JPH02112236A - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、化合物半導体装置の製造方法に係り、特に１
・゛ｅドープ１　ｎ　Ｐからなる化合物半導体単結晶を
基板として用いる化合物半導体装置の製造方法に関する
。

［従来の技術］ 化合物半導体＋Ｂ結晶を製造する方法としては、当該結
晶の融液に種結晶を浸漬してこれを引き上げていき単結
晶を育成する方法や、当該結晶の融液を徐々に固化させ
単結晶をｆ４成する方法がある。

前者に属する方法としては液体封止チョクラルスキー法
（ＬＥＣ法）があり、後者に属する方法としては徐冷法
（ＯＦ法）、水平ブリッヂマン法（ＨＢ法）、垂直ブリ
ッヂマン法（ＶＩ３法）がある。

しかし、このような各種の単結晶の育成法は、それぞれ
差異はあるものの、基本的には結晶と融液の間に温度勾
配を生じさせ、融液から結晶を固化させるものである。

そのため、結晶成長が起こっている固液界面は融点にあ
っても、すでに結晶が成長した部分は常に融点よりより
低温にさらされていることになる。従って、上述の化合
物半導体単結晶の育成法は本質的に育成結晶内の特性が
不均一となることが避けられないものである。

そこで、例えばアンドープ半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ単結
晶を基板として用いたＭＥＳＦＥＴ等を製造するにあた
り、ＧａＡｓ単結晶のインゴットを７００〜１０００℃
の高温でアニールして結晶の電気的特性のバラツキを低
減させる方法がＲｕｍ５ｂｙらによって提案されている
。このインゴットアニール法は、不純物やＥ　Ｌ　２と
いう固有欠陥を結晶内で移動させ、特性の均一化を図る
ものである。

従来、ＦｅドープＩｎＰ単結晶をＭＩＳＦＥＴや○ＥＩ
Ｃ等の基板として用いる場合にも、上記高温でのインゴ
ットアニール法を適用していた。

また、化合物半導体を用いたＭＥＳＦＥＴやＭＩＳＦＥ
Ｔ等の電子デバイスを製造するには、ウェーハにＳｉ、
Ｓ、Ｓｅ等の不純物をイオン注入した後、これを熱処理
して活性化させ、その後電極や絶縁膜等を形成する。従
来、ＦｅドープＩｎＰ単結晶を基板として用いる場合、
上記活性化のための熱処理は、７００℃以上の温度で行
なっていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、ＦｅドープＩｎＰ単結晶を基板として用いたＭ
　Ｉ　Ｓ　Ｆ　ＥＴや○ＥＩＣ等の電子デバイスは、研
究用としては使用できるものの、実用化には至っておら
ず、Ｇ　ａＡ　ｓ単結晶シ基板としたＭＥＳＦＥＴ等に
比べて実用化が著しく遅れていた。

その原因としては色々な要因が考えられるが、本発明者
らはＦｅドープＩｎＰ単結晶では、単結晶インゴットを
熱処理するとウェーハ面内での抵抗率をある程度均一化
することはできるが、７００℃以上でウェーハの活性化
熱処理を行なうと却って面内均一性を低下させてしまう
ことを見出した。

従って、そのようなウェーハを用いて化合物半導体装置
を製造しても実用的に満足できるものはできないと考え
られる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、電気的特性の面内均一性に優九た化合物半導体装置を
得ることができる化合物半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は化合物半導体装置
を製造するにあたり、ＦｅドープＩｎＰからなる化合物
半導体単結晶のウェーハを４．　Ｏ０℃以上６９０℃以
下の温度で熱処理した後、これを鏡面研磨し、その鏡面
研磨したウェーハにイ第ン注入を行ない、その後６９０
℃以下の温度で活性化熱処理を行なうこととした。

すなわち、本発明者等は、ＦｅドープＩｎＰ単結晶を種
々の条件下でアニールする研究を行なった結果、Ｆｅド
ープＩｎＰ単結晶では、従来のような高温でのインゴッ
トアニールに比べて、ウェーハを低温（４００℃以上６
９０℃以下）でアニールした方が、ウェーハ面内での電
気的特性を均一化できることを見出した。また、上記低
温でアニールしたウェーハを鏡面研磨した後、そのウェ
ーハにＳ］３Ｎ４膜を形成して種々の温度で熱処理し、
あるいは鏡面研磨したウェーハにイオン注入をした後、
Ｓｉ３Ｎ４膜を形成して種々の温度で活性化熱処理をす
る実験を繰り返した。その結果、低温アニールでウェー
ハ面内での電気的特性を均一化した後であっても、イオ
ン注入後に７００℃以上の温度で活性化熱処理を行なう
と、再び特性の均一性が著しく劣化してしまうことを発
見した。

かかる知見に基づいて種々検討したところ、本発明者等
は、ＦｅドープＩｎＰ単結晶のウェーハ＝４− を４００℃以上６９０℃以下の湿度でアニールし、その
後鏡面研磨したウェーハにイオン注入を行ない、さらに
６９０℃以下の温度で活性化熱処理を行なうと電気的特
性の面内均一化を図ることができることを見出した。

［作用］ 上記構成の化合物半導体装置の製造方法によれば、Ｆｅ
ドープＩｎＰ単結晶のウェーハを低温アニールすること
により、ウェーハ面内での電気的特性の均一化を充分達
成することができ、またイオン注入後に６９０℃以下の
温度で活性化熱処理を行なうので、電気的特性の均一性
を低下させることがない。

［実施例］ ＬＥＣ法により、直径２インチ、長さ１１００ｎのＦｅ
ドープＩｎＰ単結晶を育成した。ここで、使用した多結
晶ＩｎＰの純度は、キャリア濃度で１〜３　Ｘ　１０”
ｃｎ−’のものである。また、引き上げた単結晶のＦｅ
濃度は、０．２〜１゜Ｏｐｐｍνである。その後、引き
上げた単結晶（インゴット）の両端を切断するとともも
に、円筒研削を行なった後、厚さ０．７ｍｍのウェーハ
を切出した。そして、切出したアズカットウェーハをＢ
ｒ−メタノール２％溶液でエツチングし、洗浄した後、
熱処理を行なった。熱処理は、石英アンプル内にウェー
ハ５０枚と赤リンを入れて真空封入した後、５２０℃で
５時間行なった。赤リンの量は、石英アンプル内でのリ
ン圧がＱ、５ａｔｍとなるように調整した。

次に、このようにして得られたウェーハをポリシング（
鏡面研磨）した後、Ｓｉをイオン注入し、さらにスパッ
タリング法で１５００人の厚さのＳｉＮｘ膜を両面に付
け、その後６７０°Ｃで２０分活性化熱処理を行なった
。

また、基板特性の均一性が熱処理に対して安定であるか
否かを調べるためにイオン注入せずに活性化熱処理と同
し条件でキャップアニールを行なった・ 第１図（ａ）および（ｂ）は、インゴットの上部、中部
、下部から切出した各ウェーハについてファン・デル・
バラ（Ｖａｎ　　ｄｅｒ　　Ｐａｕｗ）法により抵抗率
の面内分布（５ｍｍピッチ）を調べた結果を示す。第１
図（ａ）は、アニール前のウェーハの抵抗率を示し、第
１図（ｂ）は、５２０℃で５時間アニールを行なった後
のウェーハの抵抗率を示す。第１図（ａ）および（ｂ）
において。

実線はインゴットの上部から切出したウェーハの抵抗率
を示し、鎖線はインゴットの中部から切出したウェーハ
の抵抗率を示し、破線はインゴットの下部から切出した
ウェーハの抵抗率を示している。また、第２図（ａ）お
よび（ｂ）は、インゴットの上部から切出したウェーハ
について三端子ガードリング法により抵抗率の面内分布
（１００μｍピッチ）を調べた結果を示す。第２図（、
）は、アニール前のウェーハの抵抗率を示し、第２図（
ｂ）は、５２０℃で５時間アニールを行なった後のウェ
ーハの抵抗率を示す。

第１図（ａ）、（ｂ）および第２図（ａ）。

（ｂ）から明らかなように、ＦｅドープＩｎＰ単結晶の
ウェーハを低温でアニールすることにより、抵抗率の面
内均一性が著しく向上することが判る。

第３図（ａ）は、上記実施例で得られたイオン注入なし
で活性化熱処理と同じ条件でキャップアニールしたウェ
ーハについてファン・デル・パラ法により抵抗率の面内
分布（５ｍｍピッチ）を調べた結果を示す。第３図（ａ
）において、実線、鎖線および破線は、それぞれ第１図
（ａ）、（ｂ）と同様に、インゴットの上部、中部およ
び下部から切出した各ウェーハの抵抗率を示す。第３図
（ａ）から明らかなように、上記実施例で得られたウェ
ーハは、キャップアニール後であっても抵抗率の面内均
一性が低下していないことが判る。

さらに、第３図（ｂ）、ＣＱ）および（ｄ）に、それぞ
れ５７０℃、６２０℃および７００℃でイオン注入なし
で活性化熱処理と同じ条件でキャップアニールを行なっ
た場合の各ウェーハについて抵抗率の面内分布を調べた
結果を示す。なお、活性化熱処理温度以外の条件は、上
記実施例と同様である。第３図（ｂ）、（ｃ）および（
ｄ）において、実線、鎖線および破線は、それぞれイン
ゴットの上部、中部および下部から切出した各ウェーハ
の抵抗率を示す。第３図（ａ）、、（ｂ）。

（ｃ）、（ｄ）から明らかなように、活性化熱処理を６
９０℃以下で行なった場合には、抵抗率の面内均一性は
維持できるが、７００℃で行なった場合には、抵抗率の
面内均一性が著しく低下してしまうことが判る。

従来ＦｅドープＩｎＰでは、ＦＥＴを作成する場合ウェ
ーハにＳｉをイオン注入した後、５ｉＮＸ膜やＰＳＧ膜
によるキャップを付け、その後７００℃で１５分間の熱
処理を行なって活性化させていた。そこで、上記実施例
のように５２０℃で最初のアニールを行ない、抵抗率の
面内均一化を図ったウェーハをイオン注入せずに種々の
温度でキャップアニールを実施した。その結果、熱処理
温度が７００℃以上になると、抵抗率の面内均一性は大
幅に劣化することが判った。これは、ＩＦ　ｅドープＩ
ｎＰ単結晶中でＦｅの原子が移動して、析出物などを形
成するためと考えられる。これより、従来の７００℃で
の活性化熱処理により抵抗率の面内均一性が低下する原
因はＦｅの挙動にあると推測される。

第４図は、Ｓｊをイオン注入した後、ウェーハを種々の
温度で活性化熱処理した場合のＦｅ濃度と活性化率との
関係を示すものである。第４図から明らかなように、６
７０℃（実施例）および６２０°Ｃで活性化熱処理を行
なった場合は、従来のように７００°Ｃで活性化熱処理
を行なった場合よりも活性化率が高く、また５７０℃で
活性化熱処理を行なった場合でも活性化率は４０％を超
え、充分満足できるものであることが判る。

なお、第４図から判るように、Ｓｌをイオン注入した場
合では、活性化熱処理温度を低くすると活性化率が多少
低くなるが、ＳやＳｅをイオン注入するとその問題は生
じない。すなわち、活性化率は、ドーピングするイオン
種によって異なり、例えばＳｅはＳｊより低い温度でも
活性化率は高くなる。

第５図は、インボッ１〜から切出したウェーハを最初に
アニールする際に種々の温度で行なった場合の各ウェー
ハについてフォ１〜ルミネセンス（ＰＬ）強度を測定し
た結果を示す。第５図から明らかなように、従来の如く
高温（７００℃）でアニールを行なうと、長波長に数多
くのピークが現われたが、４００℃以上６９０℃以下の
温度でアニールを行なうと、良好な結果が得られる。ま
た、これらアニールしたウェーハを鏡面研磨した後、イ
オン注入し、活性化熱処理を種々の温度で行なったとこ
ろ、６９０℃を超える場合には、第５図に示す場合と同
様に、良好な結果が得られなかった。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の化合物半導体装置の製造方法に
よれば、ＦｅドープＩｎＰ単結晶のウェーハを４００℃
以」−６９０℃以下の温度で熱処理した後、鏡面研磨し
たウェーハにイオン注入し、その後６９０℃以下の温度
で活性化熱処理を行なうこととしたので、電気的特性の
面内均一性に優れた化合物半導体装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）％よび（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例
の途中しこおけるウェーハの抵抗率面内分布（Ｖａｎ　
　ｄｅｒ　　Ｐａｕｗ法）を示すグラフで、第１図（ａ
）はアニール前の分布を示し、第１図（ｂ）はアニール
後の分布を示す。 第２図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例
の途中におけるウェーハの抵抗率面内分布（三端子ガー
ドリング法）を示すグラフで、第２図（、）はアニール
前の分布を示し、第２図（ｂ）はアニール後の分布を示
す。 第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ
６７０”Ｃ，５７０℃、６２０℃および７００℃でイオ
ン注入せずに活性化熱処理と同じ条件でキャップアニー
ルを行なって得られたウェーハの抵抗率面内分布を示す
グラフ、 第４図はウェーハを種々の温度で活性化熱処理した場合
のＦｅｌｌｌｌ度と活性化率との関係を示すグラフ、 第５図はインボッＩ−から切出したウェーハを最初にア
ニールする際に種々の温度で行なった場合の各ウェーハ
についてのフ第１〜ルミネセンス（ＰＬ）強度測定結果
を示すグラフである。 第 図 （ａ） 呼す（か；）Φ釘す柑（層外） （ｂ） 才にかうの罪鵠杆（風展） 第 図 中心からのゴ１唯（ｍつ） −２５−２０−１５−ＩＱ　　−５０５１０寸心φうの
爵１碓（７７Ｌ７７Ｌ） 第 図 （ｂ） ′ｆ紀φら０′２丁１帷（筑乳〕 第 図 （Ｃ） ℃ヒに二がゝうの了巨ＩＭ（九Ｊル）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＦｅドープＩｎＰからなる化合物半導体単結晶の
   ウェーハを４００℃以上６９０℃以下の温度で熱処理し
   た後、これを鏡面研磨し、その鏡面研磨したウェーハに
   イオン注入を行ない、その後６９０℃以下の温度で活性
   化熱処理を行なうようにしたことを特徴とする化合物半
   導体装置の製造方法。