前後における膜厚変
化が10%以下でかつ膜厚が50〜300Åの耐熱性の膜を被
着するのが適している。
この耐熱性の膜の熱処理前後における膜厚変化(膜を
構成する分子間の結合や蒸発等による膜厚収縮)が10%
を越えると熱処理後の化合物半導体ウエハにスリップラ
インや反り等の欠陥が生じやすくなるので好ましくな
い。また前記膜厚が300Å超では化合物半導体ウエハに
スリップラインや反り等の欠陥が生じやすく、50Å未満
ではウエハ表面から成分元素が解離したり注入された不
純物が蒸発しやすくなるので好ましくない。また、この
耐熱性の膜の耐熱温度は、通常1000〜1050℃である。次
に、耐熱性の膜としてSiNX膜を化合物半導体ウエハの上
面に形成する場合について具体的に述べると、p−CVD
法の条件は、例えば供給ガス及びガス流量比…SiH4/NH
3/N2=5〜20/140/40〜60、圧力…1.0〜1.5mTorr、RF
パワー…20〜100W(0.45〜2.25w/cm2)、ウエハの温度
…200〜300℃を用いることができる。
この発明における加熱は、化合物半導体ウエハを熱処
理するためのものであって、例えば化合物半導体ウエハ
内にイオン注入によって注入された未活性不純物の活性
化、化合物半導体ウエハ内への固相拡散による不純物の
拡散等の作用を呈することがてきる。
この加熱は、通常800〜1000℃で0〜60秒間行われ、
例えばランプ加熱、グラファイトヒータ加熱法、レーザ
加熱法、イオン又は電子ビーム加熱法等を用いることが
でき、この中でもランプ加熱法が特に好ましい。
(ホ)作用 特定の膜質を有する耐熱性の膜が熱処理に際し、化合
物半導体ウエハに対してひずみを与えず、成分元素の解
離や注入された不純物の蒸発を抑える。
(ヘ)実施例 実施例1 この発明の実施例を図面を用いて説明する。
GaAsウエハ上面への耐熱性の膜の形成 予め50KeVのSi+が4×1012cm-2のドーズ量でイオン注
入された半絶縁性GaAsウエハの上面にp−CVD法によっ
て膜厚200ÅのSiNXの膜(耐熱性の膜)を形成する。た
だしp−CVD法の条件は、供給ガス…SiH412.0SCCM,NH31
40SCCM,N242SCCM、圧力…1.5mTorr、RFパワー…20W(0.
45w/cm2)、ウエハ温度…300℃である。
GaAsウエハの熱処理(注入イオンの活性化) 第2図に示すように内部にランプ2と高温計連通口を
有し、鏡面3の内面を有するチャンバー1から構成され
るランプ熱処理装置の中に、上記イオン注入とSiNXの膜
の形成が行われたGaAsウエハ5を配置して熱処理を行
い、イオン注入された不純物を電気的に活性化した。た
だし熱処理条件は、 加熱速度…90℃/秒、熱処理温度…950℃、 熱処理時間…4秒間である。
また熱処理後、SiNXの膜は、エリプソメータによって膜
厚を測定したころ、180Åであり10%の膜厚収縮があっ
た。
実施例2 実施例1において、SiNXの膜の膜厚を200Åにする代
わりに50Å、100Å及び300Åとし、この他は実施例1と
同様にしてSiNXの膜の形成を行いウエハの熱処理を行っ
た。このSiNXの膜の熱処理による膜厚収縮はいずれも10
%である。
比較例1 実施例1において、SiNXの膜の膜厚を200Åにする代
わりに400Å、500Å及び600Åとし、この他は実施例1
と同様にしてSiNXの膜の形成を行いウエハの熱処理を行
った。このSiNXの膜の熱処理による膜厚収縮はいずれも
10%である。
実施例3 実施例1において、SiH4の供給量を12.0SCCMとする代
わりに8.0SCCMとし、この他は実施例1と同様にしてSiN
Xの膜を形成しウエハの熱処理を行った。この膜の熱処
理による膜厚収縮は8%である。
実施例4 実施例3においてSiNXの膜の膜厚を200Åにする代わ
りに100Å及び300Åとし、この他は実施例3と同様にし
てSiNXの膜の形成を行いウエハの熱処理を行った。この
膜の熱処理により膜厚収縮はいずれも8%である。
比較例2 実施例3においてSiNXの膜の膜厚を200Åにする代わ
りに400Å及び600Åとし、この他は実施例3と同様にし
てSiNXの膜を形成しウエハの熱処理を行った。この熱処
理による膜厚収縮はいずれも8%である。
比較例3 実施例1において、SiN4の供給量を12.0SCCMにする代
わりに20.0SCCMとし、SiNXの膜の膜厚を200Åにする代
わりに300Å、500Å及び1000Åとし、この他は実施例1
と同様にしてSiNXの膜を形成しウエハの熱処理を行っ
た。この膜の熱処理による膜厚収縮は20%である。
上述の実施例及び比較例で得られた熱処理された化合
物半導体ウエハは、スリップライン発生の有無とウエハ
の反りを測定したところ第1図(a)に示すような結果
が得られた。ただし+の符号は熱処理後に化合物半導体
ウエハが凸方向に変化したことを意味する。また、前記
ウエハは、不純物濃度を測定したところ、第1図(b)
に示すような結果が得られた。これらの結果から熱処理
前後における膜厚が10%以下でかつ熱処理前の膜厚が50
Å〜300ÅのSiNXの膜は、熱処理によってスリップライ
ンが発生せずウエハの反りが小さく、ウエハ表面からの
不純物の解離がなく不純物濃度を高く維持できることが
認められた。
(ト)発明の効果 この発明によれば、化合物半導体ウエハの上面のみに
耐熱性の膜を形成して熱処理ができ、ウエハの変形(ス
リップライン、反り)を抑え、化合物半導体ウエハ表面
から成分元素の解離や注入された不純物の蒸発を防ぐこ
とのできる化合物半導体ウエハの熱処理方法を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、この発明の実施例及び比較例の熱処理
工程における耐熱性の膜の膜質とウエハの変形との関係
図、第1図(b)は、この発明の熱処理工程における表
面キャリア濃度と耐熱性の膜の膜厚との関係図、第2図
は、この発明の実施例及び比較例の熱処理工程で用いた
ランプ熱処理装置の図である。 1……ランプ熱処理装置、2……ランプ、3……鏡面、
4……高温計連通口、5……ウエハ、6……直接入射
光、7……側面反射光、8……裏面反射光。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化合物半導体ウェハの上面のみに、該ウェ
    ハとエッチング選択性の異なる材料からなりかつ熱処理
    前後における膜厚変化が10%以下で膜厚が50Å〜300Å
    の耐熱性の膜を被着し、この後に該化合物半導体ウェハ
    をランプ加熱法によって加熱することを特徴とする化合
    物半導体ウェハの熱処理方法。
  2. 【請求項2】化合物半導体ウェハがイオン注入法によっ
    て注入された未活性不純物を含有する請求項1記載の方
    法。
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