JPS63193533A - 半導体ウエ−ハの製造方法 - 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Ｉ［ｌ−Ｖ化合物半導体へのイオン注入後の熱
処理工程等の熱処理時に表面保護用の表面被覆や、■−
Ｖ化合物半導体デバイスの表面安定化に適用した場合な
どに有効な多層薄膜を有する半導体ウェーハの製造方法
に関する。

（従来の技術） ■−■化合物に代表される化合物半導体へ不純物を導入
する技術を再現性と制御性に優れたものとすることは一
般にきわめて困難である。なぜならばＧａ八へ結晶等の
化合物半導体はイオン注入等により結晶中に損傷が発生
しやすい材料であることもあるが、活性化過程である熱
処理時における保護膜として適切なものがないためであ
る。また、イオン注入後に限らずこうした保護膜を被せ
ての熱処理は化合物半導体デバイス・プロセスの多くの
階段で行われるものであるし、また適切な保護膜はデバ
イスの表面安定化にとってもぜひ必要なものであるにも
かかわらず適切なものがないのが現状である。

ＧａＡｓへのイオン注入後の熱処理保護膜としては通常
、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ□膜が用いられてきたがこれらの
膜は活性化率等に再現性が得られないことは良く知られ
た事実である。これに対してプラズマ堆積法によるＡｌ
Ｎ膜はイオン注入後の活性化率が高く、イオン注入層先
端部における不純物の拡散による裾もきわめて少ないこ
とは報告されている。＾ＱＮ膜が活性化プロセスにとっ
て適したものであることはＳｉ３Ｎ４や５ｉ０２膜とは
違いＡｌＮ自身が■−■化合物であることがらも容易に
類推できるように熱膨張係数が近いといったことからも
予想されるところである。しかし、プラズマ堆積法によ
るＡｕＮ膜は堆積装置を限定し、しかもよく管理された
状況では再現性の良い結果を与えるものの、堆積°装置
が代わったりした場合には再現性が十分とは言えない。

これはプラズマ法ではＡｕＮ膜中に酸素が取込み易いた
めに酸素の組成が変動（特にＧａＡｓ等の基板との界面
近傍における）する等の原因が考えられるが、特に熱処
理温度が８５０℃や９５０’Ｃといった高温になると再
現性が著しく落ちるといった欠点があった。

さらにプラズマ法によるＩＮ膜は素子の表面安定化膜と
しては適用できない。これはプラズマによる表面損傷が
影響していると考えられる。

（発明が解決しようとする問題点〉 そこで有機金属すなわちトリメチルアルミニウムあるい
はＩ・リエチルアルミニウムなどを■族ＡＱ原料に、Ｎ
　２ＩＩ　４やＮＨ３をＶ族Ｎ原料とした有機金属熱分
解法（通称ＭＯＣＶＤ法）を用いてＡｌＮの形成を行っ
ている。このＭＯＣＶＤによるＡｕＮ膜をイオン注入後
の熱処理保護膜として用いるとプラズマ堆積法によるＡ
ｕＮ膜に勝る活性化率〜７０パーセントが得られ、かつ
この再現性も優れているばかりかイオン注入層先端部に
おける不純物の拡散によると考えられるよく知られたキ
ャリア分布の裾もきわめて少ないものが得られる。しか
し、このＡｕＮは吸湿性を有するためだと考えられるが
ＡｌＮ堆積後の保管状況が悪かったりすると、必ずしも
活性化率やキャリア分布の形状は安定したものが得られ
ず、この優れた再現性を維持するためにはＡｌＮ堆積後
、速やかに熱処理活性化プロセスに移行する必要があっ
た。このため工程の時間スケジュールの自由度が乏しく
支障があった。しかもなによりも残念であることは表面
安定化膜として用いた場合に初期にはきわめて優れた界
面特性を示すにも拘らず長期の表面安定化膜としての特
性にはきわめて問題のあるものであった。

本発明の目的はＧａＡｓ結晶等の化合物半導体の、イオ
ン注入後の熱処理時等においてきわめて再現性を向上し
、しかも表面安定化にとっても有効な合物半導体ウェー
ハの製造方法を与えるものである。

即ち、プラズマ法による　ＡｕＮ膜に代わってＭＯＣＶ
Ｄ法によるＡｕＮ膜が堆積直後ではきわめて優れた性質
を有するためにもかかわらず長期の安定性に欠けること
は述べてきたが、この発明においてはこの長期の安定性
にも優れた多層薄膜を与えようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、■−■化合物半導体上にＡｕＮ膜を形
成させそのＡｕＮ膜の表面を酸化することにある。表面
を酸化することによりＡｕＮ膜はイオン注入後の熱処理
保護膜としてもまたデバイスの表面安定化膜としてもき
わめて優れた特性を有することになり、かつまたプラズ
マ法＾１１Ｎ膜のイオン注入後熱処理保護膜としても表
面酸化層を有するＡｕＮ膜を用いることで高温熱処理を
可能ならしめるものである。

（実施例） 以下、この発明を実施例に基づき詳細に説明する。第１
図（ａ）は本発明の多層薄膜の構造を示す断面図である
。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１にイオン注入層１２を設け
、この表面に本発明の多層薄膜１３を配したものである
。イオン注入は１００ｋｅＶで行い、ドーズ量は１×１
０１２ＣＩＩ−２で行ったものである。本発明の多層薄
膜１３はＡｌＮ膜１３１．その上の酸化層１３２よりな
るもので、第１図（ｂ）に示すものである。まず、ＡＩ
ＩＮ膜の堆積はトリメチルアルミニウムとヒドラジンを
原料ガスとした有機金属気相成長法により行った。堆積
は４５０℃、１Ｏｔｏｒｒの減圧系で行った。イオン注
入層１２を設けた基板１１を気相成長装置内に導入した
後、堆積温度の４５０℃まで昇温しなところでヒドラジ
ンを導入し、１分後にトリメチルアルミニウムを混入し
、成長速度５０Ａ／分で厚さ１０００人のＡｌＮ膜１３
１を堆積させた。

この後、トリメチルアルミニウムとヒドラジンを排気し
、基板温度を１００℃に急冷して、オゾンガスを導入し
、ＡＩＩＮ膜の表面を１分間オゾン雰囲気にさらすこと
により　ＡｕＮ膜表面に厚さ　１００オングストローム
程度の酸化層１３２を形成した。

こうした構造を形成後、イオン注入層１２の活性化を行
うために８（１０℃から９５０℃の間で５０度毎の各温
度で２０分間の熱処理を施し、活性化率およびキャリア
分布を測定した。８００℃から９５０℃に至るまで活性
化率は〜７０％を示し、イオン注入層先端部における不
純物の拡散によるキャリア分布の裾もきわめて少ないも
のが得られた。さらにＡｕＮ膜１３１と酸化層１３２を
形成後１か月以上たってから上記熱処理を行った場合に
も同様な活性化率およびキャリア分布が得られた。一方
、酸化層１３２を設けることをしていない状態で熱処理
した場合には、Ａ［Ｎ形成直後に熱処理したものについ
ては上に述べた場合と同様の活性化率およびキャリア分
布が得られたが、堆積後数日たったものを熱処理した場
合には活性化率が７０％を明らかにきり、かつ不純物の
拡散によるキャリア分布の裾が明瞭に見られるようにな
った。

また、本発明により作製した多層薄膜をＧａＡｓ電界効
果トランジスタ（通称ＭＥＳＦＥＴ　）のゲートとソー
スおよびゲートとトレイン間のＧａＡｓ露出表面に形成
し、表面安定化膜として用いたところソースとトレイン
間の電流値はいかなるバイアス電圧条件下にあっても数
か月以上の長期にわたり変動がないものが得られた。一
方、酸化層１３２を有しないものでは数分以内の短期的
な電流ドリフトに加え、長期ドリフトも観測された。

表面酸化層１３２を設けた構造が有効であることはプラ
ズマ法やスパッタ法によるＡｕＮ膜に対しても観測でき
る。この場合には表面安定化膜としての特性に酸化層１
３２を設けたからといって適用できるような優れた特性
が見られなかったがイオン注入における熱処理保護膜と
して堆積後の時間経過に伴う変化は酸化層１３２をＩＮ
表面に形成することでほとんどなくなった。従って、こ
の表面酸化層の効果はＡｕＮ膜の堆積法に依存するもの
ではなく、吸湿性を有するＡｕＮ膜の表面を酸化層で覆
うことにより、このＡＩＪの吸湿・を防いだことで生ま
れる効果と考えられる。酸化層１３２の厚さとしては数
１０オンゲスＩ・ローム程度以下でも効果があるもので
要は酸化層１３２があることで本発明の効果が得られる
。

さらに実施例においてはＩＮ膜の表面の酸化をオゾン雰
囲気を用いて行ったが、本発明の効果は、酸素プラズマ
を用いて表面酸化を行ってももたらされるものであり、
酸化法によって異なるものではない。

（発明の効果） 表面酸化層１３．２を設けた構造を有する　Ａｕ膜は吸
湿性が防止され、膜の性質の経時変化がない安定なもの
となる。この結果と考えられるが、この発明による多層
薄膜を■−■化合物半導体表面に形成し、イオン注入後
の熱処理保護膜等に適用すると活性化率がきわめて高く
、不純物の拡散によるキャリア分布の裾も生じないもの
が、きわめて再現性よく得られる。また、本発明により
作製した多層薄膜をＧａＡｓＭＥＳＦＥＴのゲートとソ
ースおよびゲートとドレイン間のＧａＡｓ露出表面に形
成し表面安定化膜として用いたところたものではソース
とトレイン間の電流値の電流ドリフトのないものがきわ
めて再現性よく得られる。すなわち、プロセス途中での
熱処理保護膜としてもデバイス動作時の表面安定化膜と
してもきわめて信頼性の高い多層薄膜である。本発明の
多層薄膜を用いれば懸案であった■−■化合物半導体の
プロセス途中での保護膜問題とデバイスの信頼性を左右
する表面安定化の問題は大幅に改善されるものと考える
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はＧａＡｓへのイオン注入後に熱
処理用の本発明の多層薄膜を配したウェーハの断面図で
あり、 １１・−ＧａＡｓ基板 １２・・・イオン注入層 １３・・・本発明の多層薄膜 １３１・・・ＡｌＮ膜 第１図 （ａ） （ｂ） ＡｌＮ多層薄膜 イオン注入層 ＧａＡｓ基板 Ａハ膜の酸化層 ＡｆＮ膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. III−Ｖ化合物半導体上にＡｌＮ膜を形成させる第１の
   工程と、該ＡｌＮ膜の表面を酸化する第２の工程から成
   ることを特徴とするIII−Ｖ化合物半導体ウェーハの製
   造方法