JPS6410091B2 - - Google Patents
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- JPS6410091B2 JPS6410091B2 JP18458680A JP18458680A JPS6410091B2 JP S6410091 B2 JPS6410091 B2 JP S6410091B2 JP 18458680 A JP18458680 A JP 18458680A JP 18458680 A JP18458680 A JP 18458680A JP S6410091 B2 JPS6410091 B2 JP S6410091B2
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- melt
- compound semiconductor
- vapor pressure
- heat treatment
- gaas
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は化合物半導体を高温で熱処理する方法
に関するものである。
に関するものである。
イオン注入をおこなつた化合物半導体は650゜〜
1000℃の範囲の熱処理を経なければならない。と
ころが、化合物半導体を構成する元素の中には
Ｐ，As，Sbなどのような蒸気圧が大きいものが
あるので、これら高蒸気圧の元素を含む化合物半
導体を高温で熱処理するためには、化合物半導体
表面を何らかの膜で被覆することをおこなうか又
は、該高蒸気圧の元素を含んだガス雰囲気中に曝
して熱処理することをおこなわねばならなかつ
た。しかし膜で被覆して熱処理する前者の方法に
は、化合物半導体中の不純物や構成元素の一部が
該膜中に侵入してしまう問題があつた。一方後者
の方法（一般にキヤツプレスアニーリングと称し
ている）は、ガスの圧力や流量に依存して熱処理
後の半導体表面が曇ることが数多く生じた。こ
の、表面が劣化する原因は、高蒸気圧の元素の飽
和蒸気圧が再現性良く、また制御性良く得られ難
いことにあつた。
1000℃の範囲の熱処理を経なければならない。と
ころが、化合物半導体を構成する元素の中には
Ｐ，As，Sbなどのような蒸気圧が大きいものが
あるので、これら高蒸気圧の元素を含む化合物半
導体を高温で熱処理するためには、化合物半導体
表面を何らかの膜で被覆することをおこなうか又
は、該高蒸気圧の元素を含んだガス雰囲気中に曝
して熱処理することをおこなわねばならなかつ
た。しかし膜で被覆して熱処理する前者の方法に
は、化合物半導体中の不純物や構成元素の一部が
該膜中に侵入してしまう問題があつた。一方後者
の方法（一般にキヤツプレスアニーリングと称し
ている）は、ガスの圧力や流量に依存して熱処理
後の半導体表面が曇ることが数多く生じた。こ
の、表面が劣化する原因は、高蒸気圧の元素の飽
和蒸気圧が再現性良く、また制御性良く得られ難
いことにあつた。
上記の熱処理方法の問題点や欠点を解決する１
つの方法としてGaは侵入しないがAs蒸気の交換
は可能なカーボン製容器に熱処理をおこなう化合
物半導体としてGaAsウエーハを入れ、次に
GaAsがあらかじめ溶かし込まれたGa溶融液中に
該容器を挿入して加熱する方法がMCAT（Melt
Controlled Ambient Technique）として最近提
案された。このMCATではGa溶融液で囲まれた
空間内のAsの圧力が飽和蒸気圧に到達するまで
Gaメルト表面から高蒸気圧のAsが自動的に供給
されるので、該空間内に熱処理をおこないたい
GaAsウエーハをあらかじめ置いておくだけで、
自動的にかつ安定して得られるAsの飽和蒸気圧
の雰囲気下でGaAsの熱処理をおこなうことがで
きる。しかし熱処理を長時間や繰り返しておこな
つたりすると、Ga溶融液中の高蒸気圧のAsの量
が減少し、従つて飽和蒸気圧に到達する時間が長
くなり、その結果、ウエーハ表面の劣化を生じる
問題があつた。すなわち、従来のMCAT法は本
質的に長時間の熱処理や大容積の空間を必要とす
る多数枚のウエーハの熱処理をおこなえないなど
の欠点があつた。
つの方法としてGaは侵入しないがAs蒸気の交換
は可能なカーボン製容器に熱処理をおこなう化合
物半導体としてGaAsウエーハを入れ、次に
GaAsがあらかじめ溶かし込まれたGa溶融液中に
該容器を挿入して加熱する方法がMCAT（Melt
Controlled Ambient Technique）として最近提
案された。このMCATではGa溶融液で囲まれた
空間内のAsの圧力が飽和蒸気圧に到達するまで
Gaメルト表面から高蒸気圧のAsが自動的に供給
されるので、該空間内に熱処理をおこないたい
GaAsウエーハをあらかじめ置いておくだけで、
自動的にかつ安定して得られるAsの飽和蒸気圧
の雰囲気下でGaAsの熱処理をおこなうことがで
きる。しかし熱処理を長時間や繰り返しておこな
つたりすると、Ga溶融液中の高蒸気圧のAsの量
が減少し、従つて飽和蒸気圧に到達する時間が長
くなり、その結果、ウエーハ表面の劣化を生じる
問題があつた。すなわち、従来のMCAT法は本
質的に長時間の熱処理や大容積の空間を必要とす
る多数枚のウエーハの熱処理をおこなえないなど
の欠点があつた。
本発明の目的は化合物半導体ウエーハを生産性
に優れかつ表面劣化を生じないように高温で熱処
理できる化合物半導体の熱処理方法を提供するこ
とにある。
に優れかつ表面劣化を生じないように高温で熱処
理できる化合物半導体の熱処理方法を提供するこ
とにある。
本発明によれば熱処理しようとする化合物半導
体を構成する構成元素のうち、少なくとも一種類
以上の低融点構成元素の溶融液中に高蒸気圧を持
つた他の構成元素を溶かし込んでなる金属溶融液
から、前記高蒸気圧を持つた構成元素を供給しな
がら熱処理を行なうMCAT（Melt Controlled
Ambient Technique）法において、前記金属溶
融液上に熱処理しようとする化合物半導体を構成
する元素のうち低融点元素と高蒸気圧元素とを含
んでなる化合物半導体を載置せしめ、前記金属溶
融液中に、前記載置せしめた化合物半導体から前
記高蒸気圧を持つた構成元素を供給しながら熱処
理を行なうことを特徴とする化合物半導体の熱処
理方法が得られる。
体を構成する構成元素のうち、少なくとも一種類
以上の低融点構成元素の溶融液中に高蒸気圧を持
つた他の構成元素を溶かし込んでなる金属溶融液
から、前記高蒸気圧を持つた構成元素を供給しな
がら熱処理を行なうMCAT（Melt Controlled
Ambient Technique）法において、前記金属溶
融液上に熱処理しようとする化合物半導体を構成
する元素のうち低融点元素と高蒸気圧元素とを含
んでなる化合物半導体を載置せしめ、前記金属溶
融液中に、前記載置せしめた化合物半導体から前
記高蒸気圧を持つた構成元素を供給しながら熱処
理を行なうことを特徴とする化合物半導体の熱処
理方法が得られる。
次に本発明の詳細を化合物半導体としてGaAs
基板を用いた場合についての一実施例とともに説
明をおこなう。
基板を用いた場合についての一実施例とともに説
明をおこなう。
第１図は本発明の原理を説明するための図で、
発明を実施するための第１の装置の断面図を示
す。まず、底に多数個の貫通孔（全孔面積は1.8
cm2）を有するカーボン製の第１の容器１２にGa
溶融液を入れ、さらに熱処理温度下で該Ga溶融
液中にAs又はGaAsを少なくとも該温度における
溶解度まであらかじめ溶かし込んでおく。次に
Asが溶解度以上にまで溶けている前記Ga溶融液
１１上にGaAs１３を載置し、水素ガス流中600
℃で熱処理をおこないGa溶融液表面の酸化膜を
除去する。一方、カーボン製の第２の容器１４に
熱処理するGaAsウエーハ１５を入れる。次に第
１の容器１２で第２の容器１４に蓋をする。この
とき第１及び第２の容器とGa溶融液とで囲まれ
た空間１６（容積は0.01cm3）はあらかじめ水素で
置換しておく。水素は精製した純水素を用いる。
最後に本装置を950℃に徐々に加熱して熱処理を
おこなつた。熱処理の温度と時間はイオン注入条
件によつて適当な値を任意に選ぶことができる。
発明を実施するための第１の装置の断面図を示
す。まず、底に多数個の貫通孔（全孔面積は1.8
cm2）を有するカーボン製の第１の容器１２にGa
溶融液を入れ、さらに熱処理温度下で該Ga溶融
液中にAs又はGaAsを少なくとも該温度における
溶解度まであらかじめ溶かし込んでおく。次に
Asが溶解度以上にまで溶けている前記Ga溶融液
１１上にGaAs１３を載置し、水素ガス流中600
℃で熱処理をおこないGa溶融液表面の酸化膜を
除去する。一方、カーボン製の第２の容器１４に
熱処理するGaAsウエーハ１５を入れる。次に第
１の容器１２で第２の容器１４に蓋をする。この
とき第１及び第２の容器とGa溶融液とで囲まれ
た空間１６（容積は0.01cm3）はあらかじめ水素で
置換しておく。水素は精製した純水素を用いる。
最後に本装置を950℃に徐々に加熱して熱処理を
おこなつた。熱処理の温度と時間はイオン注入条
件によつて適当な値を任意に選ぶことができる。
次に金属溶融液上に載置せしめた化合物半導体
の役割を第１図と第２図を用いて説明する。金属
溶融液２１特にGaの溶融液は強い表面張力のた
め球状になり易いが、溶融液が球状になると第２
図に示すように空間２６は閉じなくなり、空間２
６内の蒸発元素は飽和しなくなる。このように第
１図のGa溶融液１１上のGaAs１３はGa溶融液
１１を押しつぶす重石の働きをしている。Ga溶
融液１１上のGaAs１３のさらに重要な役割は、
該Ga溶融液１１中の高蒸気圧元素であるAsが不
足したときに、GaAs１３がGa溶融液１１中に溶
け込んで不足分を補うことである。このように金
属溶融液上に、少なくとも該金属と高蒸気圧元素
とからなる化合物半導体を載置せしめることによ
り長時間の熱処理や、多数枚ウエーハの大規模な
熱処理を簡単にかつ再現性良くおこなうことがで
きる。また第１の容器の底の貫通孔は蒸発元素の
通り道になるだけでなく、Gaのような金属溶融
液がGaAsのような化合物半導体ウエーハと直接
触れることを防止する働きをする。
の役割を第１図と第２図を用いて説明する。金属
溶融液２１特にGaの溶融液は強い表面張力のた
め球状になり易いが、溶融液が球状になると第２
図に示すように空間２６は閉じなくなり、空間２
６内の蒸発元素は飽和しなくなる。このように第
１図のGa溶融液１１上のGaAs１３はGa溶融液
１１を押しつぶす重石の働きをしている。Ga溶
融液１１上のGaAs１３のさらに重要な役割は、
該Ga溶融液１１中の高蒸気圧元素であるAsが不
足したときに、GaAs１３がGa溶融液１１中に溶
け込んで不足分を補うことである。このように金
属溶融液上に、少なくとも該金属と高蒸気圧元素
とからなる化合物半導体を載置せしめることによ
り長時間の熱処理や、多数枚ウエーハの大規模な
熱処理を簡単にかつ再現性良くおこなうことがで
きる。また第１の容器の底の貫通孔は蒸発元素の
通り道になるだけでなく、Gaのような金属溶融
液がGaAsのような化合物半導体ウエーハと直接
触れることを防止する働きをする。
次に生産に適した大規模な装置を用いた場合の
本発明の他の実施例について、装置の断面を示す
第３図を用いて説明する。化合物半導体ウエーハ
としてGaAs基板上にエピタキシアル成長した
Al0.3Ga0.7As層を用いた。Gaを溶かしたGa溶融
液３１を底に複数個の貫通孔を有するカーボン製
の第１の容器３２に入れ、さらに前記Ga溶融液
３１上にGaAs３３を載置し、水素ガス流中600
℃で熱処理をおこないGa溶融液３１表面の酸化
膜を除去した。一方、カーボン製の第２の容器３
４に熱処理されるAl0.3Ga0.7Asのウエーハ３５を
多数枚入れ、次に第１の容器３２で第２の容器３
４に蓋をする。最後に先の実施例と同様に水素で
置換したのち800℃、１時間の熱処理をおこなう。
熱処理後の表面は極めて平滑であつた。
本発明の他の実施例について、装置の断面を示す
第３図を用いて説明する。化合物半導体ウエーハ
としてGaAs基板上にエピタキシアル成長した
Al0.3Ga0.7As層を用いた。Gaを溶かしたGa溶融
液３１を底に複数個の貫通孔を有するカーボン製
の第１の容器３２に入れ、さらに前記Ga溶融液
３１上にGaAs３３を載置し、水素ガス流中600
℃で熱処理をおこないGa溶融液３１表面の酸化
膜を除去した。一方、カーボン製の第２の容器３
４に熱処理されるAl0.3Ga0.7Asのウエーハ３５を
多数枚入れ、次に第１の容器３２で第２の容器３
４に蓋をする。最後に先の実施例と同様に水素で
置換したのち800℃、１時間の熱処理をおこなう。
熱処理後の表面は極めて平滑であつた。
次にこの優れた本発明の熱処理方法において、
表面劣化を避けるために重要な要素である蒸発元
素が飽和蒸気圧に到達する時間ｔについて検討
し、さらに本発明の熱処理方法が実用的にも優れ
たものであることを説明する。ここでは化合物半
導体としてGaAsを、高蒸気圧の蒸発元素として
Asを例に説明をおこなう。
表面劣化を避けるために重要な要素である蒸発元
素が飽和蒸気圧に到達する時間ｔについて検討
し、さらに本発明の熱処理方法が実用的にも優れ
たものであることを説明する。ここでは化合物半
導体としてGaAsを、高蒸気圧の蒸発元素として
Asを例に説明をおこなう。
単位時間に蒸発面積がＳであるGa溶融液から
蒸発するAsの量Ｗは次式に従つて計算される。
蒸発するAsの量Ｗは次式に従つて計算される。
Ｗ＝xSPAS（Ｍ／2πRoT）1/2 (1)
ここでは蒸発係数、PASは温度Ｔにおける蒸
発元素のAsの飽和蒸気圧、ｘとＭは少なくとも
溶解度まで溶けているAsのGaメルト表面におけ
るモル分率と分子量、Roは気体定数である。As
が容積υ内で飽和蒸気に達するまで蒸発するには ω＝MPυ／RT (2) のAsが必要である。従つて となる。＝１，ｘ＝2.2×10-2，Ｔ＝1073゜K，
Ｍ＝74.9ｇ，mol-1とする(3)式は ｔ＝3.3×10-3υ／Ｓ (4) と表わされる。実施例１の装置はυ＝0.01cm3，Ｓ
＝1.8cm2であるからｔ＝1.84×10-5秒となる。熱処
理を受けるGaAsウエーハの表面あるいは周囲は
昇温とともに飽和蒸気圧に瞬時に達することがわ
かる。650゜〜1000℃の温度範囲でｔ＜１〜２秒で
あることが必要と考えられているが、第３図に示
す第２の実施例の装置（υ＝16cm2，Ｓ＝1.8cm2）
でも高々ｔ＝0.03秒であるから、この生産用の装
置でもAsが飽和蒸気圧に達するのは充分に短時
間であることが理解できる。
発元素のAsの飽和蒸気圧、ｘとＭは少なくとも
溶解度まで溶けているAsのGaメルト表面におけ
るモル分率と分子量、Roは気体定数である。As
が容積υ内で飽和蒸気に達するまで蒸発するには ω＝MPυ／RT (2) のAsが必要である。従つて となる。＝１，ｘ＝2.2×10-2，Ｔ＝1073゜K，
Ｍ＝74.9ｇ，mol-1とする(3)式は ｔ＝3.3×10-3υ／Ｓ (4) と表わされる。実施例１の装置はυ＝0.01cm3，Ｓ
＝1.8cm2であるからｔ＝1.84×10-5秒となる。熱処
理を受けるGaAsウエーハの表面あるいは周囲は
昇温とともに飽和蒸気圧に瞬時に達することがわ
かる。650゜〜1000℃の温度範囲でｔ＜１〜２秒で
あることが必要と考えられているが、第３図に示
す第２の実施例の装置（υ＝16cm2，Ｓ＝1.8cm2）
でも高々ｔ＝0.03秒であるから、この生産用の装
置でもAsが飽和蒸気圧に達するのは充分に短時
間であることが理解できる。
尚、AsはGa溶融液から蒸発するのみならず熱
処理するGaAsウエーハからも蒸発するが、Ga溶
融液中のAsの拡散係数（800℃で２×10-5cm2・
sec-1）に比べてGaAs中のAsの拡散係数は８桁
も低いために、GaAs表面のAs濃度がたとえば３
％減少する範囲はGaAs表面からわずか25Å程度
にすぎなく、GaAs表面の劣化に及ぼすようなAs
の蒸発はほとんどないことがわかる。
処理するGaAsウエーハからも蒸発するが、Ga溶
融液中のAsの拡散係数（800℃で２×10-5cm2・
sec-1）に比べてGaAs中のAsの拡散係数は８桁
も低いために、GaAs表面のAs濃度がたとえば３
％減少する範囲はGaAs表面からわずか25Å程度
にすぎなく、GaAs表面の劣化に及ぼすようなAs
の蒸発はほとんどないことがわかる。
以上述べたように本発明を実施することによ
り、化合物半導体を表面の劣化をともなわずに生
産性良く高温で熱処理することができる。またイ
オン注入した不純物が高蒸気圧の元素である場合
にも本発明の思想が適用できる。
り、化合物半導体を表面の劣化をともなわずに生
産性良く高温で熱処理することができる。またイ
オン注入した不純物が高蒸気圧の元素である場合
にも本発明の思想が適用できる。
以上の説明では金属溶融液としてGaを、化合
物半導体としてGaAsとAlGaAsを例に述べてき
たが、In元素を構成元素とする化合物半導体にお
いては金属溶融液としてはInでも良く、この種の
化合物半導体としてはGaP，InP，InAs，GaSb，
InSbさらにはInGaP，InGaAsPなどがある。
物半導体としてGaAsとAlGaAsを例に述べてき
たが、In元素を構成元素とする化合物半導体にお
いては金属溶融液としてはInでも良く、この種の
化合物半導体としてはGaP，InP，InAs，GaSb，
InSbさらにはInGaP，InGaAsPなどがある。
InGaAsPの場合にはGa溶融液中にInGaAsPを
溶かし込んで、AsとＰのソースとするのが良い。
さらに実施例では金属溶融液を入れる第１の容器
の材料としてカーボンを例に説明してきたが、金
属溶融液と反応を生じ難いBNなどを用いても良
い。
溶かし込んで、AsとＰのソースとするのが良い。
さらに実施例では金属溶融液を入れる第１の容器
の材料としてカーボンを例に説明してきたが、金
属溶融液と反応を生じ難いBNなどを用いても良
い。
第１図、第３図は本発明を実施するための装置
の断面図で、第２図は本発明を説明するための断
面図である。これらの図で、１１，３１はGa溶
融液、１２，２２，３２は第１の容器、１３，３
３はGaAs、１４，２４，３４は第２の容器、１
５は熱処理されるGaAsウエーハ、３５は熱処理
されるAlGaAs／GaAsウエーハ、１６，２６は
閉じた空間を、また２１は金属溶融液、２５は化
合物半導体ウエーハをそれぞれ示す。
の断面図で、第２図は本発明を説明するための断
面図である。これらの図で、１１，３１はGa溶
融液、１２，２２，３２は第１の容器、１３，３
３はGaAs、１４，２４，３４は第２の容器、１
５は熱処理されるGaAsウエーハ、３５は熱処理
されるAlGaAs／GaAsウエーハ、１６，２６は
閉じた空間を、また２１は金属溶融液、２５は化
合物半導体ウエーハをそれぞれ示す。
Claims (1)
- １ 熱処理しようとする化合物半導体を構成する
構成元素のうち、少なくとも一種類以上の低融点
構成元素の溶融液中に高蒸気圧を持つた他の構成
元素を溶かし込んでなる金属溶融液から、前記高
蒸気圧を持つた構成元素を供給しながら熱処理を
行なうMCAT（Melt Controlled Ambient
Technique）法において、前記金属溶融液上に熱
処理しようとする化合物半導体を構成する元素の
うち低融点元素と高蒸気圧元素とを含んでなる化
合物半導体を載置せしめ、前記金属溶融液中に、
前記載置せしめた化合物半導体から前記高蒸気圧
を持つた構成元素を供給しながら熱処理を行なう
ことを特徴とする化合物半導体の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18458680A JPS57107025A (en) | 1980-12-25 | 1980-12-25 | Heat treatment of compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18458680A JPS57107025A (en) | 1980-12-25 | 1980-12-25 | Heat treatment of compound semiconductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57107025A JPS57107025A (en) | 1982-07-03 |
| JPS6410091B2 true JPS6410091B2 (ja) | 1989-02-21 |
Family
ID=16155793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18458680A Granted JPS57107025A (en) | 1980-12-25 | 1980-12-25 | Heat treatment of compound semiconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57107025A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63283020A (ja) * | 1987-05-14 | 1988-11-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 熱処理方法 |
| KR100407955B1 (ko) * | 2001-05-29 | 2003-12-03 | 엘지전자 주식회사 | 퓨전 기판 위에 ＧａＡｓ을 형성하는 방법 |
-
1980
- 1980-12-25 JP JP18458680A patent/JPS57107025A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57107025A (en) | 1982-07-03 |
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