JPH02272739A

JPH02272739A - 化合物半導体の熱処理法

Info

Publication number: JPH02272739A
Application number: JP9313689A
Authority: JP
Inventors: Suehiro Sugitani; 末広杉谷; Yasuaki Yamane; 山根　康朗
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1990-11-07
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JP2628911B2

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）本発明は化合物半導体に形成された注入不純物層の熱処
理（アニール）に関する。

（従来の技術）ＧａＡｓ等の化合物半導体結晶基板にイオン注入するこ
とによって、トランジスタや集積回路を作成する場合、
アニール工程は、注入不純物を電機的に活性化させて導
電層を形成するうえで不可欠である。アニールによる注
入不純物層の活性化の制御性・再現性は、デバイス特性
の制御性・再現性において非常に重要である。また、注
入不純物層の活性化率の向上は、デバイス特性を向上さ
せる。

アニールにおいては、構成元素であるＡｓ等の熱分解を
防ぐため、一般に化合物半導体基板の表面に保護膜を付
着形成した後、アニールする方法が多く採用されている
。

第２図に化合物半導体表面に形成された注入不純物層を
アニールするときの基板断面を示す。まず、化合物半導
体基板５の表面に、イオン注入により不純物層６を形成
する。この不純物層６を形成した面（上面）にアニール
保護膜７を付着形成し、さらに、不純物層を形成しない
面（裏面）に同じアニール保護膜８を付着形成する。そ
の後、基板をアニールする。

アニール法としては、従来、電気炉を用い数十分の高温
熱処理を行っていたが、注入不純物の拡散が大きく、ま
た活性化率が十分に上がらないという問題があった。こ
れに対し、高出力のハロゲンランプ、アークランプ、ま
たはカーボンヒータ等を用いた短時間アニールは、基板
を１分以下の短時間で加熱することができるので、従来
法に比べ、注入不純物の拡散を非常に小さく抑え、かつ
高活性化率、高キャリア濃度が得られる。従って、デバ
イス特性の向上を図るうえで短時間アニールは必須技術
となっている。

短時間アニールでは、温度変化が非常に大きいこと、基
板のみを加熱することから、基板温度を直接、かつ素速
く測定することが、制御性・再現性のうえで重要である
。従来、温度モニターとしては熱電対を用いていたが、
測定の時間遅れが大きいこと、実際のプロセスでは基板
温度を直接測定することが非常に難しいことから、短時
間アニールの再現性・制御性は非常に悪かった。近年、
測定の時間遅れが非常に小さく、基板温度を非接触で測
定できるという特長を持つパイロメータが用いられるよ
うになり、短時間アニールき制御性・再現性が大幅に向
上した。

パイロメータは、基板から放射されるエネルギーの強度
がその基板の温度と一定の関係にあることを利用してい
る。基板の放射エネルギーの強度から基板温度を求める
とき、基板の放射率があらかじめわかっている必要があ
る。もし、放射率が間違っていると、パイロメータが示
す温度は正しい値を示さない。放射率は、基板の材質に
より決まるが、温度依存性がある。さらに、基板の材質
および温度が同じでも、基板表面の状態が異なると放射
率も異なる。すなわち、同じ化合物半導体基板でも保護
膜の質および膜厚が異なると、放射率も異なることにな
る。もしアニール中に保護膜の膜質または厚みが変化す
ると、放射率が変化し、パイロメータは真の値を示さず
、結果として設定どおりの温度コントロールができなく
なる。従って保護膜としては、アニール中に膜剥がれや
、膜質および膜厚の変化のないものを用いる必要がある
。

アニール保護膜としては、シリコン窒化膜、シリコン酸
化膜、またはアルミ窒化膜等が用いられている。アルミ
窒化膜は、高い活性化率がえられるが、加工・除去の点
で問題がある。シリコン酸化膜はアニール中に基板の構
成元素であるＧａの外部拡散が生じることから、注入不
純物層の活性化率の再現性・制御性が確保できない。一
方、シリコン窒化膜は、加工・除去性に優れ、アニール
中に基板の構成元素であるＧａ等の外部拡散がない特長
があり、アニール保護膜として最も優れている。しかし
、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜等に比べて基板と
の密着性が弱い。従来の電気炉アニールでは、この欠点
は全く問題にならなかった。ところが、昇温率が非常に
大きい短時間アニールにおいては、基板表面が少しでも
荒れていたり、汚れていたりすると、アニール中にその
部分で膜剥がれが生じ易い。注入不純物層のある面が、
プロセス中に荒れたり、汚れたりすることはないが、注
入不純物層のない面は、しばしば荒れたり、汚れたりす
る。このため、アニール中に裏面の保護膜が剥離すると
いう問題があった。一般に、パイロメータは基板の裏面
を見ていることから、裏面の膜剥がれ、すなわち裏面状
態の変化は、放射率の変化を招き、その結果、設定どま
りの温度コントロールができなくりなり、制御性・再現
性が得られないという問題があった。

また、基板の両端から内側にそれぞれ数胴までの範囲の
両端部では、シリコン窒化膜の密着性が悪く、基板表面
の汚れ等に関係なく短時間アニール中に膜剥がれが生じ
る。膜剥がれは多量のダストを発生させることになり、
デバイスの歩留まりを低下させるという問題があった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上述した欠点のない、化合物半導体の注入不
純物の熱処理法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の化合物半導体の熱処理法は、化合物半導体表面
にイオン注入により形成された不純物層に、保護膜を付
着形成した後、アニールすることによって不純物層を活
性化させて導電層を形成するにあたり、不純物層を形成
した面には、不純物の拡散を抑え、かつ加工性・除去性
に優れた保護膜を付着形成し、不純物層を形成しない面
には、密着性が高く、アニール中に膜剥がれや、膜質変
化のない保護膜を付着形成し、その後に、アニールする
ことによって不純物層を活性化させ導電層を形成する。

（作　用）前述した手段によれば、不純物層を形成しない面には、
密着性が高く、アニール中に膜剥がれや、膜質および膜
厚変化の無い保護膜を付着形成することにより、アニー
ル中に裏面状態に変化がないことから、パイロメータに
よる温度測定を正確に行うことができる。従って、短時
間アニールの高い再現性・制御性が得られる。基板周辺
、側面を含むすべての面で膜剥がれがないことから、ダ
ストの発生がなく歩留まりが向上する。さらに、このよ
うに制御性・再現性の非常に高い短時間アニールに加え
、不純物層を形成した面には不純物の拡散を抑え、かつ
加工性・除去性に優れた保護膜を付着形成することによ
り、注入不純物層の高活性化率を再現性・制御性良く得
ることができる。

また、デバイスを形成する面の保護膜は、加工性・除去
性に優れていることから、プロセス上の問題も発生しな
い。

（実施例）以下、図面により本発明の詳細な説明する。

この実施例はＧａＡｓ基板を用いた場合について説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例の保護膜付きＧａＡｓ基板
の断面図である。まず、ＧａＡｓ基板１の表面に、イオ
ン注入により不純物イオン、例えばＳｉイオンを注入し
、不純物！２を形成する。

この不純物２を形成した面に保護膜として、不純物の拡
散を抑え、かつ加工性・除去性に優れたシリコン窒化膜
３を付着形成する。さらに、不純物層２を形成しない面
の保護膜として、密着性が高く、アニール中に膜剥がれ
や、膜質および膜厚の変化のないシリコン酸化膜４を付
着形成する。これを短時間アニールすることにより注入
不純物層を活性かする。前述の説明かられかるように、
この実施例によれば、注入不純物層の高活性化率を制御
性・再現性良く得ることができる。また、加工性・除去
性およびダストの問題もない。

なお化合物半導体基板としては、ＧａＡｓ基板に限らず
、ＩｎＰ基板があり、さらに、ＣａＡ　ＩＡｓ層、ｒ　
ｎＧａＡｓ等をエピタキシャル生長させたＳｉ基板、Ｃ
ａＡｓ基板、またはＩｎＰ基板等があるが、これらの基
板であってもよいことは言うまでもない。

不純物を形成した面の保護膜としては、不純物または基
板構成元素の拡散を抑え、かつ加工性・除去性に優れた
膜であれば、いかなる膜でもよく、例えばシリコン窒化
膜等がある。

また、不純物を形成しない面の保護膜としては、基板と
の密着性が高く、アニール中に膜剥がれや、膜質および
膜厚の変化のない膜であれば、いかなる膜でもよく、例
えばシリコン窒化酸化膜等がある。

また、不純物を形成しない面の保護膜としては、基板と
の密着性が高く、アニール中に膜剥がれや、膜質および
膜厚の変化のない膜であれば、いかなる膜でもよく、例
えばアルミ窒化膜等がある。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の化合物半導体の熱処理法
によれば、不純物層を形成した面には、不純物の活性化
を抑え、かつ加工性・除去性に優れた保護膜を付着形成
し、不純物層を形成しない面には、密着性が高く、アニ
ール中に膜剥がれや、膜質おらび膜厚の変化がない保護
膜を付着形成することにより、短時間アニールの高い制
御性・再現性が得られ、注入不純物層の高活性化率を制
御性・再現性良く得ることができる。これにより、高性
能のトランジスタや、集積回路を、制御性・再現性良く
制作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の保護膜付きＧａＡｓ基板の
断面図、第２図は従来法におけるアニール保護膜付き化合物半導
体基板の断面図である。１・・・ＣａＡｓ基板２・・・不純物層３・・・シリコン窒化膜４・・・シリコン酸化膜５・・・化合物半導体基板６・・・不純物層７゜８・・・保護層特許出願人日本電信電話株式会社第１図第２図７、Ｂ−一一アニールイ呆謹脹

Claims

【特許請求の範囲】

１、化合物半導体表面にイオン注入により形成された不
純物層に、保護膜を付着形成した後、アニールすること
によって不純物層を活性化させて導電層を形成するにあ
たり、不純物層を形成した面には、不純物の拡散を抑え
、かつ加工性・除去性に優れた保護膜を付着形成し、不
純物層を形成しない面には、密着性が高く、アニール中
に膜剥がれや膜質変化のない保護膜を付着形成し、その
後に、アニールすることによって不純物層を活性化させ
導電層を形成することを特徴とする化合物半導体の熱処
理法。