JPH0480878B2 - - Google Patents
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- JPH0480878B2 JPH0480878B2 JP59095389A JP9538984A JPH0480878B2 JP H0480878 B2 JPH0480878 B2 JP H0480878B2 JP 59095389 A JP59095389 A JP 59095389A JP 9538984 A JP9538984 A JP 9538984A JP H0480878 B2 JPH0480878 B2 JP H0480878B2
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- Japan
- Prior art keywords
- annealing
- substrate
- compound semiconductor
- implanted
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Links
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明はGaAs、InP等の化合物半導体にＮ型
もしくはＰ型の不純物となり得るイオンを注入し
た後、化合物半導体を高温にてアニールし、イオ
ン注入層を活性化させる方法に関するものであ
る。
もしくはＰ型の不純物となり得るイオンを注入し
た後、化合物半導体を高温にてアニールし、イオ
ン注入層を活性化させる方法に関するものであ
る。
GaAs等の化合物半導体結晶基板を用いイオン
注入によつてトランジスタや集積回路を製作する
場合、アニールの工程は導電層を形成する上で不
可欠である。アニールは一般にイオン注入された
化合物半導体基板を抵抗加熱炉で数十分間高温加
熱処理するものである。加熱温度は基板に含まれ
る蒸気圧の高い成分例えばAsやＰが蒸発を開始
する温度より高いため基板が熱分解を生じるとい
う問題があつた。このためアニールによつて基板
表面に形成する導電層の電気的性質が変動し、バ
ラツキが大きいという問題があつた。
注入によつてトランジスタや集積回路を製作する
場合、アニールの工程は導電層を形成する上で不
可欠である。アニールは一般にイオン注入された
化合物半導体基板を抵抗加熱炉で数十分間高温加
熱処理するものである。加熱温度は基板に含まれ
る蒸気圧の高い成分例えばAsやＰが蒸発を開始
する温度より高いため基板が熱分解を生じるとい
う問題があつた。このためアニールによつて基板
表面に形成する導電層の電気的性質が変動し、バ
ラツキが大きいという問題があつた。
これを防ぐため蒸気圧の高い成分の蒸気圧下で
アニールしたり蒸発を防ぐための保護膜例えば、
SiO2膜やSi3N4膜を基板表面に形成した後にアニ
ールする方法が採られている。しかしながら前者
の方法では蒸気圧の高い成分を含むガスが有毒で
あるため操作や処理が複雑なプロセスとなり、生
産性が著しく低いという問題が残る。一方、後者
では保護膜の形成法、形成条件によつて膜の性質
が異なるため安定性、再現性が低くアニール中に
保護膜が割れる等の問題がある。
アニールしたり蒸発を防ぐための保護膜例えば、
SiO2膜やSi3N4膜を基板表面に形成した後にアニ
ールする方法が採られている。しかしながら前者
の方法では蒸気圧の高い成分を含むガスが有毒で
あるため操作や処理が複雑なプロセスとなり、生
産性が著しく低いという問題が残る。一方、後者
では保護膜の形成法、形成条件によつて膜の性質
が異なるため安定性、再現性が低くアニール中に
保護膜が割れる等の問題がある。
また、従来のアニール法は電気炉で数十分間高
温処理するため基板結晶内の残留不純物である
CrやMnが拡散や表面近傍での高濃度化等を起こ
し、イオン注入された原子と相互に影響を及ぼす
ことが知られている。このためアニールによる活
性化率が不安定となり、トランジスタや集積回路
の電気特性を制御することが困難となつている。
さらに従来のアニール法では注入された原子がア
ニール中に表面と平行な方向に十分の数ミクロン
も拡散する横方向拡散も知られている。このため
注入領域、例えば実効ゲート長が変化することに
なり1μｍという微細加工が必要な素子製造の面
からは重大な問題となる。
温処理するため基板結晶内の残留不純物である
CrやMnが拡散や表面近傍での高濃度化等を起こ
し、イオン注入された原子と相互に影響を及ぼす
ことが知られている。このためアニールによる活
性化率が不安定となり、トランジスタや集積回路
の電気特性を制御することが困難となつている。
さらに従来のアニール法では注入された原子がア
ニール中に表面と平行な方向に十分の数ミクロン
も拡散する横方向拡散も知られている。このため
注入領域、例えば実効ゲート長が変化することに
なり1μｍという微細加工が必要な素子製造の面
からは重大な問題となる。
これに対し、近年赤外線ランプによるアニール
法が報告されている。図２にその一例を示す基板
を急速に加熱できるという特徴から従来法のアニ
ールより約２桁短いアニール時間が可能であり、
従つて横方向拡散も抑制できると共に蒸気圧の高
いAsやＰの成分の蒸発も最小限に低減できると
報告されている。しかしながら、AsやＰの蒸発
は原理的に皆無にできない。例えば、800℃で10
秒間熱処理しただけでも鏡面研磨されたGaAs基
板表面の全面にわたつて微小な斑点が生じ、いわ
ゆるAs抜けが観察され、AsやＰの蒸発について
は依然問題が残つている。
法が報告されている。図２にその一例を示す基板
を急速に加熱できるという特徴から従来法のアニ
ールより約２桁短いアニール時間が可能であり、
従つて横方向拡散も抑制できると共に蒸気圧の高
いAsやＰの成分の蒸発も最小限に低減できると
報告されている。しかしながら、AsやＰの蒸発
は原理的に皆無にできない。例えば、800℃で10
秒間熱処理しただけでも鏡面研磨されたGaAs基
板表面の全面にわたつて微小な斑点が生じ、いわ
ゆるAs抜けが観察され、AsやＰの蒸発について
は依然問題が残つている。
さらに、赤外線ランプの急速加熱の特徴を生か
してアニールすると肉眼でも観察できる程の大き
な「スリツプライン」と呼ばれる結晶の歪が生じ
ることが知られている。これは、その部分の結晶
性が破壊されていることにより、トランジスタや
集積回路の電気特性を制御するための重大な障害
となつている。
してアニールすると肉眼でも観察できる程の大き
な「スリツプライン」と呼ばれる結晶の歪が生じ
ることが知られている。これは、その部分の結晶
性が破壊されていることにより、トランジスタや
集積回路の電気特性を制御するための重大な障害
となつている。
本発明はこのような従来法の欠点を解消し、化
合物半導体の熱分解を防ぐと同時に横方向の拡散
を抑制し得るアニール方法を提供するものであ
る。
合物半導体の熱分解を防ぐと同時に横方向の拡散
を抑制し得るアニール方法を提供するものであ
る。
以下、実施例に即して、本発明を説明する。図
１は化合物半導体としてGaAs基板を用いる場合
の本発明によるアニール法の構成を図示したもの
である。一度真空排気された後、N2ガスを満た
した石英管１１の内部中央に石英治具１２を介し
て保持された一対の同一形状をした数mm厚のカー
ボングラフアイト板１３の間に両面に厚さ1000Å
のSi3N4膜１４をプラズマCVD法で形成した
GaAs基板１５をイオン注入された面を上にして
置き、石英管１１の外部よりGaAs基板１５の両
面からランプヒータ１６を用いて照射して加熱さ
せる。アニール温度は、GaAs基板１５の近傍に
設置した熱電対により測定し、これを基準にして
ランプに印加する電力をPID制御することによ
り、加熱速度、アニール温度を一定にした。本発
明になるアニール法で900℃10秒間アニールした
試料は従来の電気炉で、800℃20分アニールした
試料と同等のキヤリア濃度プロフアイルを示し
た。さらにアニール時の昇温速度を従来法と同じ
20℃／秒〜80℃／秒とした急速加熱でアニールし
ても従来法のようなスリツプラインは観察されな
かつた。
１は化合物半導体としてGaAs基板を用いる場合
の本発明によるアニール法の構成を図示したもの
である。一度真空排気された後、N2ガスを満た
した石英管１１の内部中央に石英治具１２を介し
て保持された一対の同一形状をした数mm厚のカー
ボングラフアイト板１３の間に両面に厚さ1000Å
のSi3N4膜１４をプラズマCVD法で形成した
GaAs基板１５をイオン注入された面を上にして
置き、石英管１１の外部よりGaAs基板１５の両
面からランプヒータ１６を用いて照射して加熱さ
せる。アニール温度は、GaAs基板１５の近傍に
設置した熱電対により測定し、これを基準にして
ランプに印加する電力をPID制御することによ
り、加熱速度、アニール温度を一定にした。本発
明になるアニール法で900℃10秒間アニールした
試料は従来の電気炉で、800℃20分アニールした
試料と同等のキヤリア濃度プロフアイルを示し
た。さらにアニール時の昇温速度を従来法と同じ
20℃／秒〜80℃／秒とした急速加熱でアニールし
ても従来法のようなスリツプラインは観察されな
かつた。
本発明を構成する要件の一つはランプからの熱
線として赤外線のみならず、赤外線よりも波長の
短い光をも利用することにある。化合物半導体は
赤外領域の光線に対して大きな透過率を有してい
るため赤外線による化合物半導体基板の加熱は実
質上効率が極めて小さくなる。そこで本発明では
赤外線より短波長な光で基板を直接加熱すると同
時に赤外線で基板を載せたカーボングラフアイト
治具を加熱することにより、加熱効率を著しく向
上することにある。この結果、図３に示すように
従来の電気炉アニールと同等以上の大きな活性率
を得ることができた。なお図３において横軸はド
ーズ量（Φ）、縦軸はFETの閾値電圧（Vth）を
示す。
線として赤外線のみならず、赤外線よりも波長の
短い光をも利用することにある。化合物半導体は
赤外領域の光線に対して大きな透過率を有してい
るため赤外線による化合物半導体基板の加熱は実
質上効率が極めて小さくなる。そこで本発明では
赤外線より短波長な光で基板を直接加熱すると同
時に赤外線で基板を載せたカーボングラフアイト
治具を加熱することにより、加熱効率を著しく向
上することにある。この結果、図３に示すように
従来の電気炉アニールと同等以上の大きな活性率
を得ることができた。なお図３において横軸はド
ーズ量（Φ）、縦軸はFETの閾値電圧（Vth）を
示す。
本発明のもう一つの要件は、ランプからの光を
効率良く吸収して半導体基板に対して熱源となる
物体を基板に密着して対称的に配置することであ
る。図２に示す通り従来法では基板が直接雰囲気
にさらされており、基板の厚さ方向、特に基板表
面での急峻な温度勾配が存在する。本発明ではこ
のような温度勾配をなくす事ができスリツプライ
ンを防止することが可能となつた。この目的から
すると基板を挾む物体としてはランプからの光を
効率良く吸収する材質であれば本発明の目的を満
たすことになり、何ら実施例に制限されるもので
はない。
効率良く吸収して半導体基板に対して熱源となる
物体を基板に密着して対称的に配置することであ
る。図２に示す通り従来法では基板が直接雰囲気
にさらされており、基板の厚さ方向、特に基板表
面での急峻な温度勾配が存在する。本発明ではこ
のような温度勾配をなくす事ができスリツプライ
ンを防止することが可能となつた。この目的から
すると基板を挾む物体としてはランプからの光を
効率良く吸収する材質であれば本発明の目的を満
たすことになり、何ら実施例に制限されるもので
はない。
さらにもう一つの要件は化合物半導体基板の少
なくともイオン注入された面に無機化合物の保護
膜を形成してアニールすることにある。これによ
り蒸気圧の高い成分の蒸発を完全に阻止すること
が可能となる。この目的から考えるに無機化合物
膜としては実施例のSi3N4膜やプラズマCVD法に
何ら限定されるものではなく、他にSiO2膜、
Al2O3膜AlN膜等を周知の製法で形成することも
可能である。
なくともイオン注入された面に無機化合物の保護
膜を形成してアニールすることにある。これによ
り蒸気圧の高い成分の蒸発を完全に阻止すること
が可能となる。この目的から考えるに無機化合物
膜としては実施例のSi3N4膜やプラズマCVD法に
何ら限定されるものではなく、他にSiO2膜、
Al2O3膜AlN膜等を周知の製法で形成することも
可能である。
さらにアニールは化合物半導体基板に高温で不
必要な化合反応を生じないために不活性ガス中で
行なえば本発明の目的を満たすことから雰囲気は
実施例のN2ガスに何ら限定されるものではなく、
N2の他にAr、He等の不活性ガスやH2ガス及び
それらの混合ガスも適用できることを付言する。
必要な化合反応を生じないために不活性ガス中で
行なえば本発明の目的を満たすことから雰囲気は
実施例のN2ガスに何ら限定されるものではなく、
N2の他にAr、He等の不活性ガスやH2ガス及び
それらの混合ガスも適用できることを付言する。
図１は本発明によるアニール法の構成例を図示
したものであり、図２は従来のアニール法の構成
例である。図３は本発明の効果を示すデータであ
り、Ａは理論式、Ｂは本発明、Ｃは従来法による
ものである。 １１……石英管、１２……石英治具、１３……
カーボングラフアイト板、１４……無機化合物
膜、１５……化合物半導体基板、１６……ランプ
ヒータ。
したものであり、図２は従来のアニール法の構成
例である。図３は本発明の効果を示すデータであ
り、Ａは理論式、Ｂは本発明、Ｃは従来法による
ものである。 １１……石英管、１２……石英治具、１３……
カーボングラフアイト板、１４……無機化合物
膜、１５……化合物半導体基板、１６……ランプ
ヒータ。
Claims (1)
- １ Ｎ型またはＰ型となりうるイオンを注入され
少なくともイオン注入された側の表面に無機化合
物膜を形成した化合物半導体基板の両面を赤外線
及びそれより波長の短い光を吸収する物質からな
る一対の支持体ではさみ赤外線及びそれより短い
波長域にスペクトルをもつランプにて該化合物半
導体を照射して加熱することを特徴とする化合物
半導体のアニール法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9538984A JPS60239398A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | 化合物半導体のアニ−ル法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9538984A JPS60239398A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | 化合物半導体のアニ−ル法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60239398A JPS60239398A (ja) | 1985-11-28 |
| JPH0480878B2 true JPH0480878B2 (ja) | 1992-12-21 |
Family
ID=14136291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9538984A Granted JPS60239398A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | 化合物半導体のアニ−ル法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60239398A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4306398A1 (de) * | 1993-03-02 | 1994-09-08 | Leybold Ag | Vorrichtung zum Erwärmen eines Substrates |
| WO2006098432A1 (ja) | 2005-03-18 | 2006-09-21 | Japan Science And Technology Agency | 磁性半導体材料 |
-
1984
- 1984-05-11 JP JP9538984A patent/JPS60239398A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60239398A (ja) | 1985-11-28 |
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