JPH0462836A - 熱処理方法及びその装置 - 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、ＩＩＬＶ族半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
、電気的特性の均−性及び再現性に優れた導電層が得ら
れる短時間熱処理方法とその装置に関する。

（従来の技術） 近年、ＩＩＩ　＋　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、ペ
テロ接合バイポーラトランジスタやペテロ接合電界効果
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、この目的に現在量も適した方法
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てい
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（毎秒的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
プロセスであるため、効率のよい試料加熱方式が必要と
されている。このため、例えば半導体基板を熱処理する
場合、−船釣には試料の垂直方向からハロゲンランプ等
により赤外線を直接照射する方法が用いられてきた。こ
のための従来の熱処理装置の構成を第２図に示した。こ
の直接加熱方式によると、半導体の赤外線吸収・放散に
より迅速に試料の昇・降温を行なうことができ、例えば
、試料の置かれたプレートをジュール熱で加熱する間接
加熱方式等と比べて、より応答性に優れた温度制御を行
なう事ができる。

一方、Ｖ族元素は高い蒸気圧を有するため、高温で熱処
理した場合に昇華しやすいことが知られている。■族元
素が昇華すると、ただちに半導体基板の電気的な劣化を
もたらず、このため、従来、酸化ケイ素あるいは窒化ケ
イ素等の保護膜を半導体表面に装着し、Ｖ族元素の昇華
を防止しつつ、熱処理する方法が一般的に用いられてき
た。しかし、この方法を用いた場合、膜のストレスによ
るＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化合物半導体材料への電気的影響が
発生ずることが知られており、その制御方法は確立され
ていない。

このような保護膜を用いた熱処理の欠点を補う熱処理方
法として近年注目されているのが、砒素雰囲気中での熱
処理である。この方法は上に述べた１１ＬＶ族化合物半
導体材料の短時間熱処理を、アルシンガス等の砒素を含
むガスを導入して砒素雰囲気中で行うことにより、保護
膜を用いることなく■族元素の昇華を防止するもので、
結果として保護膜を用いた熱処理よりも高い電気的活性
化率が、結晶の表面を荒らすことなく得られている。そ
の−例がレイノルズ（Ｓ、　Ｒｅｙｎｏｌｄｓ）等によ
り、アブライドフイジイックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅ
ｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）５１巻９１６頁（
１９８７年）に記載されている。

（発明が解決しようとする課題） 一方、砒素圧雰囲気中で■旧■族化合物半導体材料を短
時間熱処理を用いる場合の問題点の１つとはで、熱処理
中に、比較的低温度である炉心管壁に砒素分子が付着し
やすいことが挙げられる。すなわち、このような砒素分
子の管壁付着が発生した場合、付着部分がハロゲンラン
プ光を遮り、試料基板面上のランプ光強度の不均一をも
たらす。ランプ熱処理においては照射ランプ光の不均一
は試料温度の均一性に大きな影響を与えるため結果とし
て試料の活性層の電気的均一性に影響をもたらすので、
熱処理中の砒素分子の管壁付着は、回避すべき問題であ
る。

本発明は以上述べたようなランプ加熱熱処理に関する従
来の問題点を解決するためになされたものであり、熱処
理中の炉心管壁への砒素分子の付着を防止してランプ照
射光の均一性を良好に保ち、均一性および再現性の優れ
た活性層を形成しうるランプ熱処理方法と装置を提供す
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の熱処理方法は■族元素ガス等の高い蒸気圧を有
する気体を用いた熱処理において、石英ガラス炉心管に
接して設置された金属板の熱吸収により、熱処理中に炉
心管に温度を高温に保った状態で基板の熱処理を行なう
ことを特徴とする。

本発明の熱処理装置は、基板の支持部を備える石英ガラ
ス炉心管と、該炉心管の周囲に設置された加熱用ハロゲ
ンランプと、該炉心管の外表面の一部に接して設置され
た金属あるいは赤外線吸収とを備えることを特徴とする
。

（作用） 本発明は、イオン注入したＩＩＩ　＋　Ｖ族化合物半導
体基板を砒素雰囲気中において短時間熱処理するにあた
り、炉心管に接触した金属板の赤外線吸収により、炉心
管を加熱しながら熱処理を行うことによって、従来のよ
うに炉心管が加熱されることなく比較的低温に保たれた
まま熱処理を行う場合と比べて、熱処理された基板面内
の電気的特性の均一性が大幅に向上する実験事実に基づ
くものである。このように本発明によって電気的特性の
基板面内の均一性が大幅に向上する理由としては、加熱
された炉心管内壁面には砒素分子が付着しにくいため、
砒素分子付着のくもりによる炉心管外部からの照射ラン
プ光の均一性の劣化をもたらずことなく均一な照射光に
よりランプ熱処理を行うことができるためと考えられる
。

（実施例） 第１図は本発明の熱処理装置の一実施例の装置構成を概
略的に示す図である。ハロゲンランプは石英ガラス炉心
管の外部の上方と下方に配置されている。石英ガラス内
の一部に金属板が密着しており、金属板がランプ照射光
を効率よく吸収することにより炉心管が高温度に保たれ
るようになっている。一般に赤外光の吸収率は半導体よ
りも金属の方が大きいので、半導体を熱処理する場合、
炉心管の温度は半導体試料の温度（通常６００〜１００
０°Ｃ）よりも高温になり、砒素分子の被着防止に必要
な温度（約５００°Ｃ）は十分に確保される。

以上に示した構成の装置を用いて、次のような実験を行
った。面方位＜１００＞　ＬＥＣ（ＬｉｑｕｉｄＥｎｃ
ａｐｓｕｌａｔｅｄ　Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法アン
ドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板に注入エネルギー１００Ｋ
ｅでＳｉ＋を１刈い３ｃｍ−２室温で注入した後、第１
図に示した熱処理装置を用いて、炉心管温度を６２０°
Ｃに保ちつつ、９３０°Ｃで５秒間熱処理した。これら
の結果得られた活性層シート抵抗のばらつきは、ｌ７Ｒ
ｓ＝６Ω／口であり、炉心管を加熱することのできない
従来の装置を用いた場合のばらつきσＲｓ＝４０Ω／口
と比べ大幅に改善されている。

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装置は有効である。

また本発明の方法とその装置は、砒素に限らず、■族元
素の高い蒸気圧を有するあらゆる気体中での熱処理を行
うにあたり有効であり、またそのような気体中での熱処
理を必要とするあらゆる物質の熱処理に用いることがで
きることは言うまでもない。

以上のことから、本発明の熱処理方法と装置を用いるこ
とにより、砒素雰囲気中で熱処理されたＧａＡｓイオン
注入活性層の電気的均一性が大幅に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、本発明の熱処理方法とその装置に
よれば、例えばＩＩＩ　＋　Ｖ族化合物半導体の短時間
熱処理により得られた基板面内の均一性を従来よりも大
幅に向上させることが出来、従って高速集積回路の歩留
りを大幅に改善することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱処理装置の一実施例の装置構成図、
第２図は従来の熱処理装置の構成図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｖ族元素ガス等の高い蒸気圧を有する気体を用い
   た熱処理において、石英ガラス炉心管に接触した金属板
   の熱処理により、熱処理中の炉心管の温度を高温に保ち
   つつ熱処理を行うことを特徴とする熱処理方法。
2. （２）基板の支持部を備える石英ガラス炉心管と、該炉
   心管の周囲に設置された加熱用ハロゲンランプと、該炉
   心管の外表面に接して設置された金属板とを、備えるこ
   とを特徴とする熱処理装置。