JPH02181916A

JPH02181916A - 半導体基板の熱処理方法

Info

Publication number: JPH02181916A
Application number: JP259589A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Nakagawa; 中川　泰仁
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1989-01-09
Publication date: 1990-07-16

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〉本発明は半導体基板の熱処理方法に関するものである。

〈従来の技術〉化合物半導体、なかでもＧａＡｓは、Ｓｉに比べて優れ
た物理的性質を持っているため、現在そのＬＳＩ化の研
究が活発に行われている。

ＧａＡｓ　　ＬＳＩは半絶縁性ＧａＡｓ基板にＳｉをイ
オン注入して作成したＭＥＳＦＥＴを基本デバイスとし
て用いている。イオン注入技術を用いて導電層を形成す
るためには、ＧａＡｓ基板を８００℃以上の高温で熱処
理し、注入した不純物を電気的に活性化させる必要があ
る。この熱処理工程はＧａＡｓＬＳＩ製造工程のなかで
最も高温を必要とし、ＧａＡｓＬＳＩ０高性能化の高歩
留まり化をはかるためには最適化された熱処理技術の確
立が重要である。

ＧａＡｓ　　ＬＳＩの製造において現在広く用いられて
いる熱処理方法は、抵抗加熱式の電気炉を用いる方法で
ある。この技術は元来Ｓｉプロセスとして培われただ技
術であり、プロセスの安定性・均一性に優れている。し
かし、この方法では装置の大きな熱容量の関係から、制
御可能な最短熱処理時間が数分から数十分に制限される
。不必要に長い熱処理時間は、注入不純物の縦方向・横
方向の熱拡散や、耐熱ゲート金属とＧａＡｓ間の相互反
応を助長する。などの原因となり、ＧａＡｓ　　ＬＳＩ
。

高性能化・大規模化を計るうえでの障害となる。

これらの問題を解決する目的で、赤外線ランプを用いた
短時間アニール法（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎ
ｎｅａｌ；以下ＲＴＡと記述）が注目されている。

ＲＴＡでは、基板加熱用のランプ熱源が高精度の温度制
御系の下で用いられており、秒単位のアニール時間の制
御が可能となる。そのため、電気炉での熱処理に比べて
、熱拡散が抑制され、急峻な不純物分布が得られる。と
いう優れた特徴があり、ＧａＡｓ　　ＬＳＩの高性能化
を導く事ができる。

しかし、ＲＴＡは基板温度の急激な昇温・降温過程を特
徴とするため、ＧａＡＳ基板と雰囲気ガスの間に熱平衡
関係が成立せず、基板面内で温度の不均一が生じやすい
。基板面内での温度不均一は、注入不純物の活性化率を
ばらつかせるだけでなく、スリップ・ラインや基板の反
りなどを発生する原因ともなっている。

一般にＧａＡＳ基板をＲＴＡで熱処理する際、第１図の
如く、ＧａＡｓ基板１１を、該ＧａＡｓ基板１１より径
の大きいＳ　基板等のサセプタ１２．１３で挾み、加熱
を行なう。この時、ＧａＡｓ基板ｌｌ内に温度不均一が
生じる原因として、 ■ＧａＡｓ基板１１端からの熱放射 ■ＧａＡｓ支持用サセブクサセプタ３面内での単位面積
あたりの熱容量の差があげられる。■はＧａＡｓ１板１１端からの熱放射に
よって基板周辺部の温度が中央部より低くなる現象であ
る。一方、■はＧａＡｓ基板１１でおおわれたサセプタ
１２．１３の中央部と、おおわれていない周辺部での熱
容量の違いによる両部の温度差が、ＧａＡｓ基板１１周
辺部の温度差を変化させる現象である。これらの原因は
、第３図に示すようなドーナツ状のガードリング１４を
サセプタ１２．１３の間のＧａＡｓ基板１１周辺に配置
することにより、ある程度は制御することができる。

〈発明が解決しようとする課題〉しかし、このガードリング法は熱の移動を定量的に理解
したうえでの解決法ではなく、上記の定性的な理解に基
りく解決法であるだめ、再現性に乏しい。すなわち、最
適なガードリングの材質や形状・ＧａＡｓ基板との位置
関係・アニール条件との対応など、定量的に明らかにし
なければならない諸条件が、再現性良く決定できない、
という問題があり、ＲＴＡの実用化を阻んでいる。

く課題を解決するための手段〉本発明は上述する問題点を解決するためになされたもの
で、赤外線ランプによる短時間アニール法を用いて半導
体基板を熱処理する際、半導体基板を加熱する速度を毎
秒２０℃よりも低くした半導体基板の熱処理方法を提供
するものである。

〈作用〉ＲＴＡの利点は昇温・降温による短時間での熱処理によ
り生じるが、スリップラインの発生のような問題もある
。しかし、この問題は、従来のＲＴＡではその高速熱処
理を意識しすぎたため、加熱速度を速く設定しすぎ（８
０に／ｓ程度）、そのためＧａＡｓ基板とサセプタおよ
び雰囲気ガス間での熱平衡関係が成立しないために生じ
たものである、と考えられる。

従って、ＲＴＡの長所を損なわない程度に加熱速度を低
くすれば、より熱平衡関係に近い状態で７ニールできる
ため、スリップラインの発生等の問題を生じる事なく、
電気炉アニールより優れたアニールを行うことができる
。

〈実施例〉以下、図面を用いて本発明について詳細に説明する〇半絶縁性ＧａＡｓ基板に　Ｓ１＋を５０ｋｅＶ４Ｘ１０
　　ｃｍ　　イオン注入した後、ウエノ１を３つに分け
てアニールを行った。

第１図はＲＴＡを行うときのＧａＡｓ基板１１とサセプ
タ１２．１３の位置関係を示し、下側のサセプタ１２は
ＧａＡｓ基板１１を支えるためであり、上側のサセプタ
１３は熱処理中にＧａＡｓ基板１１から蒸気圧の低いＡ
ｓが抜けるのを防ぐだめに設けたものである。サセプタ
１２はアニール装置の構造によっては無くても良い。ま
た、サセプタ１３はＧａＡｓ基板１１表面が窒化シリコ
ンなどで保護されている時などは無くても良い。

また、第３図に示す従来技術で用いていたガードリンク
１４は用いていない。

試料１：従来の電気炉アニール（ｐ−ＣＶ　　）による
窒化シリコン膜で表面を保護し、　Ｎ２雰囲気で８５０
℃１５分のアニールを行った。）試料２：従来のＲＴＡ（加熱速度：８０に／ｓ（℃ル）
温度＝８００℃　時間：２秒）試料３：本発明のＲＴＡ（加熱速度：１０に／ｓ温度：
ＳＯＯ℃　時間＝１０秒）第２図に、Ｃ−Ｖ測定により求めた、試料１，２゜３の
キャリア濃度プロファイルを示す。試料１のプロファイ
ルに比べて、試料２，３ではより浅く急峻なプロファイ
ルが得られており、ＲＴＡでは電気炉アニールよりＧａ
Ａｓ　　ＬＳＩが高性能化できることが分かる。

また、本発明のＲＴＡ（試料３）では従来のＲＴＡ（試
料２）より高濃度なプロファイルが得られており、Ｇａ
Ａｓ　　ＬＳＩが更に高性能化できる。

この理由は、加熱速度を低くしたことによりアニール時
間が長くなるため、ＧａＡｓ基板に供給される熱が増え
、活性化率が増大したことに依る。

さらに、試料１乃至３ではガードリンク１４を用いてい
ないため、加熱速度の速い試料２（従来のＰＴＡ）では
スリップラインが発生しているが、加熱速度の低い試料
３（本発明のＲＴＡ　）ではスリップラインは全く発生
していない。本発明では、プログラムにより高精度に制
御できるアニール条件（加熱速度、温度、時間など）を
最適化することによりスリップラインを抑制しているた
め、ガードリング法にくらべて再現性が著しく向上する
。

また、本実施例では加熱速度はＩＯＫ／ｓとしたが、実
験の結果２０に／ｓまでは同等の効果が得られることが
分かった。即ち、加熱速度の上限は２０に／ｓ程度と考
えられる。下限については、あまり低い加熱速度ではＲ
ＴＡの利点が無くなるため、ＩＯＫ／ｓ〜２０に／ｓが
最適と考えられる。

ここまではＧａＡｓ基板に限って記述してきたが、本発
明になるＲＴＡではこのほかの化合物半導体基板やＳｉ
基板にも適用できることは明らかである０〈発明の効果〉以上詳述したように、毎秒２０℃の加熱速度でＲＴＡを
行うことにより、従来のガードリングを用いたＲＴＡに
比べて、より高濃度で急峻なキャリア濃度プロファイル
を、再現性良く得ることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明のＲＴＡを行うときのサセプタと半導体
基板の位置関係を示す模式図、第２図は従来技術との違
いを示すキャリア濃度プロファイル図、第３図は従来技
術のＲＴＡを行うときのサセプタと半導体基板の位置関
係を示す模式図であるＯ

Claims

【特許請求の範囲】

１、赤外線ランプによる短時間アニール法を用いて半導
体基板を熱処理する際、半導体基板を加熱する速度を毎
秒２０℃よりも低くしたことを特徴とする半導体基板の
熱処理方法。