JPS6271221A - ＧａＡｓ半導体ウエハのアニ−ル法 - 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、　ＧａＡｓ　　半導体ウェハのアニール法に
関する。

（従来の技術） 半導体ウェハを加熱するための従来の技術としては、電
気炉アニール法、ランプアニール法が実用化されておシ
、他にはレーザーまたは電子ビームを用いるアニール法
が考案されている。

電気炉アニール法は、半導体ウェハを電気炉内で８００
−９００℃にて１０−２０分間加熱する方法である。こ
の方法では、電気炉の加熱ま九は冷却に通常数時間を要
する。ランプアニール法は、光源であるランプより輻射
される赤外線または可視光を半導体ウェハまたはこれと
密着する試料ホルダーに吸収させ、半導体ウェハを加熱
する方法である。この方法では、電気炉アニール法と比
べてアニール温度及び時間の選択の幅が広いが、通常そ
れぞれ９００−１１００℃、数十秒以下での高温、短時
間アニールが用いられる。また、ランプアニール法にお
いて、昇浪速度は重要なアニール条件であるが、一般に
数十℃／秒以上の急速昇温アニールが用いられておシ、
１０℃／秒以下の条件が採用された例はない。レーザー
や電子ビームを使用するアニール法では、半導体ウェー
を１０ＧａＡｓ秒以下の極めて短時間のうちに加熱する
方法であるが、実用化に至っていない。

半導体ウェハ加熱のために従来用いられている電気炉ア
ニール法では、アニール時間が１０−２０分間と長く、
また、電気炉の加熱、冷却に数時間を要するので、アニ
ール全工程に要する時間が長い。このため、短時間で多
数のウェハを加熱するのに適さない。また、ウニ八面内
での注入不純物の拡散や残留不純物の再分布が顕著であ
る。一方、レーザーや電子ビームラ使用するアニール法
では、ウニ八表面を非常に短時間（１０”−”秒以下）
かつ局所的に加熱するため、ウェハを均一に加熱するこ
とができない。

その結果、ウェハに新たな欠陥が生じる等の理由によシ
実用化に至っていない。

ランプアニール法は上記のアニール法の欠点を克服する
方法として有効である。従来ランプアニールの条件は、 アニール温度：９００−１１００℃ アニール時間：数十秒以下（通常１０秒程度）昇温速度
：数十℃／秒以上（通常１０ｎ−２００℃／秒）であり
、急速昇温、短時間アニールが用いられている。しかし
ながら、このような急速昇温、短時間アニールの場合に
は、ウェハを熱平衡下で加熱できない。このため、特に
ドナーイオン注入後のウェハの表面損傷の回復やドナー
イオンの活性化をウェーの高温加熱によシ行なら際には
、従来のランプアニール法は不十分なものであった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はＧａＡｓ　　半導体ウェハをアニールするに際
し、ウェハを熱平衡に近い状態で加熱してアニール温度
への円滑な移行を可能とし、ウニ八表面にｔｈｅｒｍａ
ｌ　ｐｉｔの発生を回避するとともに注入した不純物の
電気的活性化率を十分に高めるアニール法を提供しよう
とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明はＧａＡｓ　　半導体ウェハをランプアニール炉
に収容し、昇温速度１〜５℃／秒で加熱し、アニール温
度８５０〜９００℃、アニール温度８５０〜９００℃、
アニールすることを特徴とするＧａＡｓ　　半導体ウェ
ハのアニール法である。

そして、　ＧａＡｓ　　半導体ウニ八表面には８ｉＮｘ
。

Ｓ　；、ｏ、または８１ＮｘＯｙ　膜を形成して保護す
るとともに、加熱中のウニ八表面からＡｓ　　が抜ける
ことを防ぐために別のＧａＡｓ　　ウェハを前記ウェハ
に重ね合わせて、カーボンまたはＳｉＣ製試料ホルダー
内に密着固定することができる。なお、試料ホルダーの
材料は上記以外の赤外吸収体を用いてもよい。また不活
性雰囲気としてＮ、またはＡｒ、　Ｎｅ　　等の希ガス
中で赤外線ランプで加熱することができる。

（実施例） 第１図はランプアニール炉の構造の概略図である。石英
治具８により支持された試料ホルダー７は石英保護管２
中に収容され、試料ホルダー７に付設した熱電対５の電
流導入端子６を石英保護管２の蓋に設けた０石英保護管
２には雰囲気ガスであるＮ、またＡｒ　　を導入する管
４設けるとともに、油回転ポンプ及び油拡散ポンプに接
続された排気管９を設ける。また、石英保護管２の周囲
には、通電加熱により赤外線を輻射するヒーター１及び
水冷管３を設ける。加熱すべきウニ八表面は、　５ｉＮ
ｘｌ＠で保護し、その上に別のＧａＡｓ　　ウェハを重
ね合わせて、カーボンまたは８１Ｃ製試料ホルダー７内
に密着固定した。

電界効果トランジスター作製過程において、ドナーイオ
ン注入後のＧａＡｓ　　ウェハのアニールエ程を上述の
ランプアニール炉を用いて行なった。こうして作製した
電界効果トランジスターについて、表面からの深さ方向
へのキャリヤー密度分布と電流−電圧特性をそれぞれ、
Ｃ−Ｖ法及びＩ−Ｖ法により測定した。但し、測定はウ
ニ八面内の一直線上に並んだ２６個の電界効果トランジ
スターについて行なわれる。昇温速度を２℃／秒、アニ
ール温度を８５０℃としたとき、キャリヤー密度の最大
値（単位：　５ｗ−”　）、ｂ　及びキャリヤー密度が
ｆ　Ｘ　１０１・１　に減衰する深さく単位：μｙｐｓ
）、ＤＩ−の平均値がアニール時間に対してどのように
変化するかを示したものが第２図である。ＮｐとＩ）ｔ
＠のバラツキのアニール時間依存性を第５図に示す。

注入されたドナーイオンの電気的活性化率はキャリヤー
密度に比例する。ここで、キャリヤー密度は近似的にＮ
ｐとＤＩ−の積で与えられると考えてよい。従って、ド
ナーイオンの電気的活性化率はちとＤＩ−の積に比例す
ると考えられる。

第２図に示した結果によるとＮ、とＩ）ｔａは、アニー
ル時間を１００−３００秒としたときに従来の電、気炉
アニール法（アニール温度＝８２０℃。

アニール時間：１２００秒）の場合と同程度の値をもつ
が、アニール時間が１００秒以下のときには電気炉アニ
ール法を用いて得られる値よシも小さい。従って、アニ
ール時間を１００−３００秒としたとき、電気炉アニー
ル法を用いた場合と同程度の電気的活性化率を得ること
ができる。また、第３図に示した結果によると、Ｎｐと
Ｄ（のバラツキは、アニール時間が１０〇−３００秒の
ときには電気炉アニール法の場合と比べて同程度または
それ以下であるが、アニール時間が１００秒以下では電
気炉アニール法を用いて得られる値よりも大きい。故に
、アニール時間を１００−５ＱＯ秒とすると、電気炉ア
ニール法の場合よシも電気的活性化率の均一性が優れて
いる。アニール時間が３００秒以上になると、アニール
工程に要する時間が長くなる上に注入不純物の拡散や残
留不純物の再分布が生じる恐れがある。上に述べたこと
から、アニール＠度が一定の場合には、アニール時間を
１００−３００秒とすることによって、電気炉アニール
法を用いた場合よ〕優れた均一性をもつ電気的活性化率
が得られることがわかる。また、昇温速度を２℃／秒、
アニール時間をｓａ。

秒としたとき、ＮｐとＩ）ｔｓの平均値とバラツキのア
ニール＠度依存性を第４図と第５図に示す。

第４図に示した結果から、ＮｐとＤＩ・は、アニール温
度が８５０−９５０℃のとき電気炉アニールと同程度ま
たはそれ以上である。第５図に示した結果によると、Ｎ
やとＤＩ−のバラツキは８５０−９００℃間で電気炉ア
ニール法の場合と比べて小さいが、９００℃以上では増
大することがわかる。アニール温度がｓｓｏ’ｃ付近以
下では十分な電気的活性化は一般に期待できない。従っ
て、電気炉アニール法の場合と比べて優れた電気的活性
化率及びその均一性を与えるアニール温度領域は、８５
０−９００℃間であると結論される。

電界効果トランジスターの電流（１）−電圧（ロ）特性
曲線は、電流飽和領域では、Ｉ　＝　Ｋ（Ｙ−Ｖｔｈ）
”（但し、Ｘは定数、　ｖｔｈについては後述）で表わ
されるので、測定されたΔ−■曲線を外挿してＶ軸との
交点ｖｔｈを求め、これを立ち上がシミ圧と呼ぶ。昇温
速度を２℃／秒、アニール温度を８５０℃、アニール時
間を５００秒とすると、　ｖｔｈのバラツキは２．４％
であった（但し、ｖｔｈのバラツキは、σｖｔｈを標準
偏差、ｖｔｈ　−１７を論理振幅の平均値とすると、 ｆｉＦアニール法を用い九場合のｖｔｈのバラツキ２．
９％より小さく、ランプアニール法は、均一性の高い特
性をもつ電界効果トランジスターを作製するのく有効で
あることがわかる。

上述の結果は昇温速度が１−５℃／秒のときに再現され
る。昇温速度が５℃／秒を越えると、加熱によるウェハ
の反シが顕著にな）、かつ、ウェハを一定のアニール温
度で加熱することが容易でないために、均一な特性をも
つ電界効果トランジスターを作製することが困難となる
。

（発明の効果） 本発明は上記構成を採用することにより、不純物注入後
のＧａＡｓ　　半導体ウェハの表面損傷の回復及び電気
的活性化率の向上と均一性に優れたアニール処理を短時
間で簡便に行うことができるという、顕著な効果を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図はランプアニール炉の構造の概略図、第２図〜第
５図は本発明のアニール条件を確認するための実験デー
タを示したグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＧａＡｓ半導体ウェハをランプアニール炉に収容
   し、昇温速度１〜５℃／秒で加熱し、アニール温度８５
   ０〜９００℃、アニール時間１００〜３００秒でアニー
   ルすることを特徴とするＧａＡｓ半導体ウェハのアニー
   ル法。
2. （２）赤外線吸収体であるカーボンまたはＳｉＣ製ホル
   ダー内にＧａＡｓ半導体ウェハを支持して赤外線ランプ
   アニール炉内で加熱することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のＧａＡｓ半導体ウェハのアニール法。
3. （３）ウェハ表面にＳｉＮ＿ｘ、ＳｉＯ＿２またはＳｉ
   Ｎ＿ｘＯ＿ｙ膜を形成したＧａＡｓ半導体ウェハをアニ
   ールすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ＧａＡｓ半導体ウェハのアニール法。
4. （４）ランプアニール炉内にＮ＿２または希ガスを導入
   し、不活性雰囲気中でウェハを加熱することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のＧａＡｓ半導体ウェハの
   アニール法。