JPH02185038A - 熱処理装置 - 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） 本発明はｍｅｖ族半導体単結晶基板にイオン注入した後
に、短時間熱処理して導電層を形成するに際し、電気的
特性の再現性に優れた導電層が得られる熱処理装置に関
する。

（従来の技術） 近年、ＩＩＬＶ族化合物半導体材料を用いた高速デジタ
ル集積回路の開発が進むにつれて、短時間アニール法の
重要性がますます高まってきている。

すなわち、ｌ＼テロ接合バイポーラ・トランジスタやペ
テロ接合電界効果トランジスタなどの異種接合デバイス
の製造プロセスにおいて、コンタクト抵抗の低減を目的
としたイオン注入が行われており、これらのデバイスの
製造においては、微細構造を持つ異種接合に大きな結晶
損傷を与えない熱処理法が要求されるが、この目的に現
在量も適した方法が短時間熱処理法である。また、この
短時間アニール法は電界効果トランジスタの性能を高め
るために重要な浅く高濃度の動作層の形成にも適してい
る。この方法を用いることにより、動作層の不純物の再
分布が抑えられるばかりでなく、高い電気的活性化率が
得られることが知られている。

短時間熱処理法は急速（〜１００°Ｃ／ｓ）な昇温およ
び極めて短時間（１〜１０ｓ）の熱処理時間を有するプ
ロセスであり、試料基板の温度制御方式としては急速に
変化する基板の温度を時々刻々測定し、その値をハロゲ
ンランプ制御系統にフィードバックさせる方式（クロー
ズド・ループ方式）が用いられている。

従って、同方法の熱的な再現性を十分なもの′とするた
めには、熱処理中の試料温度を正確に測定することが必
要不可欠である。このことから、通常、イオン注入され
たＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化合物半導体基板を短時間熱処理す
る場合の試料温度測定方法としては、第１図に示すよう
に熱電対を試料基板の表面に直接接触させる方法が用い
られている。この方法を用いることにより、試料に損傷
を与えることなく熱処理中の試料温度を直接的に測定す
ることができ、例えば雰囲気ガスの温度を計るような間
接的な温度測定方法と比べてより正確な測定が行える。

（発明が解決しようとする問題点） しかし上記のように、熱電対を試料の表面に直接接触さ
せる方法を用いて試料の温度を測定しながら短時間熱処
理を行った場合、熱処理された半導体基板間の電気的特
性に、多少のばらつきが現れることが知られている。こ
の問題は、熱電対と半導体基板との実効的な接触面積は
熱電対自体の自重により決定されるが、熱電対の質量（
数ミリグラム）が両者の実効的な接触面積の再現性を確
保するに足るほど十分でないために、熱電対による温度
測定の再現性を低下させているものと考えられる。

本発明は以上述べたような従来の問題点を解決するため
になされたもので半導体基板の温度を測定するための熱
電対と半導体基板との接触状態の再現性を改善して熱処
理中の試料温度を精度よく測定し、その結果として再現
性よく試料基板の温度を制御することの出来る短時間熱
処理装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、イオン注入したＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化合物半導
体基板を短時間熱処理するにあたり、高融点金属製のバ
ネに装着された熱電対を該基板の表面に接触させて温度
を測定しながら熱処理する方法を有する熱処理装置を用
いることにより、バネに熱電対を装着していない装置を
用いた場合と比べて、熱処理された基板間の電気的特性
の再現性が向上する実験事実に基くものである。高融点
金属製のバネに装着された熱電対を該基板の表面に接触
させて温度を測定しながら短時間熱処理する装置を用い
ることにより、バネを用いない装置を用いた場合と比べ
て、熱処理された基板間の電気的特性の再現性が向上す
る理由としては、適度な弾性を有する高融点金属製のバ
ネに熱電対を装着して半導体基板に接触させることによ
り、半導体基板が熱電対との接触によって受ける圧力の
再現性が向上するため、温度測定の再現性が向上し、そ
の結果として工程ごとの熱的再現性が向上するためであ
ると考えられる。

（実施例） 以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

面　方　位＜１００＞　ＬＥＣ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｅｎｃ
ａｐｓｕｌａｔｅｄＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法アンド
ープ半絶縁性ＧａＡｓ基板に注入エネルギー１００Ｋｅ
ＶでＳｉを５Ｘ１０　ａｍ　　室温で注入した後、ハロ
ゲン・ランプを用いて９００°Ｃで５秒間アニールした
。

第１図は、本発明の装置の構成を概略的に示す図であり
、ＧａＡｓ基板３にはタングステン製のバネに装着され
た熱電対が接触している。バネへの熱電対の装着は、高
温耐性に優れたセラミックセメントを用いている。

第２図は第１図に示した装置を用いて短時間熱処理した
試料の２インチ基板面内シート抵抗平均値の分布図であ
る。

第３図はバネに装着しない熱電対を試料基板に接触させ
て温度を測定しながら短時間熱処理を行なう従来の装置
の構成図である。

第４図は第３図に構成図を示した従来の装置を用いて短
時間熱処理を行なった試料の２インチ基板面内シート抵
抗平均値の分布図である。第２図と第４図を比較すると
、バネに装着された熱電対を試料基板の温度測定に用い
る本発明の装置により短時間熱処理を行なった場合の方
が、バネを用いない従来装置の場合よりも、熱処理され
た基板間でのシート抵抗のばらつきが小さくなっている
ことが判る。

バネの材質としては、タングステンの他に、モリブデン
、タンタル、ニオブ等、適当な弾性を有する全ての高融
点金属およびそれらの合金を用いることが可能である。

また、本発明は、１×１０〜５Ｘ１０　ａｍ　　のＳｉ
イオン注入量で、熱処理温度を８００〜１１５０°Ｃと
した場合についても有効であることが確認された。また
、イオン種についてはＳｉのほかＳ、　Ｓｅ、　Ｓｎ、
　Ｔｅ等のｎ型不純物やＢｅ、　Ｍｇ、　Ｚｅなどのｐ
型不純物の活性化においても本発明の方法は有効である
。また、基板の寸法については、本実施例で用いた２イ
ンチ径以外の寸法に対しても本発明の方法が適用でき、
基板材料についても、ＧａＡｓ以外にＩｎＰ、　ＡｌＧ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなどのあらゆるＩＩＬＶ族化合物
半導体およびＳｉに適用できる。

以上のことから、本発明の装置を用いることにより、従
来装置を用いた時と比べて短時間熱処理の工程ごとの再
現性が向上することが確認された。

なお、本発明は、短時間に熱処理を行うばあいに、効果
が顕著となるものであるが、通常のヒーターを用いた熱
処理装置でも良い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の装置によればｎｒ−Ｖ族
化合物半導体の短時間熱処理を、工程ごとの電気的再現
性よく行なうことが出来る。従って本発明の装置を用い
ることにより高速へテロ接合トランジスタその他からな
る集積回路の性能の再現性を大幅に改善することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を概略的に示す構成図、第２
図は第１図の構成により熱処理を行なった半導体基板の
シート抵抗平均値の分布図、第３図は従来の短時間熱処
理装置を概略的に示す構成図、第４図は従来の装置を用
いて短時間熱処理を行なった半導体基板のシート抵抗平
均値の分布図である。 １・・・ハロゲンランプ、２・・・石英ガラス炉心管、
３・・・２インチＧａＡｓ基板、４・・・支持具、５・
・・熱電対、６・・・固定壁、７・・・タングステン製
バネ、８・・・オーリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料支持台と試料温度測定用熱電対と、熱処理用熱源と
   、これらを収納するための容器とを備えた熱処理装置に
   おいて、前記熱電対に高融点金属製のバネが装着され、
   試料表面に密着可能であることを特徴とする熱処理装置
   。