JPS60171300A - 化合物半導体結晶の均質化方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の均質化方法Info
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- JPS60171300A JPS60171300A JP2553684A JP2553684A JPS60171300A JP S60171300 A JPS60171300 A JP S60171300A JP 2553684 A JP2553684 A JP 2553684A JP 2553684 A JP2553684 A JP 2553684A JP S60171300 A JPS60171300 A JP S60171300A
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
本発明は、ガリウム・リン、インジウム・リン、ガリウ
ム−ひ素、インジウム嗜ひ素など化合物半導体結晶の結
晶品質の均一性を向上させる方法に関する。
ム−ひ素、インジウム嗜ひ素など化合物半導体結晶の結
晶品質の均一性を向上させる方法に関する。
例えば、ガリウムひ素集積回路に用いる半絶縁性ガリウ
ムひ素基板結晶、などの、特に、電気的、電子的、光学
的特性の均一性を向上させる。
ムひ素基板結晶、などの、特に、電気的、電子的、光学
的特性の均一性を向上させる。
特に、ガリウムひ素結晶を<100>又はく001〉方
向に引上げ、(100)又は(001)面の基板に集積
回路を作ろうとするガリウムひ素結晶の品質を向上させ
る方法に関するものである。
向に引上げ、(100)又は(001)面の基板に集積
回路を作ろうとするガリウムひ素結晶の品質を向上させ
る方法に関するものである。
(イ) 従 来 技 術
ガリウムひ素集積回路に用いられる半絶縁性基板結晶は
、液体封止チョコラルスキー法(LEG法)や水平式ブ
リッジマン法で作られる。LEC法で育成された直径5
0朋以上の、実用サイズの結晶は、結晶学的方位(10
0)面内で、結晶欠陥である転位の密度が、一般に約1
04m から5X105α の範囲にあり、しかも不均
一に分布している。
、液体封止チョコラルスキー法(LEG法)や水平式ブ
リッジマン法で作られる。LEC法で育成された直径5
0朋以上の、実用サイズの結晶は、結晶学的方位(10
0)面内で、結晶欠陥である転位の密度が、一般に約1
04m から5X105α の範囲にあり、しかも不均
一に分布している。
転位密度(EPD)の分布が、ガリウムひ素電界効果ト
ランジスタ(FET)の特性、特にスイッチングのオン
、オフを決めるしきい値電圧Vthの不均一性と相関を
持つことが、最近明らかになっている(例えば、宮澤ら
の応用物理第52巻第3号(1983年)227ページ
)。
ランジスタ(FET)の特性、特にスイッチングのオン
、オフを決めるしきい値電圧Vthの不均一性と相関を
持つことが、最近明らかになっている(例えば、宮澤ら
の応用物理第52巻第3号(1983年)227ページ
)。
結晶成長時の温度条件を改善することにより、転位密度
を低減させ、転位密度分布番均−にする試みが数多くな
されている。しかしながら、いまだ、しきい値電圧の均
一化は充分満足できる程度には実現されていない。
を低減させ、転位密度分布番均−にする試みが数多くな
されている。しかしながら、いまだ、しきい値電圧の均
一化は充分満足できる程度には実現されていない。
以上述べたように、I、EC結晶中の転位が、電界効果
トランジスタ(FET)の動作特性に強い影響を及ぼし
、これが為に、ウェハ上に集積回路を作製する上で大き
い障害になっている。
トランジスタ(FET)の動作特性に強い影響を及ぼし
、これが為に、ウェハ上に集積回路を作製する上で大き
い障害になっている。
転位密度を低減、均一化させる均質化の他の方法として
、これまで報告されているものは、ウェハにしたものを
熱処理するものがある。例えば、宮澤らの「化合物半導
体の均一化の方法」(特願昭58−165155 )で
ある。これらは、ウェハ表面に、ひ素が抜けるのを防ぐ
ための膜を付けて、熱処理し、後に膜を除去するもので
ある。
、これまで報告されているものは、ウェハにしたものを
熱処理するものがある。例えば、宮澤らの「化合物半導
体の均一化の方法」(特願昭58−165155 )で
ある。これらは、ウェハ表面に、ひ素が抜けるのを防ぐ
ための膜を付けて、熱処理し、後に膜を除去するもので
ある。
しかし、この方法は、ウェハの表面を保護する膜質の制
御や取扱いが難しく、かつ、均質化の処理工程が多い。
御や取扱いが難しく、かつ、均質化の処理工程が多い。
この為、実用的に最適のものとはいえない。
第3の方法として、化合物半導体結晶を適当な大きさに
切断したインゴットのままでアニールするということも
考えられている。
切断したインゴットのままでアニールするということも
考えられている。
例えばり、Rum5by et al ” Impro
ved Uniformityof’ LEG Und
oped Gallium Ar5enide Pro
duced byHigh Temperature
Annealing ” GaAs ICSympos
ium(1983) IEEE p、34〜37は、G
aASツインコツトアニールを提案している。
ved Uniformityof’ LEG Und
oped Gallium Ar5enide Pro
duced byHigh Temperature
Annealing ” GaAs ICSympos
ium(1983) IEEE p、34〜37は、G
aASツインコツトアニールを提案している。
ラムスビーの方法はGaAsのインゴットを石英管に入
れ真空にして封止し、これを高温でアニールするもので
ある。こうすると、電子移動度、電気抵抗のウェハ内の
バラつきが少なくなった、と報告している。
れ真空にして封止し、これを高温でアニールするもので
ある。こうすると、電子移動度、電気抵抗のウェハ内の
バラつきが少なくなった、と報告している。
ラムスビーの方法は、ひ素抜けを防ぐため、石英管を使
うが、この空間を満すまでひ素は抜けてゆくわけである
。封入と取出しの工程も増加する、などの欠点がある。
うが、この空間を満すまでひ素は抜けてゆくわけである
。封入と取出しの工程も増加する、などの欠点がある。
(つ)発明の目的
本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
ある。
ある。
本発明の目的は、育成した化合物半導体結晶を、ウェハ
に加工する前に、バルクのままで均質性を向上させ、ウ
ェハを1枚ずつ均質化処理しなくてもすむ簡便な方法を
提供することである。
に加工する前に、バルクのままで均質性を向上させ、ウ
ェハを1枚ずつ均質化処理しなくてもすむ簡便な方法を
提供することである。
に)発明の構成
本発明は、
(1)育成した結晶インゴットを、直径が50闘φ以上
で、厚さが1011M以上の大きさになるように加工す
る工程と、 (2)結晶成長時の表面を機械的、化学的に除去する工
程と、 (3)不活性ガス又は窒素ガス雰囲気中で、500°C
〜1000°Cの温度範囲において、1時間以上熱処理
する工程、 とを含む化合物半導体結晶の均質化方法である。
で、厚さが1011M以上の大きさになるように加工す
る工程と、 (2)結晶成長時の表面を機械的、化学的に除去する工
程と、 (3)不活性ガス又は窒素ガス雰囲気中で、500°C
〜1000°Cの温度範囲において、1時間以上熱処理
する工程、 とを含む化合物半導体結晶の均質化方法である。
これに続いて、
(4)熱処理後、結晶表面をさらに機械的、化学的に除
去して、インゴットの均質な部分のみを取出す工程、 を追加することができる。
去して、インゴットの均質な部分のみを取出す工程、 を追加することができる。
け)実施例
本発明の実施例を添付図面について説明する。
なお、実施例はひとつの例示であって、本発明の精神を
逸脱しない範囲で、種々の変更、或いは改良を行い得る
ことはいうまでもない。
逸脱しない範囲で、種々の変更、或いは改良を行い得る
ことはいうまでもない。
(1) 第1図は結晶の直径が5Q#ffφ以上で厚さ
が10朋以上の大きさになるよう加工する工程について
説明するものである。
が10朋以上の大きさになるよう加工する工程について
説明するものである。
育成した結晶Aを円筒研削して、第1図に示すような円
柱形にする。すると、約5胃肩の厚さの表面層Bで覆わ
れたノくルク状の結晶部分Cが図中の破線で示したよう
に想定される。
柱形にする。すると、約5胃肩の厚さの表面層Bで覆わ
れたノくルク状の結晶部分Cが図中の破線で示したよう
に想定される。
本発明では、中央部分Cの結晶特性を均質化しようとす
るものである。表面層Bは、熱処理時の保護膜として機
能する。表面層Bは熱処理後、除去する。
るものである。表面層Bは、熱処理時の保護膜として機
能する。表面層Bは熱処理後、除去する。
表面層Bの厚みは必ずしも5 mmを必要とけしない。
熱処理温度や時間によって、必要な表面層Bの厚みは変
化する。
化する。
熱処理の温度が低い場合や、熱処理時間が短い場合は薄
くてすみ、従って、結晶の加工シロもそれだけ小さくて
も良い事になる。
くてすみ、従って、結晶の加工シロもそれだけ小さくて
も良い事になる。
本実施例では、800’Cで20時間、熱処理するので
、表面層Bが5 mm以下にならないよう考慮した。
、表面層Bが5 mm以下にならないよう考慮した。
実際に加工した結晶の形状は直径55闘φ、厚さく長さ
)50ggの円柱状である。もしも、厚さ5 mmの部
分が表面層として除去されるとすれば、均質化される結
晶の大きさとしては、少なくとも、直径45朋φ、厚さ
く長さ)40朋の中央部分Cが期待される。
)50ggの円柱状である。もしも、厚さ5 mmの部
分が表面層として除去されるとすれば、均質化される結
晶の大きさとしては、少なくとも、直径45朋φ、厚さ
く長さ)40朋の中央部分Cが期待される。
(2) 次に、この結晶表面を機械的、化学的に除去す
る工程を行う。
る工程を行う。
表面処理方法としては、インゴットの上下両端を切り落
とし、側面を円筒研削する。こうして、結晶成長時の表
面を機械的に除去する。
とし、側面を円筒研削する。こうして、結晶成長時の表
面を機械的に除去する。
その後、硫酸−過酸化水素系のエツチング液で、表面を
化学的に洗浄した。
化学的に洗浄した。
この工程が意図するところは、結晶を育成する時にひ素
抜けによって生じる異常組成の表面層を除去する事と、
表面層の不純物元素を除去することにある。
抜けによって生じる異常組成の表面層を除去する事と、
表面層の不純物元素を除去することにある。
組成の異常や、不純物汚染は、後工程の処理に於て、空
孔や不純物が表面がら中心部へ拡散し、結晶の本質的な
特性を劣化させる原因となる。これを防止するために表
面を除去する工程を実行するのである。
孔や不純物が表面がら中心部へ拡散し、結晶の本質的な
特性を劣化させる原因となる。これを防止するために表
面を除去する工程を実行するのである。
(3)次に熱処理を行って、転位を減らし、転位分布を
均一化する。
均一化する。
熱処理は後に説明する熱処理炉の中へ、前記(1)、(
2)の処理工程を経た結晶を入れて行なう。
2)の処理工程を経た結晶を入れて行なう。
ここでは、窒素ガスを、0.51.%の流速で炉内へ流
し、第3図に示す温度スケジュールで行なった。徐々に
昇温して800’Cに至ると、この温度のまま20時間
アニールし、この後徐々に降温した。
し、第3図に示す温度スケジュールで行なった。徐々に
昇温して800’Cに至ると、この温度のまま20時間
アニールし、この後徐々に降温した。
昇温、降温のレートは、2°シ分を代表的な条件とした
。
。
(1)〜(3)の均質化処理工程を、直径50MMφ、
クロム濃度0.5 wt −ppm以下の低Cr濃度L
EG結晶について実施した。この結果、インゴット表面
に、特に異常をきたすことなく、熱処理を行なうことが
で、きた。
クロム濃度0.5 wt −ppm以下の低Cr濃度L
EG結晶について実施した。この結果、インゴット表面
に、特に異常をきたすことなく、熱処理を行なうことが
で、きた。
処理したインゴットを通常のスライス、ラップ、ミラー
ポリシュの加工と研磨の工程へ流し、片面ミラーで厚さ
500μmのウェハを、インゴットの両端5M(表面層
に当る)を除いた部分がら得た。
ポリシュの加工と研磨の工程へ流し、片面ミラーで厚さ
500μmのウェハを、インゴットの両端5M(表面層
に当る)を除いた部分がら得た。
熱処理する前のインゴットの両端がらスライスしたウェ
ハについても、同様にラップ、ミラーポリッシュの研磨
を行い、比較のための参照試料とした。
ハについても、同様にラップ、ミラーポリッシュの研磨
を行い、比較のための参照試料とした。
(至))熱処理炉
第2図により、熱処理に用いた炉を説明する。
均熱性の良い横型炉であり、周方向及び一方の端にヒー
タ1、ヒータ2、ヒータ3が設けられている。
タ1、ヒータ2、ヒータ3が設けられている。
結晶4が熱処理を受けるべき化合物半導体結晶で、炉の
内部の中央に置かれている。
内部の中央に置かれている。
図中5.6は石英製の容器を示している。
容器6には、窒素ガス又は不活性ガスの入口管7と、出
口管8とが設けである。入口管γから流入するガスによ
って容器5.6内が置換されるから、結晶4は、熱処理
中酸化されない。
口管8とが設けである。入口管γから流入するガスによ
って容器5.6内が置換されるから、結晶4は、熱処理
中酸化されない。
又入口管7を容器の奥へ開口させるのは、ガスを予熱す
るためである。こうして炉内の温度ゆらぎを抑制し、温
度を一定に保持する。
るためである。こうして炉内の温度ゆらぎを抑制し、温
度を一定に保持する。
熱電対9は容器内の温度を測定し、ヒータ1.2.3の
制御を行なうためのものである。
制御を行なうためのものである。
ガスは、窒素ガス又は不活性ガスを流すこととし、圧力
は高圧であっても、大気圧でも良い。ひ素蒸気を含むガ
スを容器内に流入するのではない。
は高圧であっても、大気圧でも良い。ひ素蒸気を含むガ
スを容器内に流入するのではない。
(至) フォトルミネッセンス
このような均質化処理による効果を確認するため、ウェ
ハにした後、フォトルミネッセンスを測定した。
ハにした後、フォトルミネッセンスを測定した。
ミラーウェハにした均質化処理を受けてない参ルギーを
持つ光(波長882 nm )の、ウエノ\全面での発
光強度分布を測定した。
持つ光(波長882 nm )の、ウエノ\全面での発
光強度分布を測定した。
第4図(a)は均質化処理をしていないウエノ・のフォ
トルミネッセンス発光強度分布である。横軸は中心が、
ウェハの中心に対応し、左右方向にウェハ中心からの距
離(ms )を示している。縦軸は発光強度である。中
心と周辺で強く、その中間で弱いというW型分布を示し
ており、フォトルミネッセンス強度のゆらぎが大きい。
トルミネッセンス発光強度分布である。横軸は中心が、
ウェハの中心に対応し、左右方向にウェハ中心からの距
離(ms )を示している。縦軸は発光強度である。中
心と周辺で強く、その中間で弱いというW型分布を示し
ており、フォトルミネッセンス強度のゆらぎが大きい。
これは、電子的、充電的特性が不均一であるという事で
ある。
ある。
第4図中)は本発明の均質化処理をしたウエノ1のフォ
トルミネッセンス強度分布を示している。ウェハの中心
、周辺及び両者の中間に於て、殆ど強度の違いがない。
トルミネッセンス強度分布を示している。ウェハの中心
、周辺及び両者の中間に於て、殆ど強度の違いがない。
W型のようなマクロな強度分布は消えている。均一性の
改善がみられる。
改善がみられる。
この図では、なお、顕著ではないが、他のウェハの測定
例では、微少なフォトルミネッセンス強度の局所的変動
も減少し、均一性のより著しい改善がみられた。
例では、微少なフォトルミネッセンス強度の局所的変動
も減少し、均一性のより著しい改善がみられた。
ここで測定した1、498’/のフォトルミネッセンス
の発光強度の変化は、ガリウムひ素結晶中の浅い電子準
位を持つ不純物か、非発光過程の深い電子準位を持つ欠
陥等によるものと考えられる。
の発光強度の変化は、ガリウムひ素結晶中の浅い電子準
位を持つ不純物か、非発光過程の深い電子準位を持つ欠
陥等によるものと考えられる。
つまりフォトルミネッセンスの発光強度が均一化できた
という事は、前記の不純物又は欠陥が均一化したという
事である。
という事は、前記の不純物又は欠陥が均一化したという
事である。
従って、このウェハ上にFETを製作するとすれば、F
ETの活性層に於けるキャリヤ濃度をウェハ面内で均一
にできる事を意味している。
ETの活性層に於けるキャリヤ濃度をウェハ面内で均一
にできる事を意味している。
こうして、フォトルミネッセンスの測定結果から、本発
明の均質化処理により、ウェハ面内でのFETのしきい
値電圧を均一化できる、という事が分る。
明の均質化処理により、ウェハ面内でのFETのしきい
値電圧を均一化できる、という事が分る。
し) FETの製作
本発明の方法による均質化の効果啼より直接的に確める
ためには、本発明の均質化処理を受けたインゴットから
切り出したウェハと、均質化処理を受けてないインゴッ
トから切り出したウェハとを用意し、多数のFETをウ
ェハ面上に製作し、実際にしきい値電圧を測定する必要
がある。
ためには、本発明の均質化処理を受けたインゴットから
切り出したウェハと、均質化処理を受けてないインゴッ
トから切り出したウェハとを用意し、多数のFETをウ
ェハ面上に製作し、実際にしきい値電圧を測定する必要
がある。
FETを作る方法は公知であるが、第5図によって簡単
に説明する。(a)はウェハ上に作られた多数のFET
の内、1個分の平面図で、(b)は1個分の縦断面図で
ある。
に説明する。(a)はウェハ上に作られた多数のFET
の内、1個分の平面図で、(b)は1個分の縦断面図で
ある。
第5図に於て、S、G、Dはそれぞれソース電極、−ゲ
ート電極、ドレイン電極を示す。
ート電極、ドレイン電極を示す。
ソース電極Sとドレイン電極D/l、Au−Ge −阻
のオーミック電極とした。ゲート電極G F!、Ti/
Au電極とした。
のオーミック電極とした。ゲート電極G F!、Ti/
Au電極とした。
ゲート電極Gは長さ1μm幅5μmとし、ソース電極S
1 ドレイン電極り間の距離は5μmとした。
1 ドレイン電極り間の距離は5μmとした。
FETの活性層のn層は28Si+イオンを180 K
eVで、1.5X10 aRイオン注入して作製した。
eVで、1.5X10 aRイオン注入して作製した。
さらに、電極とのオーミック特性をよくするために、′
°Si+イオンを50 KeVテ2.OX 10”o+
+ イオン注入して、ソース部、ドレイン部にn+′I
@を作った。
°Si+イオンを50 KeVテ2.OX 10”o+
+ イオン注入して、ソース部、ドレイン部にn+′I
@を作った。
イオン注入したSiの活性化は、窒素ガス雰囲気、82
0°Cで、GaAsウェハと面突向させ、20分間アニ
ールする事によって行なった。
0°Cで、GaAsウェハと面突向させ、20分間アニ
ールする事によって行なった。
このようなSiの活性化の後、前記のように電極をソー
ス、ドレイン、ゲートに付けてFETとする。
ス、ドレイン、ゲートに付けてFETとする。
(ト) FETのしきい値電圧の分布
ガリウムひ素の1枚のウェハの上には、数多くのFIT
を形成する。
を形成する。
個々のFETについて、プローブを用い、種々のゲート
電圧に対する、ソースとドレイン間の飽和電流を測定し
た。この測定値から、対応するFETのしきい値電圧V
thをめた。
電圧に対する、ソースとドレイン間の飽和電流を測定し
た。この測定値から、対応するFETのしきい値電圧V
thをめた。
FETは、ウェハ上に縦横いずれも200μmステップ
ごとにひとつ作製して、電気的特性を測定した。
ごとにひとつ作製して、電気的特性を測定した。
第6図はウェハの直径方向に沿う(200μmステップ
の)一連のFETについてしきい値電圧を測定した結果
を示すグラフである。横軸はウェハ周縁からのFETの
番号である。200μmステップでFETを作製してい
るので、周縁からの距離はFET0番号に200μmを
乗じた値になる。
の)一連のFETについてしきい値電圧を測定した結果
を示すグラフである。横軸はウェハ周縁からのFETの
番号である。200μmステップでFETを作製してい
るので、周縁からの距離はFET0番号に200μmを
乗じた値になる。
第6図(a)は本発明の熱処理を受けていない試料ウェ
ハについてのしきい値電圧測定値のグラフを示す。ウェ
ハの周縁から周縁まで、200μmごとに224個のF
ETについてしきい値電圧を測定した。
ハについてのしきい値電圧測定値のグラフを示す。ウェ
ハの周縁から周縁まで、200μmごとに224個のF
ETについてしきい値電圧を測定した。
しきい値電圧VthのバラつきσVthは84 mVで
あった。
あった。
第6図中)は本発明の均質化熱処理を受けたインゴット
から作った試料ウェハについてのしきい値電圧測定値の
グラフである。用いた結晶はアンドープのLEC結晶で
、熱処理は800°Cで15時間行ったものである。ウ
ェハの周縁から周縁まで、200μmごとにFETを作
り、229個のFETについてしきい値電圧Vthを測
定した。
から作った試料ウェハについてのしきい値電圧測定値の
グラフである。用いた結晶はアンドープのLEC結晶で
、熱処理は800°Cで15時間行ったものである。ウ
ェハの周縁から周縁まで、200μmごとにFETを作
り、229個のFETについてしきい値電圧Vthを測
定した。
しきい値電圧のバラツキσVthは53 mVで、熱処
理を受けないものより、かなり小さくなっている。つま
り、熱処理によって均質化が進行した、という事が分る
。
理を受けないものより、かなり小さくなっている。つま
り、熱処理によって均質化が進行した、という事が分る
。
このような均質化は、直径方向のマクロな変動が減少し
ているという事だけでなく、ミクロな変動も減少してい
るためである、という事が、第6図(a)、(b)を比
較すれば理解できる。
ているという事だけでなく、ミクロな変動も減少してい
るためである、という事が、第6図(a)、(b)を比
較すれば理解できる。
第6図は直径方向に並ぶ200個余りのFETのしきい
値電圧Vthを示しているが、ミクロなノくラツキを調
べるには、例えば2闘四方の100個のFETについて
、しきい値電圧がどの程度バラついているのか計算すれ
ば良い。
値電圧Vthを示しているが、ミクロなノくラツキを調
べるには、例えば2闘四方の100個のFETについて
、しきい値電圧がどの程度バラついているのか計算すれ
ば良い。
熱処理をしないウェハについて、任意の位置の28II
I+四方の100個のFETについて、しきい値電圧の
バラツキσVthの最小値は43mVであった。
I+四方の100個のFETについて、しきい値電圧の
バラツキσVthの最小値は43mVであった。
ところが、本発明の均質化処理をしたウエノ・について
、任意の位置の2鰭四方の100個のFETにつき、v
thのバラツキの最小値は26mVであった。つまり、
ミクロなしきい値電圧の分布も均一化している、という
事が分る。
、任意の位置の2鰭四方の100個のFETにつき、v
thのバラツキの最小値は26mVであった。つまり、
ミクロなしきい値電圧の分布も均一化している、という
事が分る。
次に、インゴットの表面近く、つまりウエノ為の周辺近
くでの、FETLきい値電圧のノくラツキについて説明
する。
くでの、FETLきい値電圧のノくラツキについて説明
する。
通常の熱処理では、しきい値電圧Vthの表面近傍での
変動は避けられないものである。高温状態でAsが抜け
てゆくから、表面組成が次第に異ってくるからである。
変動は避けられないものである。高温状態でAsが抜け
てゆくから、表面組成が次第に異ってくるからである。
しかし、第6図(b)に示す結果を見ると、表面近傍で
のしきい値電圧の変化は小さくおさまっている。
のしきい値電圧の変化は小さくおさまっている。
以上の結果から、本発明の均質化処理をしたインゴット
からスライスしたウェハ上に作ったFETのしきい値電
圧Vthは、マクロ的にもミクロ的にも変動が少なくな
り、しかもウェハ周辺近傍での変動も小さくなっており
、ウェハの全体にわたって、しきい値電圧Vthが均一
化する、という事が分る。
からスライスしたウェハ上に作ったFETのしきい値電
圧Vthは、マクロ的にもミクロ的にも変動が少なくな
り、しかもウェハ周辺近傍での変動も小さくなっており
、ウェハの全体にわたって、しきい値電圧Vthが均一
化する、という事が分る。
(コ)雰囲気ガス
この実施例では、熱処理の雰囲気を窒素ガス流としてい
る。
る。
これは、結晶表面が酸化し、その結果インゴット内部の
結晶特性を劣化させないようにするためである。
結晶特性を劣化させないようにするためである。
アルゴンガスや、水素添加の窒素ガスを流すようにして
も良い。ガスの流量は、雰囲気中の酸素が少なければ殆
ど流さなくても良い。 、しかしながら、真空中ではひ
素抜けが著しく、好ましくなり0 容器内にひ素メタルを封じ込み、容器を密封することも
考えられる。ひ素メタルが熱によって蒸発し、この圧力
によって結晶表面からのひ素抜けを防止するのである。
も良い。ガスの流量は、雰囲気中の酸素が少なければ殆
ど流さなくても良い。 、しかしながら、真空中ではひ
素抜けが著しく、好ましくなり0 容器内にひ素メタルを封じ込み、容器を密封することも
考えられる。ひ素メタルが熱によって蒸発し、この圧力
によって結晶表面からのひ素抜けを防止するのである。
しかし、これは工業的に好ましい方法ではない。
その他、雰囲気ガスとしてアルシン(AsH3)ガスを
用いることも考えられよう。アルシンの分解によるひ素
工で、結晶表面からのひ素の抜けるのを防ぎ、又酸化を
防止する。しかし、これは猛毒ガスであるから、作業性
や安全性に難がある。
用いることも考えられよう。アルシンの分解によるひ素
工で、結晶表面からのひ素の抜けるのを防ぎ、又酸化を
防止する。しかし、これは猛毒ガスであるから、作業性
や安全性に難がある。
結局、雰囲気は不活性ガス又は窒素ガス或は水素添加窒
素ガスが良い。
素ガスが良い。
(イ)熱処理温度、時間
この実施例では、熱処理温度を800°Cとしている。
熱処理温度は、これに限らず、結晶特性を改善できる5
00°C以上で、ガリウムひ素の融点1238°C以下
であれば良い。
00°C以上で、ガリウムひ素の融点1238°C以下
であれば良い。
一般に、温度が高いほど、熱処理時間を短かくすること
ができる。
ができる。
熱処理温度については、700℃で6時間の処理でも上
記の例と同じ効果が認められた。
記の例と同じ効果が認められた。
従って、500°Cでも長時間処理すれば効果があるも
のと考えられる。
のと考えられる。
又、イオン注入後の結晶構造の回復が約500°C以上
で認められているので、500°Cの熱処理でも有効で
ある。
で認められているので、500°Cの熱処理でも有効で
ある。
一方、800°C以上にすると、処理時間は短かくて良
いことになる。800°C以上では、結晶表面からひ素
が揮散し表面変質層が生ずる。処理時間を短かくできる
から、変質層の厚さを数M以内に抑えられる。しかし変
質層の厚み制御は難しくなる。
いことになる。800°C以上では、結晶表面からひ素
が揮散し表面変質層が生ずる。処理時間を短かくできる
から、変質層の厚さを数M以内に抑えられる。しかし変
質層の厚み制御は難しくなる。
温度が結晶の融点に近づくと、結晶が軟化するし、ひ素
の揮散が激しくなるので望ましくない。
の揮散が激しくなるので望ましくない。
ひ素の揮散を抑える為、熱処理温度の上限は1000°
Cとすると良い。1000°Cであれば、変質層の拡が
りが速いので、熱処理時間は1時間であっても十分であ
る。
Cとすると良い。1000°Cであれば、変質層の拡が
りが速いので、熱処理時間は1時間であっても十分であ
る。
熱処理温度、時間は、熱処理装置の性能と、熱処理工程
の生産効率に合わせて選べば良い。本発明に於ては、時
間と温度の相関を特に規定しない。
の生産効率に合わせて選べば良い。本発明に於ては、時
間と温度の相関を特に規定しない。
(シ)表面除去工程
既に述べたように均質化工程を経たインゴットをスライ
スしてウェハとしても良い。この場合、インゴットの端
面近くのウェハは変質層に当るから使用できない事があ
る。又、ウェハの周辺近傍にひ素の抜けた変質層が残っ
ていることがあり、ウェハ全面に集積回路を作製できな
い場合もある。
スしてウェハとしても良い。この場合、インゴットの端
面近くのウェハは変質層に当るから使用できない事があ
る。又、ウェハの周辺近傍にひ素の抜けた変質層が残っ
ていることがあり、ウェハ全面に集積回路を作製できな
い場合もある。
そこで、熱処理工程の後、結晶表面近く約5 yxmの
厚さの変質層を円筒研削によって除去することも有効で
ある。このように表面を除去する工程を経たインゴット
から切り出したウェハは全面が均質な部分のみとなる。
厚さの変質層を円筒研削によって除去することも有効で
ある。このように表面を除去する工程を経たインゴット
から切り出したウェハは全面が均質な部分のみとなる。
この為、ウェハ全面に歩留りよく集積回路を作ることが
できる。
できる。
なお、この変質層の厚みは、熱処理温度、時間によって
変動する。熱処理条件に合わせて、数朋以上の厚みの表
面除去が必要である。
変動する。熱処理条件に合わせて、数朋以上の厚みの表
面除去が必要である。
に) 適 用 範 囲
以上述べた実施例では、化合物半導体として、ガリウム
ひ素を例に説明した。しがし、ガリウム・リン、インジ
ウム・リン、インジウム・ひ素などの半導体も、本発明
の方法によって均質化することができる。
ひ素を例に説明した。しがし、ガリウム・リン、インジ
ウム・リン、インジウム・ひ素などの半導体も、本発明
の方法によって均質化することができる。
(ト)発明の効果
(1) 本発明によれば、結晶インゴットをスライスす
る前に、インゴットのまま熱処理を行なうのみで、容易
に結晶の均質性を向上させることができる。これをスラ
イスして、集積回路用基板として最適なウェハを得る。
る前に、インゴットのまま熱処理を行なうのみで、容易
に結晶の均質性を向上させることができる。これをスラ
イスして、集積回路用基板として最適なウェハを得る。
(2) ウェハにしてから表面に酸化防止、ひ素抜は防
止のための膜を付けて熱処理する方法に比して、工程が
単純である。
止のための膜を付けて熱処理する方法に比して、工程が
単純である。
(3)石英カプセル中で熱処理を行うものに比し、カプ
セル封入、カプセル破砕の手数を不要とするし、ひ素の
揮散も少い。石英による汚染の可能性もない。
セル封入、カプセル破砕の手数を不要とするし、ひ素の
揮散も少い。石英による汚染の可能性もない。
(4) 雰囲気ガスとして、ひ素又はひ素化合物の蒸気
等、毒性のガスを用いない。このため装置の構造が簡便
で、かつ安全に均質化処理することができる。
等、毒性のガスを用いない。このため装置の構造が簡便
で、かつ安全に均質化処理することができる。
第1図は本発明で熱処理すべき半導体結晶の形状と、表
面層で囲まれた熱処理により均質化される中央部分とを
示す斜視図。 第2図は本発明に於て使用する熱処理炉の断面図。 第3図は本発明の均質化方法に於ける熱処理の温度スケ
ジュールの一例を示すグラフ。横軸は時間、縦軸は温度
である。 第4図は結晶から切り出したウエノ・の直径方向に於け
るフォトルミネッセンスの測定結果を示すグラフ。横軸
はウェハ中心からの半径方向の距離、縦軸は4.2°に
での、1.49 eVのエネルギーの光の発光強度を示
す。(a)は未処理のウェハについての測定結果、(b
)は本発明の均質化処理をしたインゴットから切り出し
たウェハについての測定結果である。 第5図は本発明の均質化処理によって得たウエハの電子
的特性を評価する為、ウェハの上に多数設けた電界効果
トランジスタFETの構造図。(a)は平面図、(′b
)は側面図である。 第6図はウェハに於て、直径方向のFETのしきい値電
圧を測定したグラフ。(a)は本発明の処理をしていな
いウェハについてのFETしきい値電圧の変動を示すグ
ラフである。測定点は、北00μmピッチとし、測定数
は224個である。バラツキは84 mVである。 (b)は本発明の均質化処理をしたインゴットから切り
出したウェハについてのFETしきい値電圧の変動を示
すグラフ。測定点は229箇所で、200μmピッチに
設けている。バラツキは53mVである。 1.2.3 ・・ ・・・ ヒ − タ4 ・・・・・
・・・・ 結晶インゴット5.6・・・・・ ・・・
容 器 7 ・・・・・・ ガス流入管 8 ・・・・・・・・ ガス流出管 9・・・・・・・・・熱電対 D ・・・・・・・・ FETのドレインS ・・・・
・・・・・ FETのソースG ・・・・・・・ FE
Tのゲート 発 明 者 村 井 重 夫 多 1) 紘 二 赤 井 慎 − 宮 澤 信太部 特許出願人 日本電信電話公社 特許出願人 住友電気工業株式会社 出願代理人 弁理士 川 瀬 茂 樹゛′:1.i73
導111 1自匹巴1 第1図 第2図 第5図 第4 (a) −40−80−20’−10010208040直径上
の距離(寵) (b) −40−30−20−1o 0 10 20 80 4
0直径」−の距離(酊) 手続補正書(自発) 昭和59年11月5日 2、発明の名称化合物半導体結晶の均質化方法3、補正
をする者 事件との関係 特許出願人 居 所大阪市東区北浜5丁目15番地 名 称(213)住友電気工業株式会社代表者社長川上
哲部 他1名 4、代 理 人 口537 住 所 大阪市東成区中道3丁目15番16号(リ 明
細書、第3頁If行目 「転位密度を低減」とあるのを 1転位密度の影響を低減」に訂正する。 (2) 明細書、第8頁11行目〜12行目「転位を減
らし、転位分布を均一化する」とあるのを 「転位の影響を減らし、電気的・光学的特性分布を均一
化する」に訂正する。 (3)明細書、第11頁19行目 「微少な」とあるのを 「微小な」に訂正する。
面層で囲まれた熱処理により均質化される中央部分とを
示す斜視図。 第2図は本発明に於て使用する熱処理炉の断面図。 第3図は本発明の均質化方法に於ける熱処理の温度スケ
ジュールの一例を示すグラフ。横軸は時間、縦軸は温度
である。 第4図は結晶から切り出したウエノ・の直径方向に於け
るフォトルミネッセンスの測定結果を示すグラフ。横軸
はウェハ中心からの半径方向の距離、縦軸は4.2°に
での、1.49 eVのエネルギーの光の発光強度を示
す。(a)は未処理のウェハについての測定結果、(b
)は本発明の均質化処理をしたインゴットから切り出し
たウェハについての測定結果である。 第5図は本発明の均質化処理によって得たウエハの電子
的特性を評価する為、ウェハの上に多数設けた電界効果
トランジスタFETの構造図。(a)は平面図、(′b
)は側面図である。 第6図はウェハに於て、直径方向のFETのしきい値電
圧を測定したグラフ。(a)は本発明の処理をしていな
いウェハについてのFETしきい値電圧の変動を示すグ
ラフである。測定点は、北00μmピッチとし、測定数
は224個である。バラツキは84 mVである。 (b)は本発明の均質化処理をしたインゴットから切り
出したウェハについてのFETしきい値電圧の変動を示
すグラフ。測定点は229箇所で、200μmピッチに
設けている。バラツキは53mVである。 1.2.3 ・・ ・・・ ヒ − タ4 ・・・・・
・・・・ 結晶インゴット5.6・・・・・ ・・・
容 器 7 ・・・・・・ ガス流入管 8 ・・・・・・・・ ガス流出管 9・・・・・・・・・熱電対 D ・・・・・・・・ FETのドレインS ・・・・
・・・・・ FETのソースG ・・・・・・・ FE
Tのゲート 発 明 者 村 井 重 夫 多 1) 紘 二 赤 井 慎 − 宮 澤 信太部 特許出願人 日本電信電話公社 特許出願人 住友電気工業株式会社 出願代理人 弁理士 川 瀬 茂 樹゛′:1.i73
導111 1自匹巴1 第1図 第2図 第5図 第4 (a) −40−80−20’−10010208040直径上
の距離(寵) (b) −40−30−20−1o 0 10 20 80 4
0直径」−の距離(酊) 手続補正書(自発) 昭和59年11月5日 2、発明の名称化合物半導体結晶の均質化方法3、補正
をする者 事件との関係 特許出願人 居 所大阪市東区北浜5丁目15番地 名 称(213)住友電気工業株式会社代表者社長川上
哲部 他1名 4、代 理 人 口537 住 所 大阪市東成区中道3丁目15番16号(リ 明
細書、第3頁If行目 「転位密度を低減」とあるのを 1転位密度の影響を低減」に訂正する。 (2) 明細書、第8頁11行目〜12行目「転位を減
らし、転位分布を均一化する」とあるのを 「転位の影響を減らし、電気的・光学的特性分布を均一
化する」に訂正する。 (3)明細書、第11頁19行目 「微少な」とあるのを 「微小な」に訂正する。
Claims (2)
- (1)直径が50酊φ以上で、厚さがl Qmy以上の
大きさを持ち結晶成長時の表面を機械的・化学的に除去
した結晶を、不活性ガス、又は窒素ガス雰囲気中で、5
00℃〜1000℃の温度範囲に於て、1時間以上熱処
理する事を特徴とする化合物半導体結晶の均質化方法。 - (2)熱処理後、結晶表面をさらに機械的、化学的に除
去して、インゴットの均質な部分のみを取出すこととし
た特許請求の範囲第(1)項記載の化合物半導体結晶の
均質化方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2553684A JPS60171300A (ja) | 1984-02-14 | 1984-02-14 | 化合物半導体結晶の均質化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2553684A JPS60171300A (ja) | 1984-02-14 | 1984-02-14 | 化合物半導体結晶の均質化方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60171300A true JPS60171300A (ja) | 1985-09-04 |
JPH0227320B2 JPH0227320B2 (ja) | 1990-06-15 |
Family
ID=12168731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2553684A Granted JPS60171300A (ja) | 1984-02-14 | 1984-02-14 | 化合物半導体結晶の均質化方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60171300A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6445126A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-17 | Furukawa Electric Co Ltd | Manufacture of gaas compound semiconductor substrate |
JPH01102932A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Showa Denko Kk | 半絶縁体GaAs基板の製造方法 |
JPH01122999A (ja) * | 1987-11-05 | 1989-05-16 | Nippon Mining Co Ltd | 化合物半導体単結晶の熱処理方法 |
US5093284A (en) * | 1988-05-27 | 1992-03-03 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Process for homogenizing compound semiconductor single crystal in properties |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5460858A (en) * | 1977-10-25 | 1979-05-16 | Hitachi Cable Ltd | Manufacture of gallium arsenide crystal wafer |
JPS5732643A (en) * | 1980-08-06 | 1982-02-22 | Toshiba Corp | Annealing method of compound semiconductor single crystal |
-
1984
- 1984-02-14 JP JP2553684A patent/JPS60171300A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5460858A (en) * | 1977-10-25 | 1979-05-16 | Hitachi Cable Ltd | Manufacture of gallium arsenide crystal wafer |
JPS5732643A (en) * | 1980-08-06 | 1982-02-22 | Toshiba Corp | Annealing method of compound semiconductor single crystal |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6445126A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-17 | Furukawa Electric Co Ltd | Manufacture of gaas compound semiconductor substrate |
JPH01102932A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-20 | Showa Denko Kk | 半絶縁体GaAs基板の製造方法 |
JPH01122999A (ja) * | 1987-11-05 | 1989-05-16 | Nippon Mining Co Ltd | 化合物半導体単結晶の熱処理方法 |
JPH0776160B2 (ja) * | 1987-11-05 | 1995-08-16 | 株式会社ジャパンエナジー | 化合物半導体単結晶の熱処理方法 |
US5093284A (en) * | 1988-05-27 | 1992-03-03 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Process for homogenizing compound semiconductor single crystal in properties |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0227320B2 (ja) | 1990-06-15 |
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