JPS5837691B2 - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置の製造方法Info
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- JPS5837691B2 JPS5837691B2 JP55117765A JP11776580A JPS5837691B2 JP S5837691 B2 JPS5837691 B2 JP S5837691B2 JP 55117765 A JP55117765 A JP 55117765A JP 11776580 A JP11776580 A JP 11776580A JP S5837691 B2 JPS5837691 B2 JP S5837691B2
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- Japan
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- heat treatment
- gas
- compound semiconductor
- ion
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
- H10P95/90—Thermal treatments, e.g. annealing or sintering
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、化合物半導体装置の製造方法、特に砒素を
含む化合物半導体結晶基体の表面から基体内部にわたっ
て形戒したイオン注入層内の注入原子を活性化させる熱
処理方法について改良された化合物半導体装置の製造方
法に関する。
含む化合物半導体結晶基体の表面から基体内部にわたっ
て形戒したイオン注入層内の注入原子を活性化させる熱
処理方法について改良された化合物半導体装置の製造方
法に関する。
半導体素子の超高速化、超高周波化の要求に伴い、従来
から半導体素子材料として既に用いられているシリコン
半導体結晶に比較し、大きな移動度を有する砒化ガリウ
ムＧａＡｓ等化合物半導体を用いた半導体素子が注目さ
れてきている。
から半導体素子材料として既に用いられているシリコン
半導体結晶に比較し、大きな移動度を有する砒化ガリウ
ムＧａＡｓ等化合物半導体を用いた半導体素子が注目さ
れてきている。
しかしこれら半導体素子を製造する立場からみれば、化
合物半導体は化合物であるが故に種々の反応処理に際し
てシリコン半導体のような単一元素に比較して困難な点
が多い。
合物半導体は化合物であるが故に種々の反応処理に際し
てシリコン半導体のような単一元素に比較して困難な点
が多い。
今日半導体素子製造方法として注目を浴びているイオン
注入技術もこれを化合物半導体に応用する場合には、イ
オン注入後注入された原子・を活性化させる為の高温熱
処理の過程で、一方の構威元素が蒸発してし１うことを
防ぎ熱処理を安定にする方法が確立していない。
注入技術もこれを化合物半導体に応用する場合には、イ
オン注入後注入された原子・を活性化させる為の高温熱
処理の過程で、一方の構威元素が蒸発してし１うことを
防ぎ熱処理を安定にする方法が確立していない。
砒素Ａｓを含む化合物半導体、例えば砒化ガリウム結晶
基体の表面に形威したイオン注入層を活性化するために
施す熱処理工程で、この熱処理中に砒化ガリウム基体表
面から砒素が蒸発するのを防ぐ方法として、基体表面に
種々の保護膜を堆積する方法がとられ、通常熱分解法、
もしくはスバツタ法によって形戒する窒化ケイ素Ｓｉ３
Ｎ４膜が保護膜として用いられている。
基体の表面に形威したイオン注入層を活性化するために
施す熱処理工程で、この熱処理中に砒化ガリウム基体表
面から砒素が蒸発するのを防ぐ方法として、基体表面に
種々の保護膜を堆積する方法がとられ、通常熱分解法、
もしくはスバツタ法によって形戒する窒化ケイ素Ｓｉ３
Ｎ４膜が保護膜として用いられている。
そして表面を保護された砒化ガリウム基体は水素Ｈ２又
は例えば、Ｅ．Ｋ．Ｋ ＲａｏらがＪ． Ａｐｐｌｅ．
Ｐｈｙｓ． ４ ９Ａ ７．３８９８（１９７８）で
説明しているように、アルゴンＡｒのガス雰囲気中で熱
処理されるのである。
は例えば、Ｅ．Ｋ．Ｋ ＲａｏらがＪ． Ａｐｐｌｅ．
Ｐｈｙｓ． ４ ９Ａ ７．３８９８（１９７８）で
説明しているように、アルゴンＡｒのガス雰囲気中で熱
処理されるのである。
しかし、この場合堆積した保護膜が砒化ガリウム基体表
面を変質させることが多〈、しかもその変質の程度は、
保護膜の種類や堆積条件にいちじるしく影響される。
面を変質させることが多〈、しかもその変質の程度は、
保護膜の種類や堆積条件にいちじるしく影響される。
このような方法では、砒化ガリウム基体が直接雰囲気ガ
スと接触していない為、雰囲気ガスの種類によってイオ
ン注入層の性質はほとんど影響されず、もっぱら保護膜
の種類、堆積条件によって左右されることになる。
スと接触していない為、雰囲気ガスの種類によってイオ
ン注入層の性質はほとんど影響されず、もっぱら保護膜
の種類、堆積条件によって左右されることになる。
このような欠点を除くために表面保護膜を用いずに砒化
ガリウム基体表面からの砒素の蒸発を防ぐ方法として、
例えば笠原新井がＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｓｏｃ，
１２６Ａ１１．１９（１９７９）で説明しているように
開管中で砒化水素ガスをモル分圧０．２〜１０Ｔｏｒｒ
程度含有させた水素ガス雰囲気中で７５０〜９００℃程
度の温度で熱処理する方法がある。
ガリウム基体表面からの砒素の蒸発を防ぐ方法として、
例えば笠原新井がＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｓｏｃ，
１２６Ａ１１．１９（１９７９）で説明しているように
開管中で砒化水素ガスをモル分圧０．２〜１０Ｔｏｒｒ
程度含有させた水素ガス雰囲気中で７５０〜９００℃程
度の温度で熱処理する方法がある。
しかしこのように雰囲気ガスとして水素を用いると、上
述のような高い熱処理温度では熱処理中の雰囲気が強い
還元性となり、反応容器等に還元作用を及ぼす為容器等
の変質や劣化を引き起す。
述のような高い熱処理温度では熱処理中の雰囲気が強い
還元性となり、反応容器等に還元作用を及ぼす為容器等
の変質や劣化を引き起す。
その上水素は非常に軽い気体である為、砒化水素ガスと
の密度差が太き〈水素と砒化水素との一様な混合が困難
なうえ、上述したような高温条件下ではガスの対流が激
しくて雰囲気が不均一になり易い。
の密度差が太き〈水素と砒化水素との一様な混合が困難
なうえ、上述したような高温条件下ではガスの対流が激
しくて雰囲気が不均一になり易い。
このような事も原因として水素を用いる方法では、イオ
ン注入層の活性化率の基体面内のばらつきが大きく、ア
ニールごとの再現性も良好にしない。
ン注入層の活性化率の基体面内のばらつきが大きく、ア
ニールごとの再現性も良好にしない。
さらに、イオン注入された原子の高い活性化率を得る為
には、第１図断面図に示すように注入層１１を含む砒化
ガリウム基体１２と、他の砒化ガリウム基体１３もしく
は注入層１１を含む他の砒化ガリウム基体１３′ （図
示せず）とを、注入層１１が形成された面を内側になる
ようにして重ね合わせて、熱処理管内に設置する必要が
ある。
には、第１図断面図に示すように注入層１１を含む砒化
ガリウム基体１２と、他の砒化ガリウム基体１３もしく
は注入層１１を含む他の砒化ガリウム基体１３′ （図
示せず）とを、注入層１１が形成された面を内側になる
ようにして重ね合わせて、熱処理管内に設置する必要が
ある。
しかしこの場合にも、重ね合わせる基板１３との密着性
や、基板１３０種類などによって活性化率が左右される
為、基体面内で活性化率が一様でなく、熱処理毎の再現
性も良好にならない。
や、基板１３０種類などによって活性化率が左右される
為、基体面内で活性化率が一様でなく、熱処理毎の再現
性も良好にならない。
この発明は上記の欠点を除去すべくなされたもので、砒
素を結晶構戒元素として含む化合物半導体基体に形戒さ
れたイオン注入層の注入原子を高い活性化率で、均一に
再現性良′〈熱処理する方法を提供することを目的とす
る。
素を結晶構戒元素として含む化合物半導体基体に形戒さ
れたイオン注入層の注入原子を高い活性化率で、均一に
再現性良′〈熱処理する方法を提供することを目的とす
る。
即ちこの発明は砒素を少なくとも一つの構或元素として
含む化合物半導体結晶基体の表面からこの基体内部にイ
オン注入層を形成する工程と、実質的に主戒分となるア
ルゴンガスに対し砒化水素ガスを混合させた雰囲気ガス
中で、注入層を形成した前記基体をイオン注入層表面で
露出させた１Ｓを熱処理することによって、イオン注入
層の注入原子を活性化する工程とを具える化合物半導体
装置の製造方法にある。
含む化合物半導体結晶基体の表面からこの基体内部にイ
オン注入層を形成する工程と、実質的に主戒分となるア
ルゴンガスに対し砒化水素ガスを混合させた雰囲気ガス
中で、注入層を形成した前記基体をイオン注入層表面で
露出させた１Ｓを熱処理することによって、イオン注入
層の注入原子を活性化する工程とを具える化合物半導体
装置の製造方法にある。
このようなこの発明は、砒素な構或元素の一つとして含
む化合物半導体のイオン注入層を保護膜を用いない熱処
理によって活性化するに際し、活性化率及びその再現性
が雰囲気ガスの種類に依存するという事実を見出してな
されたものである。
む化合物半導体のイオン注入層を保護膜を用いない熱処
理によって活性化するに際し、活性化率及びその再現性
が雰囲気ガスの種類に依存するという事実を見出してな
されたものである。
以下この発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第２図は、この例の方法により砒化ガリウムの熱処理を
行なう場合に用いた熱処理系概略図である。
行なう場合に用いた熱処理系概略図である。
広い等温度領域を有する電気炉２１内に石英等で作威さ
れたボート２２を挿入して置き、その上にイオン注入層
１１を含む砒化ガリウム基体１２を設置する。
れたボート２２を挿入して置き、その上にイオン注入層
１１を含む砒化ガリウム基体１２を設置する。
このようにして石英開管２３の入口２４から砒化水素を
モル分圧でＩＴｏｒｒ含んだ不活性アルゴンガスを流し
ながら熱処理を行なう。
モル分圧でＩＴｏｒｒ含んだ不活性アルゴンガスを流し
ながら熱処理を行なう。
この例では電気炉２１の温度を８ ５ ０ ’Ｃに設定
した。
した。
この温度は；注入される原子の種類及び注入された量に
よって適宜変更される。
よって適宜変更される。
又砒化ガリウム結晶を構或する砒素の蒸気圧は熱処理温
度を高くとるとき増加する為、熱処理中に砒化ガリウム
が分解するのを防ぐには、雰囲気中の砒化水素分圧も熱
処理温度の上昇に伴って増加させなければならない。
度を高くとるとき増加する為、熱処理中に砒化ガリウム
が分解するのを防ぐには、雰囲気中の砒化水素分圧も熱
処理温度の上昇に伴って増加させなければならない。
この例の特徴は、雰囲気ガスに砒化水素を含１せた不活
性アルゴンガスを用い、イオン注入層１１を含む砒化ガ
リウム基体１２の表面をこの雰囲気ガス流に露出させて
熱処理を行なう点にある。
性アルゴンガスを用い、イオン注入層１１を含む砒化ガ
リウム基体１２の表面をこの雰囲気ガス流に露出させて
熱処理を行なう点にある。
この方法によって、上記基体を熱処理した後のキャリア
濃度の深さ方向分布、キャリアプロファイルを第３図イ
に示す。
濃度の深さ方向分布、キャリアプロファイルを第３図イ
に示す。
なか、イオン注入層はクロームドーブ半絶縁性砒化ガリ
ウム基板にシリコンイオンを２５０ＫｅＶの加速エネル
ギー、２×１０１２１０ｎＳ／ｃｒＡのドーズ量で直接
注入して形或した。
ウム基板にシリコンイオンを２５０ＫｅＶの加速エネル
ギー、２×１０１２１０ｎＳ／ｃｒＡのドーズ量で直接
注入して形或した。
従来の方法によって熱処理した時得られるキャリアプロ
ファイルな口及び八に示してある。
ファイルな口及び八に示してある。
ハは注入層を含む基板な砒化水素ガスをモル分圧でＩＴ
ｏｒｒ含有させた水素ガス雰囲気ガス流に露出させて熱
処理したものに係り、口は、第１図に示すように上記注
入層を含む基板と他の砒化ガリウム基板とを重ね合わせ
て八の雰囲気により熱処理したものに係る。
ｏｒｒ含有させた水素ガス雰囲気ガス流に露出させて熱
処理したものに係り、口は、第１図に示すように上記注
入層を含む基板と他の砒化ガリウム基板とを重ね合わせ
て八の雰囲気により熱処理したものに係る。
尚口、ハ、倒れの場合にも保護膜は用いられていない。
第３図から明らかなようにこの発明の方法によれば、従
来の方法による場合に比べて注入イオンの電気的活性化
率を３０〜５０％改善できる。
来の方法による場合に比べて注入イオンの電気的活性化
率を３０〜５０％改善できる。
第３図からわかるように口に係る基板を重ね合わせる方
法は、ハに係る基板表面を雰囲気中に露出させる方法に
くらべ、活性化率が高い結果を招来している。
法は、ハに係る基板表面を雰囲気中に露出させる方法に
くらべ、活性化率が高い結果を招来している。
以下この実施例による方法と従来方法との比較を行なう
場合には、比較例方法として口に係る従来方法をあげる
。
場合には、比較例方法として口に係る従来方法をあげる
。
イオン注入技術は、不純物ドーピングの制御性、均一性
が良好な故に、注目されている技術である為、熱処理に
於でこの均一性、再現性が確保されることは重要なポイ
ントとなる。
が良好な故に、注目されている技術である為、熱処理に
於でこの均一性、再現性が確保されることは重要なポイ
ントとなる。
そこで注入イオンの活性化率の基板面内分布をこの実施
例方法と、比較例方法によるものを比較して第４暁に示
す。
例方法と、比較例方法によるものを比較して第４暁に示
す。
イは実施例方法に係り、印マ比較例方法に係る。
実施例方法は、比較例方法に比較して非常に均一性に優
れた結果を得させることがわかる。
れた結果を得させることがわかる。
更に第５図に示すように、熱処理毎の活性化率の再現性
も実施例方法に係るイが比較例方法に係る口に比較し、
１１処理例を通して優れていることが認められる。
も実施例方法に係るイが比較例方法に係る口に比較し、
１１処理例を通して優れていることが認められる。
なか、第２図に示すようにこの実施例では、基板は枚数
１で、ボート２２上に置かれている。
１で、ボート２２上に置かれている。
しかし基板は例えば第６図に示すように炉内に１３１乃
至１３９の複数枚を釦いて熱処理をしても、等温度領域
が確保されている領域内に公〈限り、この発明の諸効果
は、何ら変らない。
至１３９の複数枚を釦いて熱処理をしても、等温度領域
が確保されている領域内に公〈限り、この発明の諸効果
は、何ら変らない。
第７図は第６図炉内配置で基板に熱処理を施した時の活
性化率を、各基板間で比較したものである。
性化率を、各基板間で比較したものである。
基板に付された番号は第６図と共通である。
各基板間のばらつきが非常に小さい事がわかる。
以上述べたようにこの発明の方法によれば、従来の方法
によるよりも高い活性化率で安定にしかも均一で再現性
に優れた活性化熱処理を施すことが出来る。
によるよりも高い活性化率で安定にしかも均一で再現性
に優れた活性化熱処理を施すことが出来る。
加えて注入層を含む基板を保護膜で覆ったり、基板どう
しを重ね合わせたりする必要がなく、熱処理の工程を簡
易にでき、多数の基板を一度に熱処理することも容易に
する。
しを重ね合わせたりする必要がなく、熱処理の工程を簡
易にでき、多数の基板を一度に熱処理することも容易に
する。
実施例では、砒化ガリウム基体として、半絶縁？基板を
例にとり説明したが、結晶基板上にエビタキシャル法に
より戒長させたものを基体に用いても同様の効果が得ら
れる。
例にとり説明したが、結晶基板上にエビタキシャル法に
より戒長させたものを基体に用いても同様の効果が得ら
れる。
熱処理雰囲気で主戒分のアルゴンガスは、ガス流を制御
するために気体の比重を勘案し、アルゴンに例えばヘリ
ウム、ネオンを混合し、二種又は三種の混合ガス体で使
用してもよろしい。
するために気体の比重を勘案し、アルゴンに例えばヘリ
ウム、ネオンを混合し、二種又は三種の混合ガス体で使
用してもよろしい。
又この発明の方法は、注入層を含む化合物半導体基体表
面の一部又は全面に、例えば酸化ケイ素ＳｉＯ２等の酸
化膜や、窒化ケイ素等の窒化膜などの絶縁膜があっても
、何ら支障はなく、上記の膜にパターニングを施し、選
択的に注入層を形成した基体について注入層表面を露出
させてその１＼熱処理を行なうことが出来る為、化合物
半導体を用いた電界効果トランジスタＦＥＴや集積回路
ＩＣの作或にイオン注入技術を用いる際に有効である。
面の一部又は全面に、例えば酸化ケイ素ＳｉＯ２等の酸
化膜や、窒化ケイ素等の窒化膜などの絶縁膜があっても
、何ら支障はなく、上記の膜にパターニングを施し、選
択的に注入層を形成した基体について注入層表面を露出
させてその１＼熱処理を行なうことが出来る為、化合物
半導体を用いた電界効果トランジスタＦＥＴや集積回路
ＩＣの作或にイオン注入技術を用いる際に有効である。
第１図は基板を重ね合わせて熱処理する従来方法での基
板断面図、第２図はこの発明の実施例に用いた熱処理炉
の模式図、第３図は基板アニール後のキャリアプロファ
イルを従来の方法と、この発明の実施例方法について比
較したもの、第４図は同じく基板面内の均一性について
比較したもの、第５図は同じくアニール毎の再現性につ
いて比較したもの、第６図はこの発明の他の実施例に係
る基板炉内配置図、第７図は第６図炉内配置によった時
の、各基板間の活性化率ばらつきを示した図である。 各図で、１１・・・イオン注入層、１２．１３〜１３，
・・・注入層を含む砒化ガリウム基板、２１・・・電気
炉、２２・・・基板支持台（ボート）、２３・・・石英
開管。
板断面図、第２図はこの発明の実施例に用いた熱処理炉
の模式図、第３図は基板アニール後のキャリアプロファ
イルを従来の方法と、この発明の実施例方法について比
較したもの、第４図は同じく基板面内の均一性について
比較したもの、第５図は同じくアニール毎の再現性につ
いて比較したもの、第６図はこの発明の他の実施例に係
る基板炉内配置図、第７図は第６図炉内配置によった時
の、各基板間の活性化率ばらつきを示した図である。 各図で、１１・・・イオン注入層、１２．１３〜１３，
・・・注入層を含む砒化ガリウム基板、２１・・・電気
炉、２２・・・基板支持台（ボート）、２３・・・石英
開管。
Claims (1)
- １ 砒素を少なくとも一つの構或元素として含む化合物
半導体結晶基体の表面からこの基体内部にイオン注入層
を形戒する工程と、実質的に主成分となるアルゴンガス
に対し砒化水素ガスを混合させた雰囲気ガス中で、イオ
ン注入層を形成した前記基体をイオン注入層表面を露出
させたｌ＼熱処理することによって、イオン注入層の注
入原子を活性化する工程とを具えることを特徴とする化
合物半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55117765A JPS5837691B2 (ja) | 1980-08-28 | 1980-08-28 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55117765A JPS5837691B2 (ja) | 1980-08-28 | 1980-08-28 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5742122A JPS5742122A (en) | 1982-03-09 |
| JPS5837691B2 true JPS5837691B2 (ja) | 1983-08-18 |
Family
ID=14719762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55117765A Expired JPS5837691B2 (ja) | 1980-08-28 | 1980-08-28 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5837691B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63171812A (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-15 | Nkk Corp | 酸素高炉の操業方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4068373A (en) * | 1976-10-07 | 1978-01-17 | International Business Machines Corporation | Component insertion machine |
-
1980
- 1980-08-28 JP JP55117765A patent/JPS5837691B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5742122A (en) | 1982-03-09 |
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