JPH0797567B2 - 薄膜の形成方法 - Google Patents
薄膜の形成方法Info
- Publication number
- JPH0797567B2 JPH0797567B2 JP15809887A JP15809887A JPH0797567B2 JP H0797567 B2 JPH0797567 B2 JP H0797567B2 JP 15809887 A JP15809887 A JP 15809887A JP 15809887 A JP15809887 A JP 15809887A JP H0797567 B2 JPH0797567 B2 JP H0797567B2
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- JP
- Japan
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- ain
- film
- heat treatment
- thin film
- ion implantation
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特にIII−Ｖ化合物半導体へのイオン注入後の
熱処理工程等の熱処理時に表面保護用の表面被覆など
や、III−Ｖ化合物半導体デバイスの表面安定化に適用
した場合に有効な薄膜の形成方法に関する。
熱処理工程等の熱処理時に表面保護用の表面被覆など
や、III−Ｖ化合物半導体デバイスの表面安定化に適用
した場合に有効な薄膜の形成方法に関する。
III−Ｖ化合物に代表される化合物半導体へ不純物を導
入する技術の再現性と制御性には問題があることは良く
知られている。この原因としてはSiに較べてGaAs結晶等
の化合物半導体の機械的性質が弱いためにイオン注入等
により結晶中に損傷が発生しやすいといった本質的な問
題もあるが、活性化過程である熱処理時における保護膜
として適切なものがないためである。半導体デバイス・
プロセスでの熱処理はイオン注入後の熱処理に限ったも
のではない。化合物半導体ではこうした熱処理過程で表
面の化学量論比が変動し、多くの問題が発生する。この
ため適切な熱処理保護膜が待望されるものである。ま
た、適切な保護膜はデバイスの表面安定化にとってもぜ
ひ必要なものであるが、化合物半導体では適切なものが
なく、これがデバイスの性能や歩留りを低下させる大き
な原因となっているのが現状である。
入する技術の再現性と制御性には問題があることは良く
知られている。この原因としてはSiに較べてGaAs結晶等
の化合物半導体の機械的性質が弱いためにイオン注入等
により結晶中に損傷が発生しやすいといった本質的な問
題もあるが、活性化過程である熱処理時における保護膜
として適切なものがないためである。半導体デバイス・
プロセスでの熱処理はイオン注入後の熱処理に限ったも
のではない。化合物半導体ではこうした熱処理過程で表
面の化学量論比が変動し、多くの問題が発生する。この
ため適切な熱処理保護膜が待望されるものである。ま
た、適切な保護膜はデバイスの表面安定化にとってもぜ
ひ必要なものであるが、化合物半導体では適切なものが
なく、これがデバイスの性能や歩留りを低下させる大き
な原因となっているのが現状である。
GaAsへのイオン注入後の熱処理保護膜としては通常、Si
3N4やSiO2膜が用いられてきたが、これらの膜では活性
化率等に再現性が得られないことは良く知られた事実で
ある。これに対してプラズマ堆積法によるAIN膜はイオ
ン注入後の活性化率が高く、イオン注入層先端部におけ
る不純物の拡散による裾がきわめて少ないことが報告さ
れている。AIN膜が活性化プロセスにとって適したもの
であることはSi3N4やSiO2膜とは違い、AIN自身がIII−
Ｖ化合物であることからも容易に類推できよう。例えば
AINはGaAsなどのIII−Ｖ化合物半導体と、熱膨張係数が
近いといった物性が熱処理保護膜としての良好な特性を
与えていると思われる。さらにAINはデバイスの表面安
定化膜としても良好な特性を与えるもので製造歩留りの
向上をももたらす。
3N4やSiO2膜が用いられてきたが、これらの膜では活性
化率等に再現性が得られないことは良く知られた事実で
ある。これに対してプラズマ堆積法によるAIN膜はイオ
ン注入後の活性化率が高く、イオン注入層先端部におけ
る不純物の拡散による裾がきわめて少ないことが報告さ
れている。AIN膜が活性化プロセスにとって適したもの
であることはSi3N4やSiO2膜とは違い、AIN自身がIII−
Ｖ化合物であることからも容易に類推できよう。例えば
AINはGaAsなどのIII−Ｖ化合物半導体と、熱膨張係数が
近いといった物性が熱処理保護膜としての良好な特性を
与えていると思われる。さらにAINはデバイスの表面安
定化膜としても良好な特性を与えるもので製造歩留りの
向上をももたらす。
しかし、このAINは吸湿性を有するためであると考えら
れるが、AIN堆積後の保管状況が悪かったりすると、必
ずしも活性化率やキャリア分布の形状に安定したものが
得られず、この優れた再現性を維持するためにはAIN堆
積後、速やかに熱処理活性化プロセスに移行する必要が
ある。
れるが、AIN堆積後の保管状況が悪かったりすると、必
ずしも活性化率やキャリア分布の形状に安定したものが
得られず、この優れた再現性を維持するためにはAIN堆
積後、速やかに熱処理活性化プロセスに移行する必要が
ある。
この解決手段としてAINの表面を酸化する方法がある
が、AIとＮとの結合が強いために表面酸化は必ずしもう
まく行かず、再現性に問題があった。
が、AIとＮとの結合が強いために表面酸化は必ずしもう
まく行かず、再現性に問題があった。
本発明の目的はGaAs結晶等の化合物半導体の、イオン注
入後の熱処理時等において、その再現性を向上するこ
と、しかも表面安定化にとっても有効な薄膜の製造方法
を提供するものである。
入後の熱処理時等において、その再現性を向上するこ
と、しかも表面安定化にとっても有効な薄膜の製造方法
を提供するものである。
即ち、AIN膜が堆積直後ではきわめて優れた性質を有す
るにもかかわらず、長期の安定性に欠けることは上述の
とおりであるが、本発明においてはこの長期の安定性に
も優れた薄膜の形成方法を提供するものである。
るにもかかわらず、長期の安定性に欠けることは上述の
とおりであるが、本発明においてはこの長期の安定性に
も優れた薄膜の形成方法を提供するものである。
上記目的を達成するために、本発明は、III−Ｖ族化合
物半導体の表面にAINを堆積したウエーハを、加湿した
ガス雰囲気中で熱処理する第１工程と、後に加湿されて
いないガス雰囲気中で再度熱処理をする第２工程とを行
うようにしたものである。
物半導体の表面にAINを堆積したウエーハを、加湿した
ガス雰囲気中で熱処理する第１工程と、後に加湿されて
いないガス雰囲気中で再度熱処理をする第２工程とを行
うようにしたものである。
AIN膜表面を酸化することでAIN表面の酸化は確実に進
み、イオン注入後の熱処理保護膜としても、また表面保
護膜としてもきわめて優れた特性を有するものが再現性
良く得られる。
み、イオン注入後の熱処理保護膜としても、また表面保
護膜としてもきわめて優れた特性を有するものが再現性
良く得られる。
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。第１図
は本発明の薄膜形成を適用したウエーハ構造の断面図を
示したもので、以下にその作成方法を示す。まず、半絶
縁性GaAs基板11にイオン注入層12を設ける。イオン注入
は100keVで行い、ドース量は１×1012cm-2で行ったもの
である。次にイオン注入層12の表面にAIN薄膜13を形成
する。AIN薄膜13は減圧系での有機金属熱分解法を用
い、すなわちトリメチルアルミニウムとヒドラジンを原
料として堆積温度450℃で約1000オングストロームを堆
積したものである。次に〜60℃に加熱した水中でバブル
させることで加湿した酸素あるいは窒素ガスの雰囲気
中、200℃の下で上記ウエーハを加熱処理し、AIN表面を
〜５分間酸化する。加湿雰囲気での熱処理により表面に
は確実な酸化層131が生じる。この酸化層131はこのまま
では不安定である。すなわち、膜は傷つきやすい。その
原因としてはゲル状の水酸化アルミニウムができている
ためと考えられる。そこで水分を除くために再び、加湿
していない酸素あるいは窒素ガス中で300℃、５分間の
熱処理を加える。以上の工程を経て酸化層131は強固な
酸化層に変質する。このときのAIN膜表面酸化層の厚さ1
00オングストローム足らずである。
は本発明の薄膜形成を適用したウエーハ構造の断面図を
示したもので、以下にその作成方法を示す。まず、半絶
縁性GaAs基板11にイオン注入層12を設ける。イオン注入
は100keVで行い、ドース量は１×1012cm-2で行ったもの
である。次にイオン注入層12の表面にAIN薄膜13を形成
する。AIN薄膜13は減圧系での有機金属熱分解法を用
い、すなわちトリメチルアルミニウムとヒドラジンを原
料として堆積温度450℃で約1000オングストロームを堆
積したものである。次に〜60℃に加熱した水中でバブル
させることで加湿した酸素あるいは窒素ガスの雰囲気
中、200℃の下で上記ウエーハを加熱処理し、AIN表面を
〜５分間酸化する。加湿雰囲気での熱処理により表面に
は確実な酸化層131が生じる。この酸化層131はこのまま
では不安定である。すなわち、膜は傷つきやすい。その
原因としてはゲル状の水酸化アルミニウムができている
ためと考えられる。そこで水分を除くために再び、加湿
していない酸素あるいは窒素ガス中で300℃、５分間の
熱処理を加える。以上の工程を経て酸化層131は強固な
酸化層に変質する。このときのAIN膜表面酸化層の厚さ1
00オングストローム足らずである。
こうしてAIN表面を酸化した後、イオン注入層12の活性
化を行うために800℃から950℃の間で50度毎の各温度で
20分間の熱処理を施し、活性化率およびキャリア分布を
測定した。その結果、800℃から950℃に至るまで活性化
率は〜70％を示し、イオン注入層先端部における不純物
の拡散によるキャリア分布の裾はきわめて少ないものが
得られた。
化を行うために800℃から950℃の間で50度毎の各温度で
20分間の熱処理を施し、活性化率およびキャリア分布を
測定した。その結果、800℃から950℃に至るまで活性化
率は〜70％を示し、イオン注入層先端部における不純物
の拡散によるキャリア分布の裾はきわめて少ないものが
得られた。
ところが、堆積後、数日たったものを熱処理した場合に
は活性化率が低下し、かつ不純物の拡散によるキャリア
分布の裾が明瞭に見られるようになった。
は活性化率が低下し、かつ不純物の拡散によるキャリア
分布の裾が明瞭に見られるようになった。
また、本発明の表面酸化を行ったAIN薄膜をGaAs電界効
果トランジスタ（通称MESFET）のゲートとソースおよび
ゲートとドレイン間のGaAs露出表面に形成したところ、
ソースとドレイン間の電流値はいかなるバイアス電圧条
件下にあっても数ケ月以上の長期にわたり変動がないも
のが得られた。一方、酸化層131を有しない場合は長期
的なソースとドレイン間の電流変動が観測された。
果トランジスタ（通称MESFET）のゲートとソースおよび
ゲートとドレイン間のGaAs露出表面に形成したところ、
ソースとドレイン間の電流値はいかなるバイアス電圧条
件下にあっても数ケ月以上の長期にわたり変動がないも
のが得られた。一方、酸化層131を有しない場合は長期
的なソースとドレイン間の電流変動が観測された。
表面酸化層131を設けた構造が有利であることはプラズ
マ法やスパッタ法によるAIN膜に対しても観測できる。
この場合、表面安定化膜としての特性は良いとはいえな
い。この原因はプラズマ法やスパッタ法ではGaAs表面に
物理的損傷を与えるためであろう。しかし、イオン注入
における熱処理保護膜としての特性は良いものであり、
堆積後の時間経過に伴う活性化率の低下は酸化すること
で起こらなくなる。従って、この表面酸化層の効果は堆
積法に依存するものではなく、吸湿性を有するAIN膜の
表面を酸化層で覆うことで、このAINの吸湿を防いだこ
とで生まれる効果であると考えられる。酸化層131の厚
さとしては数十オングストローム程度以下でも効果があ
るもので要は酸化層131があることで本発明の効果が得
られる。
マ法やスパッタ法によるAIN膜に対しても観測できる。
この場合、表面安定化膜としての特性は良いとはいえな
い。この原因はプラズマ法やスパッタ法ではGaAs表面に
物理的損傷を与えるためであろう。しかし、イオン注入
における熱処理保護膜としての特性は良いものであり、
堆積後の時間経過に伴う活性化率の低下は酸化すること
で起こらなくなる。従って、この表面酸化層の効果は堆
積法に依存するものではなく、吸湿性を有するAIN膜の
表面を酸化層で覆うことで、このAINの吸湿を防いだこ
とで生まれる効果であると考えられる。酸化層131の厚
さとしては数十オングストローム程度以下でも効果があ
るもので要は酸化層131があることで本発明の効果が得
られる。
以上のように本発明の方法を用いてAIN堆積後の表面酸
化層131は再現性よく形成され、この表面酸化層131を設
けた構造を有するAIN膜では吸湿性が防止され、膜の性
質の経時変化がない安定なものとなる。この結果として
本発明による表面酸化したAIN薄膜をIII−Ｖ化合物半導
体表面に形成し、イオン注入後の熱処理保護膜等に適用
すると活性化率がきわめて高く、不純物の拡散によるキ
ャリア分布の裾も生じないものが、きわめて再現性よく
えられる。また、本発明による表面酸化したAIN膜をGaA
sMESFETのゲートとソースおよびゲートとドレイン間のG
aAs露出表面に形成したものではソースとドレイン間の
電流値の電流変動のないものが再現性よくえられる。す
なわち、プロセス途中での熱処理保護膜としてもデバイ
ス動作時の表面安定化膜としてもきわめて信頼性の高い
AIN膜となる。本発明の表面酸化したAIN膜を用いれば懸
案であったIII−Ｖ化合物半導体のプロセス途中での保
護膜問題とデバイスの信頼性を左右する表面安定化の問
題は大幅に改善され、III−Ｖ化合物半導体デバイスの
真の実用化への道を開くものと考える。
化層131は再現性よく形成され、この表面酸化層131を設
けた構造を有するAIN膜では吸湿性が防止され、膜の性
質の経時変化がない安定なものとなる。この結果として
本発明による表面酸化したAIN薄膜をIII−Ｖ化合物半導
体表面に形成し、イオン注入後の熱処理保護膜等に適用
すると活性化率がきわめて高く、不純物の拡散によるキ
ャリア分布の裾も生じないものが、きわめて再現性よく
えられる。また、本発明による表面酸化したAIN膜をGaA
sMESFETのゲートとソースおよびゲートとドレイン間のG
aAs露出表面に形成したものではソースとドレイン間の
電流値の電流変動のないものが再現性よくえられる。す
なわち、プロセス途中での熱処理保護膜としてもデバイ
ス動作時の表面安定化膜としてもきわめて信頼性の高い
AIN膜となる。本発明の表面酸化したAIN膜を用いれば懸
案であったIII−Ｖ化合物半導体のプロセス途中での保
護膜問題とデバイスの信頼性を左右する表面安定化の問
題は大幅に改善され、III−Ｖ化合物半導体デバイスの
真の実用化への道を開くものと考える。
第１図はGaAsへのイオン注入後に熱処理用の本発明の多
層薄膜を配したウエーハの断面図である。 11……GaAs基板、12……イオン注入層 13……AIN膜、131……AIN膜の酸化層
層薄膜を配したウエーハの断面図である。 11……GaAs基板、12……イオン注入層 13……AIN膜、131……AIN膜の酸化層
Claims (1)
- 【請求項１】III−Ｖ族化合物半導体の表面にAINを堆積
したウエーハを、加湿したガス雰囲気中で熱処理する第
１工程と、後に加湿されていないガス雰囲気中で再度熱
処理をする第２工程とを行うことを特徴とする薄膜の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15809887A JPH0797567B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15809887A JPH0797567B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 薄膜の形成方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS642318A JPS642318A (en) | 1989-01-06 |
| JPH012318A JPH012318A (ja) | 1989-01-06 |
| JPH0797567B2 true JPH0797567B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=15664258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15809887A Expired - Lifetime JPH0797567B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797567B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5262360A (en) * | 1990-12-31 | 1993-11-16 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | AlGaAs native oxide |
| AU8438291A (en) * | 1990-12-31 | 1992-08-17 | Research Corporation Technologies, Inc. | Algaas native oxide |
| US5353295A (en) * | 1992-08-10 | 1994-10-04 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Semiconductor laser device with coupled cavities |
| US5327448A (en) * | 1992-03-30 | 1994-07-05 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Semiconductor devices and techniques for controlled optical confinement |
| US5550081A (en) * | 1994-04-08 | 1996-08-27 | Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Method of fabricating a semiconductor device by oxidizing aluminum-bearing 1H-V semiconductor in water vapor environment |
| US6599564B1 (en) | 2000-08-09 | 2003-07-29 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Substrate independent distributed bragg reflector and formation method |
-
1987
- 1987-06-24 JP JP15809887A patent/JPH0797567B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS642318A (en) | 1989-01-06 |
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