JP2737781B2

JP2737781B2 - 化合物半導体基板の熱処理法

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Publication number: JP2737781B2
Application number: JP62211638A
Authority: JP
Inventors: 俊治鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1998-04-08
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JPS6454725A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、化合物半導体基板の熱処理法、特にGaAs基
板にSiイオンを注入してMES FET、接合型FET及びそれを
用いたIC（半導体集積回路）を製作する場合、注入され
たイオンを効率良く、かつ簡便に活性化するに適した熱
処理法に関する。〔発明の概要〕本発明は、化合物半導体基板の熱処理法において、熱
処理すべきGaAs基板に対向又は対接してSiAsの結晶を配
し、熱処理することにより、GaAs基板からのAsの解離を
抑制し、良好な熱処理を行えるようにしたものである。
特にイオン注入後の活性化のための熱処理では注入され
たイオンを効率良く且つ簡便に活性化できるようにした
ものである。〔従来の技術〕 GaAs高速ICにはMES FET、接合型FETが用いられてお
り、通常これらのチャンネル層はSiイオンを注入し、活
性化熱処理を施して形成される。注入イオンとしてSiが
用いられるのは、Siが比較的質量の小さな原子でありイ
オン注入によって導入される損傷が少なく、熱処理後に
高い活性化率が得られること、及び熱処理中の再分布が
少なく、急峻な不純物分布が得やすいという理由によっ
ている。注入されたSiイオン活性化のための熱処理は普
通には850℃程度の温度で行われる。ところが、この程
度の温度範囲ではＶ族元素であるAsの蒸気圧が高いため
にGaAs基板表面でのAsの解離が起こり、ストイキオメト
リーがずれて活性化率が低くなるという問題がある。そ
こで、GaAs基板からのAsの解離を抑制するための様々な
工夫がなされているわけであるが、それらは個々に問題
を持っており、充分なものとは言えない。以下に従来の
熱処理法の例を示す。（ｉ）GaAs基板表面にSi₃N₄あるいはSiO₂等の絶縁物を
堆積させて熱処理を行う方法。（ii）熱処理雰囲気中に予めAsH₃等の気体を用いて、3T
orr程度のAs分圧を印加し、Asの解離を抑えて熱処理を
行う方法。（iii）GaAsよりもAsの解離蒸気圧の高いInAs基板にGaA
s基板の主表面を対向させて配置し、熱処理する方法。上に挙げた熱処理法の例は通常の抵抗加熱炉を使用
し、850℃程度の温度で10分乃至30分の加熱を施すもの
であるが、この他にハロゲンランプ等からの光照射によ
り10秒程度の極めて短い時間熱処理を終了させるという
方法が近年盛んに試みられている。〔発明が解決しようとする問題点〕ところで、上述した（ｉ）の熱処理法では、Asの解離
をある程度抑制することができるが、しかしながら、絶
縁物と基板との熱膨張係数のちがいにより界面にストレ
スを生じ、活性化率の低下あるいは注入不純物の再分布
が起こるという問題がある。また絶縁物堆積のための工
程が増えることも欠点の一つである。（ii）の熱処理法においては、ほぼ100％の活性化率
が得られ、再現性にも優れた有効な方法であって現在広
く行われているが、極めて有毒な気体状のAsH₃を使用し
なければならない点が問題となる。このため、熱処理装
置にAsH₃の漏洩を防止するための特別な注意と工夫が必
要となり、また未反応のAsH₃ガスを除外するための装置
も付加しなければならない。更に、漏洩した場合の安全
対策として装置自身および附帯する設備に排気機構等を
備えておくことが必要となる。これらの結果、装置の製
作、設置のための費用は莫大なものとなり、かつ装置自
身、その使用方法は複雑となる。（iii）の熱処理法においては、これもGaAs基板表面
近傍に有効なAs分圧を印加することができ、高い活性化
率を得ることができる。しかし、Asを放出したInAs基板
表面に蒸気圧の低いInが取り残され、活性化熱処理の温
度では液状となる。この液体金属InがGaAsと反応してGa
As基板とInAs基板が融着するというトラブルが度々発生
する。また、光照射による熱処理法は、極めて短時間である
ことにより、Asの解離を最小限に抑えようとするもので
あるが、このような短時間の熱処理においてもAsの解離
蒸発は無視し得ない程起こっており、活性化率の低下と
なって現れる。更にこの短時間光照射熱処理にAsH₃によ
るAs分圧を印加した場合は、高い活性化率を得ることは
できるものの、分解したAsが比較的低温である熱処理炉
の炉芯管に堆積して光の透過率を低下させる。その結
果、連続した熱処理を行うことが困難になる。以上はSiをイオン注入したGaAS基板を活性化する場合
についてであるが、他の目的でGaAs基板を熱処理するに
も、Asの解離が問題となり、同様の方法が用いられる。本発明は、上述の問題点を解決し、GaAs基板に対して
良好な熱処理が行える化合物半導体基板の熱処理法を提
供するものである。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、熱処理すべきGaAs基板に対向又は対接して
SiAsの結晶を配して熱処理することを特徴とする。 SiAsの結晶としては、例えば鱗片状のSiAs結晶、SiAs
結晶基板（鱗片状SiAs結晶を固めて焼結して基板状とし
たもの、SiAs結晶を主体として基板状としたもの等を含
む）等を用いることができる。鱗片状のSiAs結晶の場合
は、ボート内に鱗片状のSiAs結晶を充填し、このSiAs結
晶上に熱処理すべき主面を下向きにしてGaAs基板を置い
て熱処理する。また、SiAs結晶基板の場合にはボート上
にSiAs結晶基板とGaAs基板を近接対向するように交互に
配列して熱処理するようになす。〔作用〕 SiAs結晶は熱処理温度800℃〜900℃で固体であり、As
の解離圧が第４図で示すように10^-2atm程度と通常AsH₃
によって印加されるAs分圧（４×10^-3atm程度）より充
分高い値（勿論GaAs表面からのAsの解離圧より充分高い
値）を有している。また、このSiAs結晶からAsが解離し
て得られる充分高いAs分圧が、熱処理すべきGaAs基板の
表面近傍に集中的に印加される。従って、GaAs基板はAs
の解離が抑制され、且つ表面で他の物質との反応を起こ
さずに良好に熱処理される。特にイオン注入後の活性化
熱処理においては、高い活性化率が得られる。そして、
As分圧の供給源がAs及びSiのみであるので、例えばSiイ
オン注入後の活性化熱処理では不必要かつ不都合な不純
物の拡散等による導入が起こらず（即ち仮にSiAs結晶の
Siが多少導入されても注入不純物と同一であるので問題
はなく）、イオン注入された活性化に好都合となる。一方、本熱処理法ではGaAs基板表面に絶縁物等の堆積
を必要としない。従って、工程が簡単となり、界面のス
トレスも生じない。またAsH₃の有毒な気体を使用する必
要がなく安全である。尚、本熱処理法は、Siイオン注入後のGaAs基板の活性
化の他、ｐ形不純物例えばZn等のイオン注入後の活性化
熱処理（Znの活性化熱処理温度はSiのそれより低い）、
或いは他の目的でGaAs基板を熱処理する場合にも適す
る。〔実施例〕以下、図面を参照して本発明による化合物半導体基板
の熱処理法の実施例を説明する。第１図は抵抗加熱炉を用いた熱処理に適用した場合で
ある。本例においては、第１図に示すように熱処理すべ
きGaAs基板（１）を落とし込むことができる凹部（２）
を有する石英等の耐熱材より成るボード（３）を設け、
このボート（３）内に鱗片状SiAs結晶（４）を充填す
る。次で、GaAs基板（１）を、その主面（例えばイオン
注入された面）（1a）が下に向くように即ちSiAs結晶と
対接するようにボード（３）内のSiAs結晶（４）上に置
き、ボート（３）ごと適当な温度に加熱された石英の炉
芯管（５）内に挿入する。炉芯管（５）内は例えばH₂ガ
ス、不活性ガス等の適当な雰囲気とする。そして、所定
の時間熱処理を施した後、GaAs基板（１）をボート
（３）ごと炉芯管（５）より引き出して冷却する。又、
予め、GaAs基板（１）及びSiAs結晶（４）を上述のよう
に配したボート（３）を炉芯管（５）内に挿入してお
き、抵抗加熱炉を移動させて加熱、冷却する方法も有効
である。第２図はハロゲンランプ加熱炉に用いた熱処理に適し
た場合である。本例においては、第２図に示すように例
えば、グラファイトカーボン等の耐熱性を有しかつハロ
ゲンランプから放射される波長領域の光を効率良く吸収
し発熱する材質より成るボート（７）を設ける。このボ
ート（７）は熱処理すべきGaAs基板（１）を最小限の隙
間をもって落とし込むことができる第１の凹部（８）
と、この第１の凹部（８）の内部にあってGaAs基板
（１）によって全て覆うことができる範囲で最大の開口
面積となるように設けられた第２の凹部（９）を有して
成る。このボート（７）の第２の凹部（９）内に鱗片状
SiAs結晶（４）を充填し、GaAs基板（１）を、その主面
（1a）がSiAs結晶（４）に向くようにして第１の凹部
（８）内に落とし込む。このボート（７）をGaAs基板
（１）及びSiAs結晶（４）ごと石英の炉芯管（５）内の
ハロゲンランプ光源部（10）に対応する位置に挿入し、
例えばH₂ガス、不活性ガス等の適当な雰囲気のもとで所
定時間、所定の温度で加熱する。この場合、As蒸気が熱処理雰囲気中に拡散し、比較的
低温である炉芯管（５）にAs固体となって付着し、ハロ
ゲンランプ照射光の透過率が低下するものを最小限に抑
えるために、SiAs結晶は直接熱処理雰囲気に暴されない
ようにすることが望ましい。又、炉芯管（５）の内部に
各熱処理の都度、容易に取り付け、取り外すことができ
る第２の炉芯管を設けておき、次第にAs固体が付着し一
定程度に照射光の透過率が低下した時点で第２炉芯管を
交換することができるように構成すれば更に有効であ
る。第３図は他の例である。本例はSiAs結晶基板（例えば
鱗片状SiAs結晶を固めて焼結して基板状としたもの、或
いはSiAS結晶を主体として基板状にしたもの等を含む）
（12）を設け、このSiAs結晶基板（12）とGaAs基板
（１）をボート（13）上において交互に複数配列し、こ
れを炉芯管（５）内に挿入して加熱処理する。上述の熱処理法によれば、固体であるSiAs結晶（４）
（又は（12））を用いて充分高いAS分圧をGaAs基板
（１）の主面（1a）に供給することができるので、GaAs
基板（１）をAsの解離を抑えて熱処理することができ
る。従って、GaAs基板表面に絶縁物等の堆積を必要とせ
ず、工程が簡単となると共に、界面のストレス等も問題
とならない。又、AsH₃等の有毒な気体を使用しないの
で、比較的安全であり、安全対策のための設備費用が大
きく軽減され、又熱処理装置の操作が簡単になる。また、Asの供給源としてSiAs結晶を用いているため、
次回以降の基板の熱処理においても引き続き結晶を使用
することができ、非常に経済的である。又、GaAs基板表面で他の物質との反応が起こらず、従
って前述したInAs基板を用いたようなGaAs基板への融着
が起こらず、GaAs基板に対して不必要かつ不都合な不純
物の拡散等による導入も起こらない。特に、Siイオンを注入した後の活性化熱処理に適用し
た場合は、充分高いAS分圧が印加されるので、注入され
たSiを高い効率で活性化することができる。しかも、As
分圧の供給源がAs及びSiのみであるので不必要な不純物
の導入を伴うことなく活性化できる。また第２図で示す
ようにハロゲンランプ等を用いた短時間熱処理にも、照
射光の透過を妨げることなく、適用することができ、高
い活性化率の熱処理を行うことができる。〔発明の効果〕本発明によれば、SiAs結晶により充分高いAs分圧をGa
As基板表面に与えることができるので、Asの解離を抑え
てGaAs基板を熱処理することができる。従って、従来の
ようなGaAs基板表面への絶縁物等の堆積を必要とせず、
また気体のAsH₃に比較して安全であり、装置費用を軽減
することができる。又、SiAs結晶は熱処理温度において
固体であるため、GaAs基板表面との間で反応することも
なく両者が融着するというトラブルも発生しない。そし
て、例えばSiイオン注入後の活性化熱処理においては、
不必要な不純物の導入を伴うことなく、注入されたSiを
高い効率で且つ簡便に活性化することができる。また、SiAs結晶を用いているため、次回以降の基板の
熱処理においても引き続き結晶を使用することができ、
非常に経済的である。従って、本発明は、特にGaAs基板にSiイオンを注入し
てMES FET、接合型FET及びそれを用いたICを製作する場
合の活性化熱処理に適用して好適である。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明による化合物半導体基板の熱処理法の一
例を示す構成図、第２図は本発明による化合物半導体基
板の熱処理法の他の例を示す構成図、第３図は本発明に
よる化合物半導体基板の熱処理法のさらに他の例を示す
構成図、第４図は本発明の説明に供するSiAs及びGaAsの
解離圧の温度依存性を示すグラフである。（１）はGaAs基板、（３）（７）（13）はボート、
（４）は鱗片状SiAs結晶、（12）はSiAs結晶基板であ
る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．熱処理すべきGaAs基板に対向又は対接してSiAsの結
晶を配し、熱処理することを特徴とする化合物半導体基
板の熱処理法。