JPS6132420A - ガリウム砒素基板のアニ−ル方法 - 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】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ、開示の概要 Ｃ０従来技術 り０発明が解決しようとする問題点 Ｅ０問題点を解決するための手段 Ｆ、実施例 ｆｌ、より具体的な実施例 Ｇ０発明の効果 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、イオンを注入されたガリウム砒素（ＧａＡ
ｓ）基板の７ニール方法に関し、特にアニールの制御を
行うために砒素を含むガス雰囲気中でアニールを行う方
法に関するものである。

Ｂ、開示の概要 この発明により開示されるのは、イオンを注入されたガ
リウム砒素基板のアニール方法である。

この方法においては、基板の全面を砒素を含むガス雰囲
気に置き、その基板を非干渉性の光によって加熱するこ
とによりアニールが行なわれる。

Ｃ０従来技術 多元素化合物半導体物質は半導体デバイスに有用な電気
光学的特性とキャリア輸送特性を備えている。しかし、
多元素結晶は、加熱等の熱処理に対して応答し、不純物
の位置のみならず結晶の化学量論までも影響を被る。と
いう性質がある。例えば集積回路を製造する場合には、
処理を受ける結晶表面は比較的広範囲に亘るので、均一
なデバイスの歩どまりを保証するためには、結晶基板全
体に亘って基板の状態が一様でなくてはならない。

そのような結晶に半導体特性を付与するための１つの技
術は、イオン注入（ｉｏｎ−ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ
）として知られている。この技術は、位置決めが正確で
あることと、室温近くの低温で処理できること、という
長所を有する。しかし、結晶の損傷を修復して注入され
たイオンを活動化するために、次にアニールを施す必要
がある。

さて、回路の集積度が増−太し、基板の面積が広くなる
につれ、イオンを活動化させるための均一なアニールを
行うことがより難しくなる。その主な原因は、多元素化
合物半導体物質のうちの揮発性の成分が局所的に蒸発し
てしまうことにある。

そこで、アニール工程を行う際に、多元素化合物半導体
表面全体の均一性を制御するために、いくつかの努力が
なされている。

例えば、多元素化合物半導体であるＧａＡｓが処理の途
中で分解してしまうという問題が、この分野である程度
の注目を集めている。これを解決するために提案されて
いる１つの技術は、アニール工程の間の分解を防止する
ためにＧａＡｓ上にＳｉｎ、などの被覆層を付着するこ
とである。そのような技術は、例えば、米国特許第４２
２６６６７号に開示されている。

別の技術としては、米国特許第３９６９１６４号に開示
されているように、ＧａＡｓ自身の酸化膜を使用するよ
うにしたものがある。

これらの技術は、基板表面の化学量論を制御することに
関与している。例えば、米国特許第４１３５９５２号で
は、ＧａＡｓ結晶基板をガリウム溶液中のＧａＡｓ結品
に近接配置することにより、アニール工程の間にＧ　ａ
　Ａ　ｓの分解を防止するようにした方法が開示されて
いる。

また、ＧａＡｓのうちより揮発性の高い元素（すなわち
Ａ　ｓ　）を余剰にたくわえておくのが望ましいという
ことが米国特許第４３１２６８１号で認識されている。

すなわち、この技術においては分解を防止するための余
剰のＡｓの供給源としてＩ　ｎＡｓが使用される。ただ
し、これらの技術では、約３０分という比較的長いアニ
ール時間が必要である。

アプライド・フィジックス・レター（Ａｐρ１゜Ｐｈｙ
ｓ、　Ｌｅｔｔ、）　３８．８．４月１５日、１９８１
年、６３９ページでは、長時間アニールしたときにＧａ
　Ａ　ｓ中である種の基板の不純物の拡散に有害な影響
があることが認識されており、それを制御するためにＩ
　ｎＡｓからの高圧のＡｓを用いることが開示されてい
る。

また、デバイス・リサーチ・コンファレンス（Ｄｅｖｉ
ｃｅ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）　Ｉ
　Ｖ　Ａ　−７−６月、２６−２８．１９８２には、従
来の長いアニール工程の間にＧ　ａ　Ａ　ｓが選択蒸発
することと、基板からマンガンが拡散することとが問題
であるとして報告されている。

さらに、現在係続中の米国特許出願第４４０６５５号に
は、集積回路デバイスの広い領域上で、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
のような多元素化合物半導体結晶におけるイオン注入さ
れた不純物を活動化させるために、その多元素のうち最
も揮発性の高い元素を均一濃度で含む固体状の部材を、
その集積回路領域全面に近接配置して、短時間アニール
する方法が開示されている。この方法においては、集積
回路の表面にイオンを注入されてなるＧａＡｓ集積回路
ウェーハが、固体砒素の均一な層に近接して８００〜９
００℃の温度で、１〜２０秒間アニールされる。

以上述べたように、最も揮発性の高い元素の固体は、数
秒のオーダーの短いアニール工程の際に均一に制御され
たガス供給源となる。

また、現在係続中の米国特許出願第４４０６５４号には
、フォトエツチング技術を用いてＧ　ａ　Ａ　ｓのウェ
ーハ上に固体砒素源を与えるための装置が開示されてい
る。

さらに、特開昭５５−１５８６２８号公報には。

熱いＡｓガス中で、レーザーを用いてＧａＡｓ基板を漸
増的に加熱することが開示されている。しかしその方法
は１例えば処理装置の壁面で砒素が凝固してしまう等の
問題を防止することができず、従って基板に供給される
砒素の量の制御の信頼性に乏しいという面がある。この
方法はまた、半導体を加熱するレーザーがきわめて不均
一であり、従って結晶に歪みが生じるという問題がある
。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、多元素化合物半導体において、揮発
性の高い元素を均一に供給してアニール工程の際の元素
の欠乏を有効に防止できるようなアニール方法を提供す
ることにある。

この発明の他の目的は、多元素半導体基板結晶を均一に
加熱し、以て結晶の歪みを防止できるようなアニール方
法を提供することにある。

Ｅ８問題点を解決するための手段 この発明の方法は、アニール処理の制御の改良と、アニ
ール処理の間に基板をとり囲む雰囲気の均一性の改良と
に係る。さらに、この発明の方法は、処理装置の壁面上
での砒素の凝固または分解の防止に係る。この方法によ
れば、アニール処理の間の汚染を防止できるとともに、
従来の加熱炉中のアニールよりもわずかの時間しか要さ
ず、また半導体ウェーハを、歪みを形成することなく均
一に加熱できる。

この発明の方法は、特に、イオンを注入されたＧ　ａ　
Ａ　ｓ基板のアニール処理に関与する。この処理は、砒
素を含む雰囲気中で基板の全面を置き、その基板を約４
００℃以上に維持する工程を有する。このときＧａＡｓ
基板は、その基板の上下の熱い帯域によって約４００℃
以上に保たれる。そのＧ　ａ　Ａ　ｓ基板は、広域に亘
る非干渉性の光によって、イオンを注入されたその基板
をアニールするのに十分な時間だけ加熱される。

Ｆ、実施例 この発明によれば、イオンを注入されたＧ　ａ　Ａ　ｓ
基板がＡｓを含むガス雰囲気中に保持される。ＧａＡｓ
基板は、ＧａＡｓ結晶ウェーハに５０〜２０．０ＫｅＶ
のエネルギーで、密度１０１２〜１４１４イオン／ｄ、
深さ１０００〜４０００オングストロームになるように
シリコンイオンを打ち込むことによって得られる。尚、
シリコン以外に利用可能なｎ型のドーパントはＳｓ、Ｓ
、Ｔｅ及びＳｎであり、Ｐ型ドーパントの例としてはＺ
ｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｍｇ。

及びＭｎがある。

図面を参照すると、イオンを注入されたＧａＡｓ基板１
が、石英管などの管２中に配置されている。

基板１は管２内のホルダー（図示しない）上に配置され
ている。そして、管２の周囲には上下に炉３が配置され
ている。

管２には導管５を介してアルシン（ＡｓＨ，）などのＡ
ｓを含むガスが導入され、このガスは、基板１の上方の
炉３によって少くとも約６００℃、好適には６００〜約
８００℃の温度まで加熱される。これにより、アルシン
がＡｓ、Ａｓ２およびＡｓ、のようなＡｓを含む種に熱
分解して、アニールの間にＧ　ａ　Ａ　ｓ表面とよりよ
く反応することが可能となる。このＡｓを含むガスは、
好適には導管１０を介して導入された水素、窒素または
アルゴンなどの不活性ガスと混合される。この混合ガス
は、体積比で少くとも約０．０１％、好適には少くとも
約０．２％のＡｓを含むガス（例えばアルシン）を含ん
でいなければならない。より好適には、その混合ガスは
、体積比０．２〜１％のアルシンを含んでいる。さらに
その混合ガスは、管２の中の基板１の上方では、炉３に
よって約６００℃に維持され、基板１の下方では炉３に
よって少くとも４００℃、好適には約４００〜６００℃
に維持される。そして水晶管２の熱伝導と熱せられたガ
スの対流とによって、ＧａＡｓ基板１をとりまく管２の
部分がＡｓの凝固温度である約４００℃以上に保たれ、
以て管２の加熱部分中のどの箇所でもＡｓが凝固するこ
とはない。しかし、Ｇ　ａ　Ａ　ｓの温度が７５０℃を
超えてはならない、ということは重要である。というの
は、もしＧａＡｓ基板の温度が７５０℃を超えるとアニ
ールの前に基板中で注入されたイオンの活動化が行なわ
れてしまうからである。こうして、Ａｓを含むガスは、
Ｃ；ａＡｓ基板１の上方とその周囲とに運ばれ、導管６
を介して水晶管２から除去される。尚、望むなら、導管
６から導出されたガスを入口４にリサイクルさせるよう
にしてもよい。

ＧａＡｓ基板は、光源７によって約９００〜１１００℃
の温度でアニールされる。光源７は、基板１の全体を均
一な温度で同時に加熱することのできる広域の非干渉性
光を発生する。また、この光源７は、基板１上に均一な
照度または強度のビームを供給する。光源７には、炭素
アークランプやアルゴンアークランプが適当である。そ
の他の適当な光源としては、水晶ハロゲンランプ及びタ
ングステン球をもつランプがある。このランプの強度は
通常基板１の表面に対して約２０〜約２００Ｗ／ｄであ
り、好適には約５０〜約１００Ｗ／ｄである。

このアニールは約１〜２０秒間行なわれるが、好適には
約１〜５秒間であり、最も好適には１〜２秒間である。

そして、このアニールの間に、基板ｌは約９００℃と約
１ｉｏｏ℃の間の温度シコ達する。もし何ら手段を講じ
なければ、そのような高温では多量のＡｓがＧ　ａ　Ａ
　ｓ基板から失なわれて、イオン注入領域が破壊されて
しまう。しかるに、図面に示すように、基板１の周囲を
、Ａｓを含むガスでとり囲むことにより、高温のアニー
ル期間におけるＧ　ａ　Ａ　ｓからのＡｓの散逸が防止
されるのである。

ｆｌ、より具体的な実施例 少くとも１０６オーム国という高い抵抗率をもつＧ　ａ
　Ａ　ｓウェーハに、１５０ＫｅＶで３Ｘ１０１２イオ
ン／ｃｘｌ密度となるように２８Ｂｉイオンが打ち込ま
れる。次にそのウェーハは、クリア帯域４をもち長さ４
インチ（約１０１．６＋ｎｍ）で各側面を炉３により囲
まれた石英管２内のホルダー（図示しない）上に載置さ
れる。そして、約０．２％のアルシン（ＡｓＨ□）と、
約２０％の水素と；約７９．８％のアルゴンの体積比か
らなる混合ガスが大気圧下毎分的１．８Ｑの流速で管２
に導入される。導入された混合ガスは、管２の上方では
約６５０℃に加熱され、管２の下方では約５００℃に加
熱される。こうして約３０分が経過しガスと温度とが平
衡に達すると、ｉｏｏｏｗの水晶ハロゲンランプからの
光がＧａＡｓウェーハ上に照射されてこの光はそのウェ
ーハ上で約１００Ｗ／ａｌｌの強度となる。その光源は
全体で約８秒間照射を行う。すなわち、その８秒間のう
ちの最初の６？間で約１０００℃までの温度上昇が行な
われ、あとの２秒間でウェーハが１０００℃に保たれる
。

次に光源がオフに切換えられ、炉３がオフに切換えられ
、管２に導入されるガスが毎分約ＩＱの流速の純粋アル
ゴンに転換される。そして約１５分間、管２のガス洗浄
が行なわれた後に、ウェーハｌがこの装置から取り出さ
れる。

Ｇ０発明の効果 以上のように、この発明によれば、管内に導入したＡｓ
を含む′ガスが十分に加熱されるので管内でのＡｓの凝
固を防止でき、以てＧａＡｓ基板に供給されるＡｓの濃
度を均一に保つことができるとともに、広域の非干渉性
光によってＧａＡｓ基板の全面を均一に加熱するので、
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板の歪みの発生を防止できるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の方法を実施するための装置の概要図で
ある。 １・・・・ＧａＡｓ基板、２・・・・石英管、３・・・
・炉。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）ガリウム砒素基板を容器の中に配置し、（
   ｂ）上記容器に砒素を含むガスを導入し、（ｃ）上記砒
   素を含むガスを４００℃以上に加熱し、 （ｄ）上記基板の全面を非干渉性光により加熱する工程
   を含むガリウム砒素基板のアニール方法。
2. （２）上記砒素を含むガスが、アルシンを含んでいる特
   許請求の範囲第（１）項に記載のガリウム砒素基板のア
   ニール方法。
3. （３）上記非干渉性光による上記基板の加熱は９００℃
   乃至１１００℃の温度で行なわれる特許請求の範囲第（
   １）項または（２）項に記載のガリウム砒素基板のアニ
   ール方法。