JPS61144822A - ＧａＡｓ導電層の形成方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体装置の製造方法に関し、更に詳細にけＧ
ａＡｓ半導体におけるＰ型あるいＩ′ｉｎ型導電層の形
成方法に関するものである。

〈発明の概要〉 本発明はＧａＡｓ基板にイオン注入されたＰ型またはｎ
型不純物を保護膜付アニールによって活性化させてＰ型
またはｎ型導電層を形成するに際し、アニール前にアニ
ール用保護膜中に砒素をイオン注入することによって、
電気的特性に優れたＰ型またはｎ型導電層を得るように
したものである。

〈従来の技術〉 一般にＧａＡｓ半導体にイオン注入法を適用した場合、
注入時に誘起された格子欠陥が、その後の熱処理によっ
ても完全には回復せず、又、更に不都合なことには、熱
処理時に砒素やガリウムが抜は出していくために基板結
晶内に多量の空孔が発生し、これら、或いはこれらと注
入不純物、これらと基板原子との結合によって生じた複
合欠陥が、アクセプタやドナーとして作用するため、得
られたイオン注入層の特性は注入不純物の特性で決定さ
れるものと異なって複雑な挙動を示すことが多い。そこ
で、このような基板原子の抜は出しによる空孔の発生を
抑え、同時に注入不純物の抜は出しをも抑えて注入層の
高品質化を図る目的で、注入層の表面に絶縁性保護膜を
被覆して結晶性の熱回復を行う、キャップアニール法が
考案されてきた。

又、一方では基板原子、特に砒素の抜は出しに着目して
、これを積極的に抑制する方法として、保護膜を用いる
ことなく、直接砒素圧雰囲気下で結晶性熱回復を行うキ
ャップレスアニール法が考案されている。

更に、ＧａＡｓ基板に、予めガリウムや砒素を適量注入
しておき、アニール中に失われる基板原子を補償すると
いうアニール方法も考案されている〇〈発明が解決しよ
うとする問題点〉 しかし、前二者の方法による基板原子の抜は出しの抑制
は未だ十分ではなく、ＧａＡｓ表面付近に基板原子の抜
は出しに起因すると考えられる空乏層領域やキャリア濃
度の低い領域が存在することが知られている（　Ａｐｐ
、命Ｐｈｙｓ　、Ｌｅ　ｔ　ｔ、、　４５（１９８４）
　、　９５等）。

また、後者の方法ではガリウムや砒素の注入のためＧａ
Ａｓ基板が必要以上に損傷をうけ、結晶性の回復により
高温あるいけより長時間のアニールを必要とし、従って
不純物原子の熱拡散が助長され、キャリア濃度プロファ
イルが設定したプロファイルから大きくずれるといった
問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決すべく、上述のキャップ
アニール法に改良を加え、電気的特性に優れたＰ型又は
ｎ型導電層を形成し得るようにすることを目的としたも
のである。

く問題点を解決するための手段〉 上記した従来の問題点を解決するため、本発明けＧａＡ
ｓ基板にイオン注入されたＰ型あるいｒｆｉｎ型不純物
を保Ｗｌ膜付アニールによって活性化させてＰ型あるい
はｎ型導電層を形成する工程において、アニール前にア
ニール用保護膜中に砒素をイオン注入するように構成し
ている。

く作用〉 本発明においてはアニール用保護膜中に予め砒素イオン
を注入しているため、これによってアニール処理時にお
ける基板の砒素原子の外拡散（熱解離）が極少化され、
イオン注入層の電気的特性が改善されることになる。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図は砒素及び導電層形成用不純物の分布を示す図で
あり、本発明のＧａＡｓ導電層の形成方法におけるアニ
ール工程は以下のように行なう。

まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板３に導電層形成のための不
純物、例えばＰ型の場合はＺｎ＋イオンを、ｎ型の場合
Ｈ８ｉ”（オンをそれぞれイオン注入し、イオン注入層
（半絶縁性ＧａＡｓ基板３中の不純物注入層）２を形成
する。その後、ＧａＡｓ基板上にアニール用保護膜１と
して、例えばプラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜を
適当な厚さ付着する。

次にアニール用保護膜１中にＡｓ＋　イオンを注入する
。Ａｓ＋イオンの加速電圧は、主として付着したアニー
ル用保護膜１中にＡｓ＋イオンが注入されるように、ア
ニール用保護膜１の厚さを考慮して決める必要があり、
例えばアニール用保護膜１の厚さの１／２　のところで
砒素の濃度が最大となるように選べば良い。この時Ｇａ
Ａｓ基板３はＡｓ＋　イオン注入による損傷をほとんど
うけないため、注入不純物を活性化させるのに必要なア
ニールのみを行えば良い。次にアニールを行い、不純物
注入層２内の注入不純物を活性化させて、Ｐ型又はｎ型
導電層をそれぞれ形成する。

なお、第１図において、４ａアニール用保護膜中に注入
された砒素の原子＃変分布を示す曲線、５は半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板中に注入された不純物原子の濃度分布を示す
曲線である。

本発明のアニール方法は、アニール用保護膜中に注入さ
れた砒素の効果により、基板原子の抜は出し防止効果が
従来のキャップアニールに比べてすぐれているため、表
面付近の空乏層領域やキヤ第２図はｎ型不純物として半
絶縁性ＧａＡｓ基板３中に＠４”Ｓｉ＋　イオンを５０
　ＫｅＶ、　Ｚｌ　ｘ１０１３ａｒ３及び１５０ＫｅＶ
；７９ＸＩＱ”ｃ＊’　　で二段注入した場合の不純物
注入層２のキャリア濃度プロファイルを示したものであ
る。

アニール用保護膜１としてＰ−ＣＶＤ法でＳｉＮｘ膜を
７００Ｘ形成する。次に、その保護膜ｌにＡｓ＋　イオ
ンを注入しないサンプルと、保護膜１の中央深さで最大
濃度となるようにＡｓ　　イオンを９０　ＫｅＶでｌＸ
ｌ０１４個−２注入したサンプルとを用意し、それぞれ
につき窒素中８３０℃３０分のアニールを行った。

第２図において、砒素を注入しないサンプルのキャリア
濃度プロファイルは白丸で、砒素を注入したサンプルの
キャリア濃度プロファイルは黒丸で示している。また、
点線はＬＳＳ理論により計算した注入Ｈ８ｉ原子の濃度
プロファイルである。

このｆａ２図より明らかなように、砒素をイオン注入し
ない場合のキャリア濃度プロファイルでは表面付近にキ
ャリア濃度の低下領域が存在しており、表面から約０３
μｍの深さにわたって、キャリア濃度は９×ｌＯ偏　か
らＬ５Ｘ１０　　ａＲまでなだらかに変化してゆく。一
方、砒素をイオン注入した場合のキャリア濃度プロファ
イルでは、表面近傍のキャリア濃度の低下領域は存在せ
ず、表面から約０３メｍの深さにわたってほぼキャリア
濃度が２×１ＯＩ８ａｌ−３の平坦なプロファイルが得
られており、本発明になる導電層形成方法の有効性が明
らかになっている。

以上のように、本発明の実施例によれば、アニール用保
護膜中に予め砒素イオン注入を行ない、これによって基
板の砒素原子の外拡散（熱解離）を極少化して、イオン
注入層の電気的特性を改善することが可能となり、特に
、本発明を例えば従来ＦＥＴのソース・ドレイン用オー
ミック層として低抵抗化が望まれていたｎ型高濃度層の
形成に適用して所期の低抵抗化を達成することが出来る
。

即ち、アニール用保護膜中への砒素イオンの注入量に対
するシートキャリア濃度、シート抵抗。

易動度の依存性は砒素イオンの注入量が増加するにつれ
てキャリア活性化が促進され、それにつれて易動度は低
下するが、シート抵抗は例えば１０１４個−２の砒素イ
オンの注入量において最小値となり、低抵抗化の実現が
可能となった。

なお、上記実施例においてはアニール用保護膜として窒
化シリコン（ＳｉＮｘ）膜を用いた例について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｓｉｏ２
保護膜等の他のアニール用保護膜を用いた場合にも適用
できることは言うまでもない。

〈発明の効果〉 以上詳述した様に、本発明の方法により従来に比べて次
の様な特有の効果が得られる。

■　アニール用保護膜中に砒素をイオン注入するするこ
とにより、表面付近にキャリア濃度の低下領域が存在し
ない良好な導電層を形成することが出来る。

■　従来の砒素圧印加キャップレスアニールで必要であ
ったアルシンガス等猛毒性のガスを用いることなく砒素
圧を加えることができるため、作業を安全に行なうこと
が出来る。

【図面の簡単な説明】

ｉｌ１図は砒素及び導電層形成用不純物の分布を状態を
示す図、第２図は本発明の詳細な説明するためのキャリ
ア濃度プロファイルの一例を示す図である。 ｌ・・・アニール用保護膜、 ２・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板中の不純物注入層、３・
・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ４・・・アニール用保護膜中に注入された砒素の原子濃
度分布曲線、 ５・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板中に注入された不純物原
子の濃度分布曲線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）ＧａＡｓ基板にイオン注入されたＰ型あるい
   はｎ型不純物を保護膜付アニールによって活性化させて
   Ｐ型あるいはｎ型導電層を形成する工程において、 （ｂ）アニール前にアニール用保護膜中に砒素をイオン
   注入する工程と、 （ｃ）その後に保護膜付アニールを行なってＰ型あるい
   はｎ型不純物を活性化させてＰ型あるいはｎ型導電層を
   得る工程と （ｄ）を含んでなることを特徴とするＧａＡｓ導電層の
   形成方法。