JP2662453B2 - GaAsウェハおよびその製造方法ならびにGaAsウェハへのイオン注入方法 - Google Patents
GaAsウェハおよびその製造方法ならびにGaAsウェハへのイオン注入方法Info
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Description
の砒素の蒸発を抑制し得る構造を有するGaAsウェハおよ
びその製造方法ならびに該GaAsウェハへのイオン注入方
法に関するものである。
ン注入法により活性層を形成し、この活性層表面にFET
やICなどを形成して高速動作するデバイスがある。たと
えば、n型の活性層は、GaAsにシリコン(Si)イオンを
注入し、その後800〜900℃でアニールすることによって
Siイオンをイオン化位置に移動させて形成される。イオ
ン注入法によって形成される活性層のキャリア濃度分布
が第2図に示される。第2図は基板表面からの深さとキ
ャリア濃度分布との関係を示すキャリア濃度分布図であ
る。通常、活性層はその表面形成される半導体素子の動
作特性を考慮して活性層のキャリア濃度の分布が急峻
で、かつピークキャリア濃度nPが高いことが望まれる。
活性層のキャリア濃度の急峻さはキャリア濃度が1016/c
m3の位置での活性層深さd16の値により表現される。イ
オン注入後のアニール処理は活性層のキャリア濃度およ
びキャリア濃度の分布形状を設定する点で重要である。
普通注入されたSiイオンは、アニール処理によってガリ
ウム(Ga)サイトへ移動することによりキャリアが放出
され、活性層のキャリア濃度が決定される。ところが、
GaAsウェハを高温度でアニールすると、基板表面の砒素
(As)が高い蒸気圧を有しているために蒸発し、基板表
面にAsの空孔が多くなり、Asサイトに移動するSiイオン
が増大する。このために活性化するGaサイトのSiが減少
し、その結果ピークキャリア濃度nPが小さくなる。
に、GaAsウェハ表面にシリコン窒化膜(SiN)を形成
し、基板表面を被覆した状態でアニール処理を施す方法
が行なわれている。
パッタリング形成などによって膜中に結晶欠陥などを含
み、このためにAsの蒸発を完全に抑制するためには膜厚
1000Å以上の厚い膜を形成する必要がある。SiN膜が厚
く形成されると、GaAsとSiN膜との熱膨張率の差に起因
してSiN膜中に熱歪みが生じ、これによりAsの蒸発の抑
制が不完全となる。また、上記のようなSiN膜の膜質に
起因してGaAs基板表面からSiN膜中へGa、AsおよびSiが
拡散し、基板表面のキャリア濃度が低下するという問題
があった。
るためになされたもので、GaAs基板中にイオン注入法に
よる活性層を形成する際にAsの蒸発を抑制し、所定のキ
ャリア濃度分布を形成することが可能なGaAsウェハおよ
びその製造方法、ならびに所定のキャリア濃度分布を有
する活性層を形成し得るイオン注入方法を提供すること
を目的とする。
は、GaAs基板と、GaAs基板の主表面上に形成された少な
くともAs2O5を含む表面被覆膜とを備えている。また、
表面被覆層はAs2O5を含む砒素酸化物およびガリウム酸
化物を含んでいる。そして、表面被覆膜は、GaAsの結合
を有するAsの原子濃度が5%以上26%未満で、かつガリ
ウム酸化物中に含まれるガリウムと砒素酸化物中に含ま
れる砒素との原子濃度比が0.1以上2.0以下である。
の工程を備えている。
形成する。次に、GaAs基板表面に表面被覆膜を通して不
純物イオンをイオン注入する。そして、不純物イオンが
注入されたGaAs基板をアニール処理する。
は以下の工程を備えている。
不純物がイオン注入されたGaAs基板の表面上にAs2O5を
含む表面被覆膜を形成する。その後、不純物イオンが注
入されたGaAs基板をアニール処理する。
えている。
GaAs基板を熱酸化処理し、GaAs基板表面にAs2O5を含む
被覆膜を形成する。その後、被覆膜表面を水洗浄する。
む表面被覆膜は基板のアニール処理時にGaAs基板の表面
からAsが蒸発するのを抑制する作用をなす。すなわち、
As2O5は結晶構造が緻密なために、たとえばこの形で結
合したAsの濃度が被覆膜中で5%を越えるとGaAs基板か
らのAsの拡散および蒸発を抑制することができる。
ては、GaAsウェハ表面にAs2O5を含む被覆層を形成する
工程は、イオン注入の前であってもまたイオン注入後で
かつアニール処理前であっても同様にGaAsウェハ表面か
らのAsの拡散、蒸発を抑制することが可能である。
ては、熱酸化処理とその後の水洗浄によって所定のAs2O
5濃度を有する表面被覆層を形成することができる。
ある。GaAsウェハは半絶縁性GaAsウェハ(基板)1の表
面に形成された表面被覆膜2を有している。表面被覆膜
2はAs2O5、Ga2O3、GaAs、As2O3、有機物などから構成
される。表面被覆膜2の膜厚は少なくとも30Å程度でAs
の拡散・蒸発を抑制することができる。また、この表面
被覆膜2は経時変化にも強い。したがって、GaAsウェハ
1表面に表面被覆膜2を形成した状態で完成したウェハ
として販売等が可能である。
明する。まずGaAsウェハ1は公知の技術により製造され
る。そして、表面被覆層2は、主に基板表面洗浄工程、
熱酸化工程および被覆膜洗浄工程の3つの工程により製
造される。
ハを硫酸:H2O:H2O=5:1:1のエッチャントで2分間エッ
チングした後、水洗いし、さらにスピンナーで乾燥す
る。
内にGaAsウェハ1を挿入し、チャンバ内部を十分に真空
引きした後、高純度酸素50%および高純度窒素50%を流
し、チャンバ内を200℃に昇温して5分間保持する。そ
の後、GaAsウェハ1を冷却する。この工程によってGaAs
ウェハ1の表面に表面被覆膜2が形成される。
動している純水中に保持し、ウェハを5cm/秒で揺らしな
がら20分間水洗い処理した後、スピンナーで乾燥させ
る。
が完成する。上記の方法により製造したGaAsウェハに対
して偏光解析法を用いて計測した膜厚とX線光電子分光
法を用いて表面から5〜15Åの部分の組成の分析結果を
表1に示す。この表1には上記の製造工程の3つの段階
における各々の分析結果が示されている。
As2O5あるいはGa2O3の自然酸化膜の形成がみられる。こ
の状態においてはAs2O5は形成されない。すなわち、こ
の発明の特徴とするAs2O5の形成は、自然酸化状態では
基板表面に存在しない。次に、熱酸化処理の後において
は、As2O5が形成されるが、表面被覆中においてはむし
ろGa2O3の含有比率が圧倒的に大きくなりAs2O5とのスト
キオメトリがアンバランスとなる。このような表面被覆
膜を水洗浄すると、Ga2O3が優先的に溶け出し、As2O5ri
chの表面被覆膜2ができる。この表面被覆膜2中のAs2O
5含有比率は、水洗浄における流水中の酸素濃度および
温度条件により変化させることができる。
3%および23%の表面被覆層2を有するGaAsウェハを製
造し、表1に示すものを加えた3つのウェハに対してイ
オン注入法による活性層を形成し、その活性層のキャリ
ア濃度分布の評価試験を行なった。イオン注入の条件
は、原子量29のSi+を注入エネルギ80keV、ドーズ量2.8
×1012/cm-2で基板表面にイオン注入し、アルゴン(A
r)雰囲気中で温度850℃で10分間アニール処理を行なっ
ている。この結果を表2に示している。表2はピークキ
ャリア濃度nPと前述のd16の値を従来のSiN膜を用いた例
との比較において示している。
キャリア濃度nPが大きくなることがわかる。また、従来
のSiN膜のものと比較した場合、ほぼ同じ程度の活性層
深さに対してキャリア濃度が増大していることが判明す
る。
覆層2の製造方法は上記の方法に限定されるものではな
く、所定濃度のAs2O5を含む酸化膜を形成できる方法で
あれば他の方法、たとえばオゾン(O3)で処理する方法
などを用いてもよく、同様の効果を得ることができる。
いて活性層を形成する方法について説明する。
てその表面に表面被覆膜2が形成されたGaAsウェハを準
備し、この表面被覆膜2を貫通して所定の不純物イオン
を基板中にイオン注入する方法である。そして、表面被
覆膜2を維持した状態で所定のアニール処理を行ない、
イオン注入領域を活性化する。アニール処理工程におい
ては、表面被覆膜2の作用によりGaAs基板表面のAsの拡
散・蒸発を抑制することができる。
いGaAsウェハを準備し、所定の不純物イオンをウェハ表
面にイオン注入する。次に、たとえば上述の汚染除去工
程、熱酸化工程および水洗浄工程を経てGaAsウェハ表面
に表面被覆膜2を形成する。その後アニール処理を施
す。この方法においてもアニール工程時に基板表面の拡
散・蒸発が抑制されることは明らかである。
により、イオン注入後のアニール処理時におけるGaAsウ
ェハ表面からのAsの拡散・蒸発を抑制することができ
る。このAs2O5の含有濃度は、少なくともその下限値と
して表面被覆膜中の原子濃度で5%以上含まれる場合に
Asの拡散抑制効果を奏することが判明している。なお、
理想的にはAs2O5の量は膜形成が可能な限りにおいて多
く含まれることが望ましい。さらに、表面被覆膜2の好
ましい成分組成としては、膜中に含まれるGa2O3のGaと
(As2O5+As2O3)に含まれるAsとの比が0.5〜2.0の範囲
である。
を形成することにより、イオン注入後のアニール処理時
における基板表面からのAsの拡散・蒸発を防止でき、所
定のキャリア濃度分布を有する活性層を形成することが
可能なGaAsウェハを実現できる。
オン注入前あるいはイオン注入後であってアニール処理
の前に基板表面に形成することにより、アニール処理時
にAsの蒸発・拡散を生じることなく良好な活性層を有す
ることができう。
ない、さらに水洗浄工程を施すようにしたので、熱酸化
により形成される表面被覆膜の成分組成を抑制し、所定
のAs拡散・蒸発抑制作用を奏する表面被覆膜を有するGa
Asウェハを製造することができる。
ハの断面構造図である。 第2図は、基板表面から深さ方向に対するキャリア濃度
分布を示すキャリア濃度分布図である。 図において、1はGaAsウェハ、2は表面被覆膜を示して
いる。
Claims (6)
- 【請求項1】GaAs基板と、 前記GaAs基板の主表面上に形成された少なくともAs2O5
を含む表面被覆膜とを備えた、GaAsウェハ。 - 【請求項2】前記表面被覆膜は、As2O5を含む砒素酸化
物およびガリウム酸化物を含む、請求項1記載のGaAsウ
ェハ。 - 【請求項3】前記表面被覆膜は、As2O5の結合を有するA
sの原子濃度が5%以上26%未満で、かつ、前記ガリウ
ム酸化物中に含まれるガリウムと前記砒素酸化物中に含
まれる砒素との原子濃度比が0.1以上2.0以下である、請
求項2記載のGaAsウェハ。 - 【請求項4】GaAs基板の表面上にAs2O5を含む表面被覆
膜を形成する工程と、 前記GaAs基板表面に前記表面被覆膜を通して不純物イオ
ンをイオン注入する工程と、 前記不純物イオンが注入された前記GaAs基板をアニール
処理する工程とを備えた、GaAsウェハへのイオン注入方
法。 - 【請求項5】GaAs基板表面に不純物イオンをイオン注入
する工程と、 不純物がイオン注入されたGaAs基板の表面上にAs2O5を
含む表面被覆膜を形成する工程と、 前記不純物イオンが注入された前記GaAs基板をアニール
処理する工程とを備えた、GaAsウェハへのイオン注入方
法。 - 【請求項6】GaAs基板の表面上の汚染物を除去する工程
と、 前記GaAs基板を熱酸化処理し、前記GaAs基板の表面にAs
2O5を含む被覆膜を形成する工程と、 前記被覆膜表面を水洗浄する工程とを備えた、GaAsウェ
ハの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2210020A JP2662453B2 (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | GaAsウェハおよびその製造方法ならびにGaAsウェハへのイオン注入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2210020A JP2662453B2 (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | GaAsウェハおよびその製造方法ならびにGaAsウェハへのイオン注入方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0492415A JPH0492415A (ja) | 1992-03-25 |
JP2662453B2 true JP2662453B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=16582495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2210020A Expired - Lifetime JP2662453B2 (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | GaAsウェハおよびその製造方法ならびにGaAsウェハへのイオン注入方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2662453B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115087767A (zh) * | 2020-03-02 | 2022-09-20 | 住友电气工业株式会社 | 砷化镓单晶衬底和砷化镓单晶衬底的制造方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5354972A (en) * | 1976-10-29 | 1978-05-18 | Fujitsu Ltd | Production of semiconductor device |
-
1990
- 1990-08-07 JP JP2210020A patent/JP2662453B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115087767A (zh) * | 2020-03-02 | 2022-09-20 | 住友电气工业株式会社 | 砷化镓单晶衬底和砷化镓单晶衬底的制造方法 |
CN115087767B (zh) * | 2020-03-02 | 2024-02-20 | 住友电气工业株式会社 | 砷化镓单晶衬底和砷化镓单晶衬底的制造方法 |
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