JPS586300B2 - アニ−リング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イオン注入された第■−Ｖ族化合物のアニーリングは、
構成成分の１つが高い部分蒸気圧を示すという問題を生
じている。

種々のキャップする（ ｃａｐｐｉｎｇ）即ち覆う技術
が先行技術では述べられてきた。

Ｓｉが表面に注入されたＧａＡｓの比較的高温のアニー
リング・サイクルの間に、もし特別の予防措置がとられ
なければ、Ａｓの大きな部分圧のために、表面は分解す
ることになる。

今まで、Ｓｌ３Ｎ４又はＡ／Ｎでキャップするような特
別の予防措置がとられてきた。

これらのキャップ・フイルムは直接表面に付着され、熱
膨張の不適合により不所望の表面張力をＧａＡｓ上に結
果として生じる。

ＭＥＳＦＥＴ（ ｍｅｔａｌ−ｓｅｍｉｃｎｎｄｕｅｔ
ｏｒｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
）の適用では、注入は約・２０００Ａと非常に浅く、表
面の質は能動層の電気的動作にとって非常に重要である
。

表面キャップ・フイルム示用いる先行技術の他の欠点は
、頻繁な酸素による汚染の影響がそれらをＧａに対して
浸透させ、その結果ＧａＡｓのイオン注入された表面層
の化学量論的変化（ ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃｃ
ｈａｎｇｅｓ）を結果として生じることである。

先行技術は、ＩｎＡｓの１片に非常に近接して、イオン
注入されたＧａＡｓをアニールすることを開示していな
い。

先行技術では、米国特許第４１３５９５２号公報が、ガ
ス以外液体の通らない穴のある容器にウエハを封入し、
ガリウム砒素のガリウムが飽和した溶液中に容器を浸し
、アニーリング温度に溶液を維持することにより、イオ
ン注入されたガリウム砒素のウエハをアニールすること
を開示している。

さらに米国特許第３０７０４６７号公報は、シールドさ
れた石英の容器内で固体の砒素の近くにガリウム砒素の
基体を置き、容器を８００乃至１２２０℃の範囲内に加
熱することにより、加熱処理の間にガリウム砒素の半導
体物質から砒素が蒸発するのを防ぐことを示している。

本発明の目的は、最も揮発性の即ち蒸発する構成成分が
過剰な状況で加熱することにより、多くの元素より成る
金属間化合物の半導体物質のアニーリングの間に、熱分
解を減少させ且つ化学量論を維持することである。

本発明のある実施例では、ＣａＡｓウエハをＩｎＡｓ物
質に近接させながらアニールすることにより、本発明の
前記目的を達成することかできる。

本発明の他の実施例は、イオン注入されたＧａＡｓ物質
のアニーリングに対して提供される。

これは、アニーリングの温度サイクルの間、ＧａＡｓの
イオン注入された表面に近接して固体のＩｎＡｓを設け
ることを含む。

ＩｎＡｓはＧａＡｓ物質の熱分解を妨害し、ＧａＡｓ物
質の表面における化学量論的損失を抑制する。

イオン注入される種類には、Ｓ 、 Ｓ ｅ 、 Ｔ
ｅ ２Ｚｎ 、 ｃｄのようなドーパントの元素、例え
ばＧｅｔＳｉのような双極（ａｍｐｈｏｔｅｒｉｃ）不
純物又はＡｒ，Ｋｒ，Ｘｅのような化学的にも電気的に
も不活性な元素を含む。

本発明の他の実施例は、アニーリングの間制御された砒
素雰囲気を確立するために、ＩｎＡｓの熱分解を用いた
、イオン注入されたＧａＡｓについてのキャップのない
アニーリング方法を含む。

熱的にＩｎＡｓが解離される平衡状態における砒素の圧
力は、約８００℃乃至９００℃の範囲のアニー９ング温
度に対するＧａＡｓの圧力に比べて約１００倍大きい。

これは、以下の理由により、信頼性のある再生可能な雰
囲気を提供する。

即ち、（１）ＧａＡｓ表面の熱分解を防ぐ、（２）放射
線損傷をアニールする、（３） ９ ０ ０℃と同じ位
高い今までに研究された温度に対する、双極不純物Ｓｉ
及びＧｅを含む注入された不純物の活性化を制御する。

例えば、約４ ０ ０ ＫｅＶのエネルギーでＳｉＦ＋
イオンを用いた場合、以下の結果が得られた。

（１）５× １ ０１３ｃｍ−２の注入量及び３０分間
の８５０℃でのアニールに対して、シート電子濃度（
ｓｈｅｅｔｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉ
ｏｎ）は２．５×１０ｔｓｃｍ’であり、移動度は１
８ ９ ０ｃｍ’Ｖ−’ｓｅｅ−１であった。

（２）同じ注入量及び３０分間の９００℃でのアニール
に対しては、シート・キャリヤ濃度は２．７× Ｉ ９
１３ｃｍ−２であり、移動度は２５３０ｃｍ’Ｖ−１ｓ
ｅｃ −１であった５×１０１２乃至ｌＯ×１０１２ｃ
ｍ’の注入量及び３０分間の９００℃でのアニールに対
しては、活性化は約５０％であり、移動度は４ ０ ０
０ｃｍ’Ｖ−１ｓｅｃ−１より大きかったＳｉの注入
に対しては、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ
１２７＋９２５（１９８０）にＣ， Ｌ．Ａｎｄｅｒｓ
ｏｎ等により報告されたような、Ａｓの圧力がＧａＡｓ
の分解圧力に等しい他の技術についてよりも、３乃至５
倍大きい活性化を本発明の方法は生じる。

本発明の実施例が、本発明の原理に従って各々試料及び
幾つかの試料を処理するための共通の装置を例示した第
４及び第２０両図を参照して、例示される。

特に、第１図は、ハウジング１４並びに０−リング１８
及びクランプ１９によりハウジング１４へ取り付けられ
でいるふた１６を含み、これにより加熱チェンバ２０を
構成している炉１２を有する実施例ｌＯの断面図を示す
。

ハウジング１４及びふた１６ともに石英でできている。

水素Ｈ２は水素源２４からパイプ２２を経てチェンバ２
０へ導入される。

Ｈ２を導入する前に、真空ポンプ２８によりパイプ２６
を経てチェンバ２０内は真空にされる。

それから、Ｈ２が連続的に大気圧よりもわずかに大きな
圧力で流れ込む。

炉１２は、電気接続３４及び３６により電源３２から電
力供給される、ハウジング１４の回りを巻いた抵抗加熱
コイル３０を有している。

ＧａＡｓの試料を含み且つ処理するための特別な装置が
、第１図に番号３８で示されでいる。

装置３８は、簡単に装着されるふた４２と、チェンバ４
５の底が部分的に取り除かれた部分４４を有するハウジ
ング部分４０を含む。

ふた４２はその中に開口及びチェンバ４５の上に形成す
る端部４８を有している。

ＩｎＡｓの１片５０が端部４８により支えられ、その中
に開口５２を有している。

キャップ部分５４は装置３８の頂上部に位置し、ＩｎＡ
ｓの部分の開口５２と一致すべき開口５６をその中に有
している。

そしてこれは、ふた４２の上表面の上に設けられる。

ＧａＡｓの試料５８は、処理される表面６０がチェンバ
部分４４の上になるように内側の端部５９により支えら
れる。

ハウジング部分４０、ふた４２及びキャップ部分５４は
石英でできている。

電源３２はＡ，Ｃ．又はＤ，Ｃ，のどちらでもよい。

チェンバ２０そしてその結果装置３８及びＧａＡｓ試科
５８並びにＩ ｎ Ａ ｓ片５０が、本発明の実施に対
して重大な影響を与える制御された温度で加熱される。

実施例１０の操作は、本質的に、ＩｎＡｓ片５０の存在
下でＧａＡｓ試料５８及びその処理される表面６０を加
熱することを含む。

水素ガスＨ２は、パイプ２２及び穴５６、及び５２を経
で、表面６０の周囲まで導入され、そして含まれるＡｓ
圧力から結果として生じる相互作用のみ起こさせる。

第２図を参照するに、第１図においてＧａ Ａ ｓの単
一の試料の処理に対して、用いられたのと同じタイプの
ＩｎＡｓ片５０により、複数のＧａＡｓ 試料を処理す
るために配置された装置３８が示されている。

支持台６２は開口４４に存在する。それは、処理される
面が互いに並置されるようにＧａＡｓの２つの試料を各
々が支える溝６４−Ｌ６４−２．６４−３及び６４−４
を有している。

従って、それらの各面６８−１ ．６８−２が並置され
た６６−１．６６−２を含むＧａＡｓの試料の組６６が
溝６４−１内に示されている。

処理される部分６８−１及び６８−２がほぼ接触してい
ることがそれらをアニールするのに特に利点となってい
て、それでＡｓの過剰圧力がそのために均一で緊密にな
ることが、本発明の実施で明らかにされた。

同様に、ＧａＡｓの試料の組７０，７４及び７８が溝６
４−２．６４−３及び６４−４内に各各設けられ、Ｇａ
Ａｓの試料の組６６と同等に処理される。

例Ｉ ＧａＡｓのアニーリング処理か改良された。

今まで、６００℃より高い温度でのアニーリングの間は
、ＧａＡｓ表面の分解及び化学量論的変化を防ぐために
、アニール・ステップの間ＧａＡｓウエハをＳｉ３Ｎ，
で密封するか又は粉末にされたＧａ Ａ ｓを含む必要
があった。

しかしながら、アニールの間にＡｓの損失か存在する。

本発明の例では、Ａｓの過剰の圧力は、装置３８（第１
図）内の ４ＧａＡｓウエハ５８近くに設けられたＩｎ
Ａｓウエハ５０の分解により供給される。

所定の温度では、ＩｎＡｓのＡｓ圧力はＧａＡｓのＡｓ
圧力よりもはるかに大きい。

これ故に、両者がほとんど密封された系内に存在する時
には、Ａｓの蒸気圧はＩｎＡｓの分解により供給される
ことになる。

この結果、２０分間８５０℃でアニールした後には、相
のコントラストの顕微鏡検査によって測定したら、Ｇａ
Ａｓ表面には分解の跡は存在しないことが示された。

例■ 通常のＳ ｉ ３ Ｎ４被覆なしに加熱処理可能なアニ
ーリング方法が、イオン注入されたＧａＡｓに対して開
発された。

Ａｓによる分解圧力は、アニーリング温度ではＧａＡｓ
に対するよりもＩｎＡｓ系に対する方がかなり大きい。

ＧａＡｓウエハ（第１図のウエハ５８及び第２図のウエ
ハの組６６．７０，γ４及びγ８）が、Ｉ ｎ Ａ ｓ
の１片５０が存在する限定された容積４５（第１及び第
２の両図）で加熱処理される時には、ＧａＡｓの分解は
妨げられる。

室温で３ ９ ０ ＫｅＶのエネルギーでＳｉＦ＋が注
入されたＧａＡｓウエハが、各々８５０℃及び９００℃
において述べた方法でアニールされた。

Ｄ＝ ５ × １ ０１３Ｓ ｉ／ｃｍ’の注入量に対
して、実効キャリャ密度及びホール移動度に対して以下
の値が得られた。

（１）８５０℃のアニール、 Ｎｓ−ｅｆｆ＝２．５×１０１３ｅｔ／ｃｍ’、μｅｆ
ｆ＝１８９０ｃｍ’／Ｖｓ、 ここでＮｓ−ｅｆｆは、注入されアニールされた領域に
おける実効電子濃度であり、μｅｆｆは、注入されアニ
ールされた領域における実効電子移動である。

（２）９００℃のアニール、 Ｎ ｓ−ｅｆｆ＝ ２．７× １ ０１３ｅｌ ／ｃｍ
’，μｅｆ ｆ ＝２ ５ ３ ０ｃｍ’／Ｖｓ，上記
（１）及び（２）のこれらの値は、Ｓｉ３Ｎ４キャンプ
を用いた先行技術の文献に報告されたものと良く比較さ
れる。

ＧａＡｓは次の反応に従って熱的に分解する。

ＧａＡｓ （ 固体）→Ｇ ａ 液体＋ｙ４ＡＳ４蒸気
次の関係になった時、止まる。

〔Ｃ液体Ｇａ 蒸気Ａ８，〕％≧Ｋ１〔Ｔ〕Ｇａ
Ａｓが制限のない系に存在するなら、Ａｓの蒸気は逃げ
てしまい、分解は無制限に続くことになり、物質の損失
並びに表面の質及び化学量論の低下を生じる。

しかしながら、もし１：ｎＡｓがＧａＡｓにきわめて接
近して設けられるなら、次の反応に従って分解すること
になる。

ＩｎＡｓ固体→Ｉｎ液体＋％Ａｓ４ 次の時、分解は止まる。

Ｃ Ｃ Ｉｎ ） （Ａｓ＋ ）％≧Ｋ２〔Ｔ〕全ての
Ｔに対して次の関係に注意されたい。

Ｋ２［Ｔ）＞Ｋｌ （Ｔ） そしてそれ故に（ Ｐ Ａｓ ，ｌ （ ＩｎＡｓか
ら）〉Ｃ ＰＡｓ４）（ ＧａＡｓから） ＧａＡｓＯＡｓの蒸気圧は、０ ＜． 、＜−，として
ＩｎＡｓの構成をＧａ１−ＸＩｎＸＡｓへ変えることに
より、又はＧａＡｓに対するＩｎＡｓ源の温度を変える
ことにより、変えられ得る。

第３図は、ケルビン（絶対）温度の逆数の関係として、
ＩｎＡｓ又はＧａＡｓの３つの相の平衡状態におけるＡ
ｓの蒸気圧を示す、計算された値のグラフである。

ＧａＡｓ内に注入された■族の元素については位置の選
択それ故にドーピング型か、砒素の蒸気圧の関数となる
砒素及びガリウムの空所のショットキ平衡により、アニ
ーリングの間制御される。

これは、定量的には次のように表わされる。

ＮＤ／ＮＡ＝ＫＣＰＡ８ 〕１Ａ ここで、ＮＤは、ガリウム（ドナー）の原子位置におけ
る■族元素の濃度であり、ＮＡは砒素（アクセプタ）原
子位置における■族元素の濃度である。

これ故に、アニールの間におけるＡｓの圧力の賢明な選
択により、ｎ又はＰの型の導電性のどちらかが得られる
。

本発明の第１の態様は、２以上の構成成分の第２の■−
Ｖ族の半導体の存在中で、２以上の構成成分のイオン注
入された第１０ｍ−Ｖ族の半導体をアニールする方法を
含む。

この方法においては、上記第２の■−Ｖ族半導体は上記
第１０■一Ｖ族半導体よりも高い解離圧力を有する。

本発明の第２乃至第５の態様は、以下を含む。

即ち、（２）上記第１の■一■族半導体がＧａＡｓであ
り、上記第２の■−ｖ族半導体がＩｎＡｓである第１の
態様の方法、（３）上記アニーリングかほぼ８００℃乃
至９００℃の温度範囲内で行なわれる第２の態様の方法
、（４）上記おおよその温度範囲が８４０℃乃至９００
℃である第３の態様の方法、（５）上記注入されるイオ
ンがＳｉである第１の態様の方法。

本発明の第６の態様は、上記第２０■一ｖ族半導体の解
離圧力が、上記第１の半導体中で置換的な■族の型の注
入元素の原子位置の選択を決めるように、制御される第
１の態様の方法を含む。

本発明の第７乃至第１０の態様は、以下を含む。

即ち、（７）上記選択される位置が■族の位置である第
４の態様の方法、（８）上記■族の位置がＧａの位置で
ある第５の態様の方法、（９）上記選択される位置がＶ
族の位置である第４の態様の方法、（１０）上記Ｖ族の
位置がＡｓの位置である第９の態様の方法本発明の第１
１の態様は、アニーリングの温度サイクルの間、ＧａＡ
ｓの注入された表面に近接して固定のＩｎＡｓを設ける
ことにより、イオン注入されたＧａＡｓをアニーする方
法を含む。

本発明の第１２及び第１３の態様は、以下を含む。

即ち、α２アニーリング温度がほぼ８００℃乃至９００
℃の範囲である第１１の態様の方法、（１３）おおよそ
の温度範囲が８４０℃乃至９００℃である第４２の態様
の方法。

本発明の第１４の態様は、上記近接がきわめて接近して
いる第１１の態様の方法を含む。

本発明の第１５の態様は、最も揮発性の構成成分が過剰
な状況で多数元素の金属間化合物の半導体物質を加熱す
ることにより、上記物質のアニールの間熱分解を減少さ
せ化学量論を保持するための方法を含む。

本発明の第１６乃至第１９の態様は、以下を含む。

即ち、（１６）上記金属間化合物の半導体物質が表面に
Ｓｉが注入されたＧａＡｓウエハを含み、上記状況が過
剰のＡｓを有する第１５の態様の方法、（１７）上記過
剰のＡｓが上記ＧａＡｓ ウエハの近くのＩｎＡｓ片か
ら得られる第１６の態様の方法、（１８）上記加熱がほ
ぼ８００℃乃至９００℃の温度範囲である第１７の態様
の方法、（１９）上記おおよその温度範囲が８４０℃乃
至９００℃である第１８の態様の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、イオン注入されたＧａＡｓ試料がハウジング
内でＩｎＡｓの１片を設けてアニールされる装置の断面
図を示す。 第２図は、ＩｎＡｓを設けてイオン注入された幾つかの
ＧａＡｓ試科をアニールするために用いられる第１図と
同じハウジングを示す。 第３図は、ケルビン（絶対）温度の逆数の関数としてＩ
ｎＡｓ又はＧａＡｓの３つの相の平衡状態におけるＡｓ
の蒸気圧を示す計算された値のグラフである。 ５ ０・・Ｉ ｎＡｓ片、５８，６６，７０，７４，７
８・・・・・・ＧａＡｓ試科。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アニーリング温度で蒸発する構成成分を有する第１
   の金属間化合物を、前記構成成分を有し前記アニーリン
   グ温度で前記第１の金属間化合物よりも前記構成成分に
   ついて高い解離圧を有する第２の金属間化合物の存在下
   で、アニールすることを特徴とするアニーリング方法。 ２ 前記第１の金属間化合物が、イオン注入されたもの
   である、特許請求の範囲第１項記載のアニーリング方法
   。 ３ 前記第１及び第２の金属間化合物が、■−Ｖ族半導
   体である、特許請求の範囲第１項又は第２項記載のアニ
   ニリング方法。