JPS58223700A - 化合物半導体基板結晶の処理方法 - 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】 この発明は電子デバイスの大規模集積回路の形成に爵適
な化合物半導体基板結晶の処理方法に関する。

近年高速でしかも大規模に集積化された電子回路を作成
する要請が高まシ、これに伴ってガリウム砒素などの高
い移動度を持っ■−■族化合物基板結晶上に多数の均一
な特性を有する電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ　）を
形成する方法に関心が寄せられている。

現在広く採用されているＦＥＴを形成する方法は半絶縁
性のガリウム砒素基板結晶表面よりシリコン原子等をイ
オン化した上高速度で注入し、しかるのち加熱アニール
処゛理を行う方法が採られている。このとき使用される
基板結晶は電子デバイス相互間の絶縁性を保証するため
高い固有抵抗を有するものでなければならない。

現在このような高抵抗を有する化合物半導体結晶として
はクロムを混入したガリウム砒素が通常用いられてし、
るが、クロム原子はアニール処理の際結晶内を移動し易
い性質を有しているため、デバイス形成工程中において
、しばしばクロム原子の移動による分布変化のための結
晶特性の変化が生じる欠点があった。

上述の如き欠点を除去するため、高純度ガリウム砒素単
結晶はその大部分が半絶縁性であることに着目し、最近
Ｂ、０．融液中でガリウム砒素単結晶を引き上げる液体
封止引上げ法（ＬＥＣ法）が開発された。しかしこの方
法ではクロムの有する欠点は除かれる反面、ストイキオ
メトリイのゆらぎなどの複雑な原因によって結晶内に往
々にして電導度のゆらぎが生じ、そのため低抵抗部分が
生じて均質で高抵抗の基板結晶を再現性よく製造するこ
とは困難であった。

この発明の目的はＦＥＴ等の電子デバイスの大規模集積
回路の各電子デバイス間が互に絶縁され、好適に形成す
ることのできる化合物半導体結晶基板を得るための結晶
基板処理方法を提供する。

このため、この発明においては■−■族化合物半導体の
活性層を形成すべき結晶表面よシ炭素原子をイオンの形
で予じめ注入する。その結果、イオン注入部分附近の固
有抵抗値が向上し、抵抗分布はよシ均質となる。部分的
に半絶縁性の結晶においても、旋素イ、オンの注入によ
シ低抵抗部分の抵抗値が高くなり、全体が均質の半絶縁
性結晶となる。さらに高濃度の炭素イオンの注入を行う
と、注入領域はｐ型電導を示すこともあるが、この場合
も形成されるデバイス間の絶縁は有効に保持される。こ
のように大規模集積回路に用い得るように基板結晶の抵
抗値を向上、且つ均質とした後、周知の方法によりシリ
コン、硫黄、セレン原子等を処理領域へ注入して電子デ
バイスを形成するので、各電子デバイス間は有効に絶縁
が保持される。

この発明の対象となる基板結晶はガリウム砒素、インジ
ウム燐、ガリウム燐、ガリウムアンチモン等の■−■族
化合物半導体結晶或はそれらの混晶であって、全面が必
ずしも均質の半絶縁性でない基板結晶であっても良り、
シかし、固有抵抗は１０６Ω・倒以上のものが好ましい
。

上記の基板結晶の活性層となる部分の表面よシ炭素原子
をイオンの形でチャネリングが生じない角度で加速エネ
ルギーを用いて注入する。

注入すべき炭素原子の表面密度は半導体結晶の種類、抵
抗値、抵抗分布等を考慮の上決定すべきであるが、通常
の１０″Ω・−程度の部分的な低抵抗領域を有する結晶
の場合は注入エネルギー２００ＫｇＶのとき１０”ｍ−
”程度を必要とする。基板結晶の固有抵抗値が１０６０
．ｅｒｎ程度と比較的低い場合は電子濃度を低減せしめ
るため１ｏ”ｃｍ−”の如く炭素原子の注入量を増加さ
せると絶縁性が向上する。更にｎ型の基板結晶の場合、
高濃度の炭素原子を注入すると、炭素原子の注入部分は
ｐ型電導を示す場合もある。このように注入する炭素原
子を多くすると、効果が確実となるが、余りにも過剰に
注入すると結晶中の電子移動度が低減する傾向を示す。

炭素原子はガリウム砒素結晶中において両性ドーパント
として作用し、ドナー及びアクセプタとして彷〈ことが
知られているが、外型電導を示すｍ−ｖ族化合物半導体
結晶に対しては特にアクセプタを形成し易い傾向を示し
、結晶の電気的特性を均一化せしめ得ることが実験の結
果確認された。

上述の如く、シリコン等の電子デバイスを形成する原子
の注入に先立ってＩ−Ｖ族化合物半導体またはその混晶
の活性層となる基板結晶表面の炭素原子をイオンの形で
注入すると、注入部分の固有抵抗値が向上し、部分的に
半絶縁性の半導体結晶についても固有抵抗値が高くなり
、しかもその分布が均質となる。

次いでこのように処理した結晶基板に公知の方法にて所
定の位置にシリコン、硫黄、セレンなどのデバイスを形
成するための原子を高濃度で注入し、加熱によるアニー
ル処理を施すことによυ注入された原子がドナー或はア
クセプタとして活性化され、ＦＥＴ、バイポーラトラン
ジスタ等の電子デバイスが形成されるが、高集積状態を
形成するように注入してもそれぞれのデバイスは絶縁、
分離されて形成することが可能となる。

このように、これまで大規模集積回路の形成に不禍きで
あった比較的抵抗値の低い基板結晶或は部分的に半絶縁
性の基板結晶について本発明を適用することにより絶縁
性が向上、改善され、均質となって、大規模集積回路の
基板結晶として使用することができ、従来のクロム原子
を含有する基板結晶と比較してクロム原子の再分布によ
って生じる問題を回避し得るのみならず絶縁性が向上し
、且つ均質となりしかも炭素を注入しても活性層の電子
の移動度は殆ど影響され々い。また、炭素原子は他のア
クセプタ原子、例えばヘリリウム、マグネシウム、亜鉛
のように基板結晶へ注入後、アニール処理間に移動する
傾向を示さず、殆ど動かない性質を有しているため、こ
れらの原子において見られる注入後の分布の乱れが生ぜ
ず、はるかに肩利である。

次に本発明を実施例によυ説明する。

固有抵抗値が１０６Ω・釧のｎ型のガリウム砒素結晶の
表面よ９表面に対して７度の角度で２００ＫｇＶのエネ
ルギーで１０”ｃｍ−’の表面密度で炭素原子をイオン
化した上、注入した。しかる後、１００ＫｇＶのエネル
ギーで１　ｏ”Ｌ、−宜の表面密度でシリコン原子を注
入した。このようにイオン注入を行ったガリウム砒素結
晶は表面をＳ　ｉ　ｓ　Ｎ４で被覆保護した後、８００
℃で２０分間窒素雰囲気中で加熱してアニール処理を行
った。

炭素原子及びシリコン原子の注入状態を測定した結果、
第１図のグラフに示す。グラフにおいて、縦軸は注入原
子濃度を示し、横軸は結晶表面上υの距離を示し、炭素
原子は表面より深さ約０゜４μｍをピークに注入されて
おり（曲線部分／）、シリコン原子は表面よシ約０．１
μｍの深さをピークに注入されていた（曲線部分コ）。

更にこの結晶の正負のキャリヤの濃度を深さの関数とし
て示すと第２図の如くであって、グラフ中、縦軸はキャ
リヤ濃度を、横軸は結晶表面上シの距離を示し、表面刊
近はシリコン原子のため高いｎ型電導を示しく曲線部分
３）、０．２μｍより０．８μｍ付近の深さまでは炭素
原子の大部分がアクセプタとして仙くため微弱なｐ型電
導を示しく曲線部分＋）、Ｏ，Ｓμｍより深い部分では
微弱なｎ型電導を示した（曲線部分ｊ）。

上記のグラフよシ活性層相互間或は活性層と基板結晶の
間に充分な絶縁が行われたことが判る。

即ち、上述のようにして炭素イオンを表面より注入した
ガリウム砒素結晶は、第６図に示すように、表面よシは
ぼ０．８μｍの深さに亘って１０９０・α以上の比抵抗
を有するｐ型土絶縁性基板結晶、２／となり、基板表面
に電子デバイスを形成するだめの原子の注入により形成
された多数の活性層、２２間を良好に絶縁することにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１１は本発明の方法によりガリウム砒素結晶に炭素原
子とシリコン原子を注入したときの原子の分布図、第２
図はガリウム砒素結晶に炭素原子とシリコン原子を注入
したときの正負キャリアの分布図、第６図は本発明で処
理したガリウム砒素結晶表面に活性層を形成した状態を
示す説明図で、図中、２７は基板結晶１．２．２は活性
層を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板結晶に結晶表面よ
   シ高速で１０１０ご１以上の表面濃度の炭素原子を注入
   することを特徴とする化合物半導体基板結晶の処理方法
   。
2. （２）ＩＩ［−Ｖ族化合物半導体はガリウム砒素である
   特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体基板結晶の処
   理方法。