JPS63158837A - 半導体素子の製造方法 - 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、半導体素子の製造方法、特に半導体の能動層
形成方法に関するものである。

（従来の技術） 従来より、半導体結晶に不純物を注入し、その後肢結晶
に熱処理を施すことにより能動層を形成する、いわゆる
イオン注入技術は半導体素子の製造に広く利用されてい
る。ところで、従来の技術による能動層形成の方法では
一般に５ｉ０２や５ｉＯ１Ｎｙを熱処理保護膜として用
いたが、それらとＧａＡｓとでは熱膨張係数が太き（異
なる為、熱処理時には界面に大きなストレスが生じてい
た。そのストレスは、熱処理保護膜の成膜温度より高温
になるにしたがって大きくなる為、両性不純物のサイト
置換に影響を与えキャリア活性化率の低下やＧａＡｓ表
面の損傷をひきおこしていた。従って従来の技術により
、再現性良く且つウェハ面内で均一なキャリア濃度を有
する能動層を形成する場合、イオン注入後の熱処理工程
では適正な熱処理温度での正確な温度制御が要求された
。以上の欠点を解決する為、ＧａＡｓと熱膨張係数がほ
ぼ等しいＡＩＮを熱処理像１！膜として用いた例が報告
された（アプライド・フィジクスルタ−（Ａｐｐｌ、　
Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ。

４０（１９８２）６８９））。しかしながら、この報告
におけるＡＩＮは反応性スパッタ法により成膜したもの
であり、成膜時にＧａＡｓの表面は損傷を受けた。損傷
したＧａＡｓ表面では結晶質が低下し、移動度が低下す
るばかりではなく、ＡＩＮとの間ではスレトスの存在も
予想される。従って界面に存在するストレスの為、熱処
理保護膜として５ｉ０２や５ｉＯ８Ｎ、を使用した場合
と同様に、熱処理では適正な温度での正確な制御が要求
され、得られたキャリア濃度も低かった。ところで、成
長ガスを熱分解し、堆積させるＭＯＣＶＤ法によれば、
ＧａＡｓ表面の損傷を抑えられると予想されるが、その
熱処理保護膜への応用は報告されていない。

（発明が解決しようとする問題点） 例えば、イオン注入後、５ｉ０２やＳｉＯ工Ｎ、などを
熱処理保護膜として形成し、その後に熱処理工程として
赤外線フラッシュアニール法を使用する場合では、ウェ
ハ面内での熱処理温度の不均一によるキャリア濃度の不
均一が生じていた。

またスパッタ法によりＡＩＮを成膜した場合には、Ｇａ
Ａｓ表面の損傷劣化し、５ｉ０２や５ｘＯ１Ｎｙなどを
熱処理保護膜として使用した場合と同様にドナー活性化
率の低下、結晶性の低下、移動度の低下などの原因とな
った。

本発明の目的は、以上の欠点を有せず且つ広い熱処理温
度範囲において、再現性良くキャリア濃度が均一であり
、結晶性の高い能動層を形成する半導体素子の製造方法
を提案することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、保護膜としてＧａＡｓ結晶上にＭＯＣＶＤ法
によりＡＩＮを成膜し、その後熱処理することを特徴と
する半導体素子の製造方法である。

（作用） ＩＩＬＶ化合物半導体結晶中で■族元素は、両性不純物
として振る舞い、■族すイトを占めた場合には、ｎ形不
純物となり、またＶ族すイトを占めた場合には、ｐ形不
純物となることが知られている。

従って、■族元素の占めるサイトを再現性良く制御でき
れば、伝導形及び能動層のキャリア濃度を制御すること
ができる。

ＧａＡｓ中での両性不純物であるＳｉをＧｓａＡｓにイ
オン注入した場合では、従来より熱処理保護膜として５
ｉ０２や５ｔＯｚＮｙなどが用いられてきたが、それら
の熱膨張係数は、ＧａＡｓの熱膨張係数と大きく異なっ
ている。従って熱処理時には、熱処理保護膜とＧａＡｓ
の界面に大きなストレスがかかり、その強度が熱処理温
度によって変化する。そのストレス強度の変化がＳｉの
ＩＩＩ族サイト置換に影響を与えていると考えられる。

故に、ウェハ面内で熱処理温度が不均一である場合や、
熱処理温度に再現性のない場合には、活性化する能動層
のキャリア濃度にばらつきが生じた。一方、熱処理保護
膜としてＡＩＮを反応性スパッタ法により成膜した場合
も、成膜時にＧａＡｓの表面は損傷を受ける。従って、
損傷したＧａＡｓ表面では結晶質が低下し、移動度が低
下するばかりではなく、ＡＩＮとの間ではストレスの存
在も予想され、熱処理保護膜として５ｉ０２や５ｔＯ１
Ｎｙを使用した場合と同様に、熱処理では適正な温度で
の正確な制御が要求され、得られるキャリア濃度も低い
。本発明では、成長ガスを熱分解し、堆積させるＭＯＣ
ＶＤ法によりＡＩＮを成膜したことによりＧａＡｓの表
面は損傷を受けない。従って、本発明でのＡＩＮとＧａ
Ａｓの界面は非常に良好である。しかもＡＩＮとＧａＡ
ｓの熱膨張係数はほぼ等しいので、本発明によれば広い
熱処理温度範囲においてストレスのない状態が達成でき
、従って従来法の欠点を有せず且つ広い熱処理温度範囲
において、再現性良くウェハ面内でのキャリア濃度が均
°−であり、結晶性の高い能動層を形成することが可能
となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。第１図は、絶縁性ＧａＡｓ基板にＳｉを１００Ｋ
ｅＶにて５Ｘ１０１２ａｍ−”イオン注入し、その上に
４００．５００，６００，７００°ＣでＡＩＮを９００
人成膜したウェハを２０分間、８００°Ｃから９５０°
Ｃの間で熱処理したときに活性化した電子濃度と熱処理
温度の関係を示した図である。

９００°Ｃ以上で熱処理すると、６００°Ｃ以上で成膜
した試料は５ｉ０２や５ｉＯ１Ｎｙなどを熱処理保護膜
として用いる従来の方法と同様に電子濃度が減少するが
、５００°Ｃ以下で成膜した試料は全く電子濃度の減少
が認められないことが分かった。

即ち、ＭＯＣＶＤ法により５００°Ｃ以下で成膜したＡ
ＩＮを熱処理保護膜として用いたウェハでは、８００°
Ｃから９５０°Ｃという広い熱処理温度で、イオン注入
したドナー不純物によるキャリアの活性化率が６０〜７
０％という注目すべき高い値であった。−方、反応性ス
パッタ法により成膜したＡＩＮを熱処理保護膜として場
合では、成膜温度にかかわらず、９００°Ｃ以上で熱処
理すると、５ｉ０２やＳｉＯ工Ｎ、などを熱処理保護膜
として用いる従来の方法と同様にキャリアの活性化率の
減少が見られた。加えて、反応性スパッタ法により成膜
したＡＩＮを熱処理保護膜として使用した場合での最高
の活性化率は５０〜６０％であり、本発明による方法と
比較すれば、２０％程度低い。これは前述したように、
反応性スパッタ法によりＡＩＮを成膜した場合は、成膜
時にＧａＡｓの表面を損傷させることに起因すると考え
られる。即ち、損傷したＧａＡｓ表面では結晶質が低下
し、移動度が低下するばかりではなく、ＡＩＮとの間で
はストレスの存在し、熱処理保護膜として５ｉ０２や５
ｔＯ１Ｎｙを使用した場合と同様に、弊処理では適正な
温度での正確な制御が要求され、得られるキャリア濃度
も低いと考えられる。本発明で得られる効果は、成長ガ
スを熱分解し、堆積させるＭＯＣＶＤ法によりＡＩＮを
成膜したことにより、ＧａＡｓ表面での損傷がない良好
なＡＩＮとＧａＡｓの界面が得られたことに起因すると
考えられる。この結果を基に、第２図（ａ）に示す構造
の試料を作製した。

すなわち、約５０ｍｍφの絶縁性ＧａＡｓ基板２１にＳ
ｔを１００ＫｅＶにて５Ｘ１０１２ａｍ−”イオン注入
し、イオン注入層２１１を形成し、その上に５００°Ｃ
でＡＩＮ層２層上２０００人成膜した。そのウェハを約
１分間、８５０°Ｃで赤外線フラッシュアニールによる
熱処理をほどこした。その結果、第２図（ｂ）に示した
約３゜５Ｘ１０１２ｃｍ−２の電子濃度を有するｎ型伝
導層２１２が形成された。

赤外線フラッシュアニール法では、ウェハの中央と周囲
では数十度の温度差が見込まれ、５ｉ０２を熱処理保護
膜として用いる従来の方法によればウェハ面内の電子濃
度は大きくばらつくが、本発明によるｎ型伝導層２１２
の電子濃度はウェハ面内で１０”ａｍ−”程度のゆらぎ
がある程度で極めて均一であった。

以上、イオン注入する不純物として両性不純物であるＳ
Ｌを例に実施例を示したが、他の不純物、例えば、■族
の８，８ｅ、Ｔｅにおいても、従来の方法に比較して、
優位な効果があることは明らかである。

また、イオン注入保護膜としての使用に限らず、通常の
熱処理保護膜としても利用でき、しかも従来の方法より
効果があることは明らかである。

（発明の効果） 以上の様に、本発明によれば、広い熱処理温度範囲にお
いて、再現性良くキャリア濃度の均一な能動層を形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＡＩＮ層をＧａＡｓ基板の熱処理保護膜とし
て用いた場合の活性化電子濃度と熱処理温度の関係を示
した図、第２図（ａ）、（ｂ）は、第１図で示した結果
を基にした本発明の実施例を示す断面図である。 第１図 熱処理温度（”Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　保護膜としてＧａＡｓ結晶上にＭＯＣＶＤ法によりＡ
   ＩＮを成膜し、その後熱処理することを特徴とする半導
   体素子の製造方法。