JPH077009A - 化合物半導体の熱処理方法 - Google Patents
化合物半導体の熱処理方法Info
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- JPH077009A JPH077009A JP5053272A JP5327293A JPH077009A JP H077009 A JPH077009 A JP H077009A JP 5053272 A JP5053272 A JP 5053272A JP 5327293 A JP5327293 A JP 5327293A JP H077009 A JPH077009 A JP H077009A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 化合物半導体へイオン注入した後、活性化の
ために熱処理する際、保護膜を必要とせず、安全で簡便
な熱処理方法を提供する。 【構成】 平板部材の少なくとも表面近傍に、砒素を含
有させ、この面を砒素を構成元素とする化合物半導体基
板の注入領域に密着させて熱処理を行なうことで、平板
部材表面から蒸発する砒素圧を化合物半導体基板表面に
印加し、化合物半導体基板表面からの砒素分子の蒸発を
防止する。
ために熱処理する際、保護膜を必要とせず、安全で簡便
な熱処理方法を提供する。 【構成】 平板部材の少なくとも表面近傍に、砒素を含
有させ、この面を砒素を構成元素とする化合物半導体基
板の注入領域に密着させて熱処理を行なうことで、平板
部材表面から蒸発する砒素圧を化合物半導体基板表面に
印加し、化合物半導体基板表面からの砒素分子の蒸発を
防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体基板およ
び化合物エピタキシャル薄膜等の熱処理方法の改良に関
する。
び化合物エピタキシャル薄膜等の熱処理方法の改良に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ等の３−５族化合物半導体基板
にイオン注入によって不純物を添加し伝導キャリアとし
て利用する場合、注入時に発生する結晶欠陥の復元や、
添加した不純物原子を所望の格子位置に移動させるため
に、活性化と呼ばれる熱処理を必要とする。一般にこの
熱処理温度は、ＧａＡｓ基板の構成元素である砒素の蒸
発温度より高い。そのため、半導体基板表面から砒素分
子が蒸発し、砒素空孔が生成し、キャリアの活性化率の
低下や、半導体基板表面の平坦性の劣化、さらに半導体
基板表面に残留するガリウムが原因となり、電子デバイ
スの特性が変動するという問題が生じる。この砒素分子
の蒸発を防止する方法として、キャップアニール法や雰
囲気制御アニール法が行なわれてきた。キャップアニー
ル法は、半導体基板の表面を熱的に安定な保護膜で覆い
熱処理を行なう方法であるが、保護膜の種類によっては
半導体基板と保護膜の熱膨張係数の差によって、熱応力
の影響を受け、注入不純物の異常分布が起こったり、保
護膜中に半導体基板の構成元素や注入不純物が外部拡散
し、キャリアの活性化を妨げるという問題があった。さ
らに熱処理後は、保護膜を除去する工程が必要であり、
デバイス作製工程が複雑になり歩留まりが低下するとい
う欠点があった。一方雰囲気制御アニール法は、熱処理
装置の雰囲気中に過剰の砒素圧を加えながら加熱する方
法で、一般に砒素圧源としてアルシンが用いられる。こ
のアルシンは非常に毒性が強く、安全性の面で大きな問
題があった。アルシンを使用しない方法もいくつか提案
されているが、熱処理装置の構造が複雑になったり、十
分な砒素圧が得られないといった欠点があった。さら
に、砒素圧源の純度が低いため半導体基板を汚染するな
どの欠点があった。
にイオン注入によって不純物を添加し伝導キャリアとし
て利用する場合、注入時に発生する結晶欠陥の復元や、
添加した不純物原子を所望の格子位置に移動させるため
に、活性化と呼ばれる熱処理を必要とする。一般にこの
熱処理温度は、ＧａＡｓ基板の構成元素である砒素の蒸
発温度より高い。そのため、半導体基板表面から砒素分
子が蒸発し、砒素空孔が生成し、キャリアの活性化率の
低下や、半導体基板表面の平坦性の劣化、さらに半導体
基板表面に残留するガリウムが原因となり、電子デバイ
スの特性が変動するという問題が生じる。この砒素分子
の蒸発を防止する方法として、キャップアニール法や雰
囲気制御アニール法が行なわれてきた。キャップアニー
ル法は、半導体基板の表面を熱的に安定な保護膜で覆い
熱処理を行なう方法であるが、保護膜の種類によっては
半導体基板と保護膜の熱膨張係数の差によって、熱応力
の影響を受け、注入不純物の異常分布が起こったり、保
護膜中に半導体基板の構成元素や注入不純物が外部拡散
し、キャリアの活性化を妨げるという問題があった。さ
らに熱処理後は、保護膜を除去する工程が必要であり、
デバイス作製工程が複雑になり歩留まりが低下するとい
う欠点があった。一方雰囲気制御アニール法は、熱処理
装置の雰囲気中に過剰の砒素圧を加えながら加熱する方
法で、一般に砒素圧源としてアルシンが用いられる。こ
のアルシンは非常に毒性が強く、安全性の面で大きな問
題があった。アルシンを使用しない方法もいくつか提案
されているが、熱処理装置の構造が複雑になったり、十
分な砒素圧が得られないといった欠点があった。さら
に、砒素圧源の純度が低いため半導体基板を汚染するな
どの欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を解
決するため、保護膜を必要とせず、安全で簡便な熱処理
方法を提供することを目的とする。
決するため、保護膜を必要とせず、安全で簡便な熱処理
方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、半導体基板表面に平板部材を対置させて熱処
理を行ない、平板部材は少なくとも表面近傍に、熱処理
温度において半導体基板表面から蒸発する元素を含有す
ることを特徴とするものである。
本発明は、半導体基板表面に平板部材を対置させて熱処
理を行ない、平板部材は少なくとも表面近傍に、熱処理
温度において半導体基板表面から蒸発する元素を含有す
ることを特徴とするものである。
【０００５】
【実施例】図１は、本発明の一実施例である。図におい
て、１はＧａＡｓ基板、２はＧａＡｓ基板１表面にイオ
ン注入法によってシリコンイオンを注入したシリコン注
入領域、３はシリコンウエハ表面にイオン注入法によっ
て砒素イオンを注入した砒素注入領域、４は平板部材と
して使用するシリコンウエハである。面方位（１００）
のアンドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板１表面に、シリコン
イオンを加速電圧７０ＫｅＶ、注入量７Ｅ＋１２ｃｍ-2
の条件で注入し、シリコン注入領域２を形成する。シリ
コンウエハ４表面には、砒素イオンを加速電圧８０Ｋｅ
Ｖ、注入量１Ｅ＋１６ｃｍ-2の条件で注入し、砒素注入
領域３を形成する。この条件で砒素イオンの注入を行な
うと、シリコンウエハ４表面の砒素注入領域３には、表
面から約３００Ａの深さに４．０Ｅ＋２１ｃｍ-3 程度
の濃度ピークを持つように、砒素イオンを含有させるこ
とができる。このようにイオン注入法を用いることによ
って、シリコンウエハ表面の極めて浅い領域に固溶限界
（約１．５Ｅ＋２１ｃｍ-3）を越えて高密度の砒素原子
を含有させることができる。
て、１はＧａＡｓ基板、２はＧａＡｓ基板１表面にイオ
ン注入法によってシリコンイオンを注入したシリコン注
入領域、３はシリコンウエハ表面にイオン注入法によっ
て砒素イオンを注入した砒素注入領域、４は平板部材と
して使用するシリコンウエハである。面方位（１００）
のアンドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板１表面に、シリコン
イオンを加速電圧７０ＫｅＶ、注入量７Ｅ＋１２ｃｍ-2
の条件で注入し、シリコン注入領域２を形成する。シリ
コンウエハ４表面には、砒素イオンを加速電圧８０Ｋｅ
Ｖ、注入量１Ｅ＋１６ｃｍ-2の条件で注入し、砒素注入
領域３を形成する。この条件で砒素イオンの注入を行な
うと、シリコンウエハ４表面の砒素注入領域３には、表
面から約３００Ａの深さに４．０Ｅ＋２１ｃｍ-3 程度
の濃度ピークを持つように、砒素イオンを含有させるこ
とができる。このようにイオン注入法を用いることによ
って、シリコンウエハ表面の極めて浅い領域に固溶限界
（約１．５Ｅ＋２１ｃｍ-3）を越えて高密度の砒素原子
を含有させることができる。
【０００６】ＧａＡｓ基板１表面にシリコンイオンを注
入した後の活性化のための熱処理は、シリコン注入領域
２と砒素注入領域３とを密着させ、ハロゲンランプアニ
ール装置を用い、窒素雰囲気中で、９５０℃、１０００
℃それぞれ５秒間行なった。図２に熱処理後のＧａＡｓ
基板のキャリア濃度プロファイルを示す。図においてＡ
は９５０℃、Ｂは１０００℃で熱処理を行なった後のキ
ャリア濃度プロファイルである。比較のために図３に砒
素イオンを注入しないシリコンウエハにＧａＡｓ基板を
密着させて熱処理した後のキャリア濃度プロファイルを
示す。測定はＣＶ法によって行なった。
入した後の活性化のための熱処理は、シリコン注入領域
２と砒素注入領域３とを密着させ、ハロゲンランプアニ
ール装置を用い、窒素雰囲気中で、９５０℃、１０００
℃それぞれ５秒間行なった。図２に熱処理後のＧａＡｓ
基板のキャリア濃度プロファイルを示す。図においてＡ
は９５０℃、Ｂは１０００℃で熱処理を行なった後のキ
ャリア濃度プロファイルである。比較のために図３に砒
素イオンを注入しないシリコンウエハにＧａＡｓ基板を
密着させて熱処理した後のキャリア濃度プロファイルを
示す。測定はＣＶ法によって行なった。
【０００７】９５０℃（Ａ）では、砒素注入領域３があ
る場合（図２）とない場合（図３）とで濃度プロファイ
ルに大きな差は生じないが、１０００℃では、砒素注入
領域がない場合（図３Ｂ）、ＧａＡｓ基板表面近傍で、
砒素分子の蒸発によると思われるキャリア濃度の低下が
発生した。一方、砒素注入領域３がある場合（図２Ｂ）
はキャリア濃度の低下は見られず、本願発明の効果の差
が明らかとなった。これは、シリコンウエハ４表面に含
有された砒素は、加熱中に蒸発し、表面に密着している
ＧａＡｓ基板１表面近傍に砒素圧を印加すると共に、シ
リコンウエハ４が砒素を吸収することを防止し、ＧａＡ
ｓ基板１表面からの砒素の蒸発を減少させているためと
考えられる。従って、砒素注入領域３の砒素密度が高い
ほどその効果は高く現われる。一般にシリコン中に砒素
を含有させる場合、その最大含有量は熱平衡化におい
て、ある限界値（固溶限界）を取るが、イオン注入法を
用いると、この限界値を越える範囲まで含有させること
が可能となり、より高い砒素蒸発防止の効果が期待でき
る。
る場合（図２）とない場合（図３）とで濃度プロファイ
ルに大きな差は生じないが、１０００℃では、砒素注入
領域がない場合（図３Ｂ）、ＧａＡｓ基板表面近傍で、
砒素分子の蒸発によると思われるキャリア濃度の低下が
発生した。一方、砒素注入領域３がある場合（図２Ｂ）
はキャリア濃度の低下は見られず、本願発明の効果の差
が明らかとなった。これは、シリコンウエハ４表面に含
有された砒素は、加熱中に蒸発し、表面に密着している
ＧａＡｓ基板１表面近傍に砒素圧を印加すると共に、シ
リコンウエハ４が砒素を吸収することを防止し、ＧａＡ
ｓ基板１表面からの砒素の蒸発を減少させているためと
考えられる。従って、砒素注入領域３の砒素密度が高い
ほどその効果は高く現われる。一般にシリコン中に砒素
を含有させる場合、その最大含有量は熱平衡化におい
て、ある限界値（固溶限界）を取るが、イオン注入法を
用いると、この限界値を越える範囲まで含有させること
が可能となり、より高い砒素蒸発防止の効果が期待でき
る。
【０００８】図４は１０００℃、５秒間の加熱処理を行
なった後のＧａＡｓ基板表面の電子顕微鏡写真である。
図４（ａ）は砒素注入領域がないシリコンウエハを使用
した時の表面状態であり、図４（ｂ）は砒素注入領域３
があるシリコンウエハ４を使用した時の表面状態であ
る。砒素注入領域がない図４（ａ）では、ＧａＡｓ基板
表面に小さな粒体が多数存在し、また砒素分子が蒸発し
たためできたと思われる窪みが多数観察される。これに
対し、砒素注入領域３がある図４（ｂ）は、平坦な面が
保たれ粒体も少ない。しかし、砒素注入領域３がある図
４（ｂ）でもわずかに砒素の蒸発が確認される。さらに
砒素の蒸発量を押さえるためには、シリコンウエハ４に
含有する砒素原子の密度を増やすことが必要である。砒
素原子の密度が少なくとも固溶限界を越える程度まで高
密度化させることは、イオン注入法によって実現するこ
とが可能である。また、シリコン注入領域２と砒素注入
領域３とは、必ずしも密着させる必要はないが、シリコ
ン注入領域２に高い砒素圧を印加させるためには、密着
させることが効果的である。
なった後のＧａＡｓ基板表面の電子顕微鏡写真である。
図４（ａ）は砒素注入領域がないシリコンウエハを使用
した時の表面状態であり、図４（ｂ）は砒素注入領域３
があるシリコンウエハ４を使用した時の表面状態であ
る。砒素注入領域がない図４（ａ）では、ＧａＡｓ基板
表面に小さな粒体が多数存在し、また砒素分子が蒸発し
たためできたと思われる窪みが多数観察される。これに
対し、砒素注入領域３がある図４（ｂ）は、平坦な面が
保たれ粒体も少ない。しかし、砒素注入領域３がある図
４（ｂ）でもわずかに砒素の蒸発が確認される。さらに
砒素の蒸発量を押さえるためには、シリコンウエハ４に
含有する砒素原子の密度を増やすことが必要である。砒
素原子の密度が少なくとも固溶限界を越える程度まで高
密度化させることは、イオン注入法によって実現するこ
とが可能である。また、シリコン注入領域２と砒素注入
領域３とは、必ずしも密着させる必要はないが、シリコ
ン注入領域２に高い砒素圧を印加させるためには、密着
させることが効果的である。
【０００９】本発明は、熱処理装置内にアルシンのよう
に毒性の強い物質を充填して砒素圧を印加するのではな
く、ＧａＡｓ基板表面のシリコン注入領域の極近傍に砒
素圧の供給源を配置して熱処理を行なうことにより、砒
素分子の蒸発を防止できることが明らかとなった。本発
明は、熱処理装置の構造を特別に変更する必要がないだ
けでなく、工程そのものを変更する必要もない。また、
シリコンウエハに適当な頻度で砒素イオンの注入を行な
うことで、くり返し使用することが可能である。平板部
材としてシリコンウエハを例に取り説明を行なったが、
シリコンウエハに限定されるものではなく、１）熱処理
温度において熱的に安定であること、２）熱伝導率が高
く密着させた被加熱物の温度を短時間で上昇させるこ
と、３）熱処理時に被加熱物を汚染しないためには高純
度の物質であること、４）表面の平坦性が良く被加熱物
と密着性が良いことが必要である。被加熱物である化合
物半導体としてＧａＡｓの他ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡ
ｓ等の熱処理においても、本発明は有効である。
に毒性の強い物質を充填して砒素圧を印加するのではな
く、ＧａＡｓ基板表面のシリコン注入領域の極近傍に砒
素圧の供給源を配置して熱処理を行なうことにより、砒
素分子の蒸発を防止できることが明らかとなった。本発
明は、熱処理装置の構造を特別に変更する必要がないだ
けでなく、工程そのものを変更する必要もない。また、
シリコンウエハに適当な頻度で砒素イオンの注入を行な
うことで、くり返し使用することが可能である。平板部
材としてシリコンウエハを例に取り説明を行なったが、
シリコンウエハに限定されるものではなく、１）熱処理
温度において熱的に安定であること、２）熱伝導率が高
く密着させた被加熱物の温度を短時間で上昇させるこ
と、３）熱処理時に被加熱物を汚染しないためには高純
度の物質であること、４）表面の平坦性が良く被加熱物
と密着性が良いことが必要である。被加熱物である化合
物半導体としてＧａＡｓの他ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡ
ｓ等の熱処理においても、本発明は有効である。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、化合物半
導体の熱処理において、熱処理温度において蒸発する元
素を予め平板部材表面に含有させ、平板部材を半導体基
板表面に対置させて熱処理することにより、平板部材表
面から蒸発する砒素分子を砒素圧源とするため、アルシ
ンのような毒性の強い物質を砒素圧源として使用する必
要がない。そのため熱処理装置の改造を必要とせず、安
全に熱処理をすることができるという利点がある。ま
た、平板部材としてシリコンウエハを利用するため、砒
素をイオン注入法で含有することができ、より高い砒素
圧印加効果が期待できる。シリコンウエハ及びイオン注
入法は、高純度の物質を使用することができるため、半
導体基板を汚染することはない。さらに、シリコンは半
導体基板への注入イオンであり、半導体基板表面の汚染
を防止する点で有利となる。
導体の熱処理において、熱処理温度において蒸発する元
素を予め平板部材表面に含有させ、平板部材を半導体基
板表面に対置させて熱処理することにより、平板部材表
面から蒸発する砒素分子を砒素圧源とするため、アルシ
ンのような毒性の強い物質を砒素圧源として使用する必
要がない。そのため熱処理装置の改造を必要とせず、安
全に熱処理をすることができるという利点がある。ま
た、平板部材としてシリコンウエハを利用するため、砒
素をイオン注入法で含有することができ、より高い砒素
圧印加効果が期待できる。シリコンウエハ及びイオン注
入法は、高純度の物質を使用することができるため、半
導体基板を汚染することはない。さらに、シリコンは半
導体基板への注入イオンであり、半導体基板表面の汚染
を防止する点で有利となる。
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例の効果を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例の効果を示すための比較のグ
ラフである。
ラフである。
【図４】本発明の一実施例の効果を示す電子顕微鏡写真
である。
である。
１ ＧａＡｓ基板 ２ シリコン注入領域 ３ 砒素注入領域 ４ シリコンウエハ
【手続補正書】
【提出日】平成６年１月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 １０００℃、５秒間の加熱処理を行った
後のＧａＡｓ基板表面の表面状態を電子顕微鏡で観察し
た結果、砒素注入領域がないシリコンウエハを使用した
場合には、ＧａＡｓ基板表面に小さな粒体が多数付着
し、また砒素分子が蒸発したためできたと考えられる窪
みが多数観察された。これに対し、砒素注入領域がある
シリコンウエハを使用した場合には、ＧａＡｓ基板表面
は平坦な面が保たれ、付着する粒体の数も少なかった。
しかし、完全に砒素の蒸発が抑えられたとは言えず、さ
らに砒素の蒸発を抑えるためには、シリコンウエハに含
有する砒素原子の密度を増やすことが必要である。砒素
原子の密度が少なくとも固溶限界を越える程度まで高密
度化させることは、イオン注入法によって実現すること
が可能である。また、シリコン注入領域と砒素注入領域
とは、必ずしも密着させる必要はないが、シリコン注入
領域に高い砒素圧を印加させるためには、密着させるこ
とが効果的である。
後のＧａＡｓ基板表面の表面状態を電子顕微鏡で観察し
た結果、砒素注入領域がないシリコンウエハを使用した
場合には、ＧａＡｓ基板表面に小さな粒体が多数付着
し、また砒素分子が蒸発したためできたと考えられる窪
みが多数観察された。これに対し、砒素注入領域がある
シリコンウエハを使用した場合には、ＧａＡｓ基板表面
は平坦な面が保たれ、付着する粒体の数も少なかった。
しかし、完全に砒素の蒸発が抑えられたとは言えず、さ
らに砒素の蒸発を抑えるためには、シリコンウエハに含
有する砒素原子の密度を増やすことが必要である。砒素
原子の密度が少なくとも固溶限界を越える程度まで高密
度化させることは、イオン注入法によって実現すること
が可能である。また、シリコン注入領域と砒素注入領域
とは、必ずしも密着させる必要はないが、シリコン注入
領域に高い砒素圧を印加させるためには、密着させるこ
とが効果的である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】 本発明の一実施例の効果を示すグラフであ
る。
る。
【図３】 本発明の一実施例の効果を示すための比較の
グラフである。
グラフである。
【符号の説明】 １ ＧａＡｓ基板 ２ シリコン注入領域 ３ 砒素注入領域 ４ シリコンウエハ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】削除
Claims (3)
- 【請求項１】 化合物半導体の熱処理方法において、化
合物半導体表面に平板部材を対置させて熱処理すること
と、該化合物半導体基板に対置する平板部材は、少なく
とも表面近傍に、前記化合物半導体の構成元素で該熱処
理温度において蒸発する元素を含有することを特徴とす
る化合物半導体の熱処理方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の化合物半導体の熱処理方
法において、化合物半導体がガリウム、砒素から成るこ
とと、平板部材がシリコンから成ることと、該平板部材
表面近傍に含有する元素が砒素であることを特徴とする
化合物半導体の熱処理方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の化合物半導体の熱処理方
法において、イオン注入法により平板部材表面近傍に元
素を含有させることを特徴とする化合物半導体の熱処理
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053272A JPH077009A (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 化合物半導体の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053272A JPH077009A (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 化合物半導体の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH077009A true JPH077009A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=12938110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5053272A Pending JPH077009A (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 化合物半導体の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077009A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011176337A (ja) * | 2005-06-20 | 2011-09-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ダイヤモンド半導体素子およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-02-19 JP JP5053272A patent/JPH077009A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011176337A (ja) * | 2005-06-20 | 2011-09-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ダイヤモンド半導体素子およびその製造方法 |
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