JPH0351726A - 熱処理装置 - 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） 本発明は例えば、ＩＩＩ　ｅ　Ｖ族生導体単結晶基板に
イオン注入した後に短時間熱処理して導電層を形成する
に際し、電気的特性の再現性に優れた導電層が得られる
熱処理装置詳しくは短時間熱処理装置に関する。

（従来の技術） 近年、ＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化合物半導体材料を用いた高速
デジタル集積回路の開発が進むにつれて、短時間熱処理
法の重要性がますます高まってきている。すなわち、ヘ
テロ接合バイポーラ・トランジスタやへテロ接合電界効
果トランジスタなどの異種接合デバイスの製造プロセス
において、コンタクト抵抗の低減を目的としたイオン注
入が行われており、これらのデバイスの製造においては
、微細構造を持つ異種接合に大きな結晶損傷を与えない
熱処理法が要求されるが、この目的に現在段も適した方
法が短時間熱処理法である。また、この短時間熱処理法
は電界効果トランジスタの性能を高めるために重要な浅
く高濃度の動作層の形成にも適している。この方法を用
いることにより、動作層の不純物の再分布が抑えられる
ばかりでなく、高い電気的活性化率が得られることが知
られている。

短時間熱処理法は急速な昇温（毎秒約１００°Ｃ）およ
び極めて短時間の熱処理時間（１〜数１０秒）を有する
プロセスであり、装置の温度制御方式としては通常、急
速に変化する基板の温度を時々刻々測定し、その値をハ
ロゲンランプ制御系統にフィードバックさせる方式（ク
ローズド・ループ方式）が用いられている。従って、同
方法の熱的な再現性を十分なものとするためには、熱処
理中の試料温度を正確に測定することが必要不可欠であ
る。このことから、通常、例えばイオン注入されたＩＩ
Ｉ　＋　Ｖ族化合物半導体基板を短時間熱処理する場合
の試料温度測定方法としては、第４図に示すように熱電
対の温接点を試料の表面に直接接触させる方法が用いら
れている。この方法を用いることにより、試料を損傷す
ることなく熱処理中の試料温度を直接的に測定すること
ができ、例えば雰囲気ガスの温度を計るような間接的な
温度測定方法と比べてより正確な測定が行える。

（発明が解決しようとする） しかし上記のように、熱電対の温接点を試料の表面に直
接接触させる方法を用いて試料の温度を測定しながら短
時間熱処理を行った場合、熱処理された半導体基板間の
電気的特性にばらつきが生じ易いことが知られている。

この問題は、高温下で熱電対を使用した場合、熱電対の
高温部分が、雰囲気ガス（通常は窒素、アルゴン等の希
ガス）中に含まれる微量の酸素による酸化等の化学反応
を起こし易く、そのため使用回数が増すにつれて劣化部
に発生する寄生熱起電力による温度測定誤差を生じ易く
なることによると考えられる。

また、高温熱処理に基づ＜　ＧａＡｓ表面からの砒素圧
印加条件下で熱処理を行うことがある。この場合には、
ＧａＡｓ表面に保護膜を堆積せずに熱処理を行うため熱
電対の温接点部が高温下でのＧａＡｓとの接触により化
学反応を起こし易い。また、さらに重大な問題として、
高温下でのアルシンとの化学反応にまり熱電対が切断さ
れ温度測定不能に陥る場合があることが知られている。

本発明は以上述べたような短時間熱処理に関する従来の
問題点を解決するためになされたもであり、半導体基板
の温度を測定するための熱電対の高温部分がＧａＡｓ基
板や雰囲気ガスとの化学反応を起こさないようにし、化
学反応による熱電対の切断や寄生熱起電力の発生による
温度誤差の発生等を防いで試料温度を精度よく測定し、
その結果として再現性よく試料基板の温度を制御するこ
とのできる短時間の熱処理に通ずる熱処理装置を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、イオン注入したＩＩＩ　−Ｖ族化合物半導体
基板などを熱処理するにあたり、絶縁膜、例えば窒化珪
素膜により温接点を含む全体を被覆された熱電対を該基
板の表面に接触させて温度を測定しなから熱処理する装
置を用いることにより、窒化珪素膜により被覆されない
熱電対を一用いた場合と比べ、熱処理された基板間の電
気的特性の再現性が大幅に向上する実験事実に基づくも
のである。

温接点を含む全体を窒化珪素膜により被覆された熱電対
の温接点を該基板の表面に接触させて温度を測定しなが
ら熱処理する装置を用いることにより、窒化珪素膜によ
り被覆されない熱電対を用いた場合と比べて、熱処理さ
れた基板間の電気的特性の再現性が大幅に向上する理由
としては、熱電対の全体を窒化珪素膜により被覆するこ
とにより、熱電対高温部が雰囲気ガスやＧａＡｓ基板と
の接触による化学反応を起こしにくくなるため、寄生熱
起電力の発生による温度測定誤差の発生が抑制されて再
現性が向上し、その結果として工程ごとの熱的再現性が
向上するためと考えられる。

（実施例） 以下に本発明の実施例について詳細に説明する。面方位
＜１００＞　ＬＥＣ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｅｎｃａｐｓｕｌ
ａｔｅｄＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法アンドープ半絶縁
性ＧａＡｓ基板に注入エネルギー１００ＫｅＶでＳｉ”
を５Ｘ１０１２ａｍ−２室温で注入シた後、ハロゲン・
ランプを用いて９００°Ｃで５秒間熱処理した。

第１図は、本発明の装置の構成を概略的に示す図であり
、ＧａＡｓ基板３には全体が窒化珪素膜で被覆された熱
電対が接触している。

第２図は第１図に示した構成図をより詳細に示す図であ
る。

第３図は第１図に示した温度測定方法で窒素雰囲気中で
短時間熱処理した試料の２インチ基板面内シート抵抗平
均値の分布図である。第４図は被覆されていない熱電対
を試料基板に接触させて温度を測定しながら短時間熱処
理を行う従来の装置の構成図である。第５図は第３図に
構成図を示した従来の装置を用いて窒素雰囲気中で短時
間熱処理を行った試料の２インチ基板面内シート抵抗平
均値の分布図である。第３図と第５図を比較すると、窒
化珪素膜で被覆された熱電対を試料基板の温度測定に用
いて短時間熱処理を行った場合の方が、被覆されていな
い熱電対を用いた場合よりも熱処理された基板間でのシ
ート抵抗のばらつきが小さくなっているのが判る。

絶縁膜の種類に関しては、本実施例に示した窒化珪素の
他にも、酸化珪素、窒化ボロン、窒化ガリウム等全ての
絶縁膜を用いることが有効であり、試料の種類や熱処理
の温度等の条件に応じてそれらを使い分けることができ
る。絶縁膜の厚さとしては、熱電対の応答速度に影響を
与えない範囲で、任意の厚さのものが有効である。また
基板の寸法については、本実施例で用いた２インチ径以
外の任意の寸法に対しても本発明の原理が適用できる。

以上のことから、本発明の方法を用いることにより、従
来方法に比べて短時間熱処理の工程ごとの再現性が向上
することが確認された。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の方法によれば、例えばＩ
ＩＬＶ族化合物半導体の短時間熱処理を、工程ごとの電
気的再現性よく行うことが出来、従って高速集積回路の
性能の再現性を大幅に改善することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を概略的に示す構成図、第２
図は本発明の一実施例を詳細に示す構成図、第３図は熱
処理を行った半導体基板シート抵抗平均値の分布図、第
４図は従来の短時間熱処理装置を概略的に示す構成図、
第５図は従来の装置を用いて短時間熱処理を行った半導
体基板のシート抵抗平均値の分布図である。 １・・・ハロゲンランプ、２．・・石英ガラス製炉心管
、３・・・２インチＧａＡｓ基板、４・・・支持具、５
・・・熱電対、６・・・窒化珪素膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料表面の温度測定用熱電対として温接点を含む全体を
   絶縁膜により被覆された熱電対を備えたことを特徴とす
   る熱処理装置。