JPS6024012A - イオン注入基板の活性化法 - 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、Ｉ［ｌ−Ｖ族化合物半導体を用いた電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）、集積回路などを作る土で重要
な工程であるイオン注入されたイオン種の活性化法に関
するものである。

ここで、ｍ−ｖ族化合物について、若干説明を加える。

元素周期律表における■属元素と、■属元素の１＝１化
合物を■−■族化合物と称する。

これらのほとんどは、半導体的である。■属元素とは、
具体的には、硼素（元素記号Ｂ）、アルミニウム（ムｌ
）、ガリウム（ｃｒｔ）、インジウＡ　（Ｉｎ）であシ
、■属元素としては、窒素（６）、燐（ト）、砒素（ム
ｓ）、アンチモン（ｓｂ）である。

本発明での■−■族化合物半導体としては、砒化ガリウ
ム（ＧａＡｓ）、燐化インジウム（ＩｎＰ）　ヲ主に指
している。

従来例の構成とその問題点 従来の■−■族化合物半導体に、イオン注入されたイオ
ン種の活性化法には、大別して２つある。

第１は、キャップレス・アニールと称されるものである
。すなわち、基板の注入された面に接して、同一種の基
板（ダミー・ウェハーと称す）を積み重ね、水素雰囲気
中、又は、アルゴン等の不活性雰囲気中、又はＶ属元素
の雰囲気中で熱処理される。ここで■属元素雰囲気とは
、ホスフィン（ＰＨ３）ないしアルシン（ＡｓＨ３）の
分圧が存在するような雰囲気のことである。

この活性化法の問題点は以下の如くである。上記水素雰
囲気又は、不活性雰囲気に関しては、■−Ｖ族化合物の
■属の原子が蒸発し、基板の表面近傍で、ス）４キオメ
トリ−（化学量論的平衡）からのずれが起こり、注入さ
れたイオン種の活性度が再現性が乱されること、さらに
、上記のことから、基板の表面の平滑性が乱れることが
起り、ＦＥＴないし、集積回路用工程としては全く望ま
しくない。さらに、■属元素の雰囲気中で熱処理する場
合、使用されるホスフィン（ＰＨ３）ないしアルシン（
ム５Ｈ３）は、数ｐＰ’ｍｌ数時間で生命に危険を招く
程猛毒で、り！７．非常に取扱いにくいものである。

従来法の第２は、キャップ・アニールと称スルものであ
る。すなわち、基板の注入された面に、あるいは、その
注入された面と、さらに裏の面に二酸化硅素（５ｉｎ２
）あるいは窒化硅素を被覆し、水素雰囲気あるいはアル
ゴン等の中性雰囲気で熱処理するものである。この場合
、酸化硅素は、化学蒸着法（ｃｖｎ法）、スパッター法
で形成され窒化硅素は、プラズマ・ｃｖｎ法、又はｃｖ
ｎ法で形成される。

この活性化法では１．Ｃ’ＶＤ装置やプラズマ・ＣＶＤ
装置、スパッター装置が必要となり１．この工程を構築
するためには投資が大である。また、スパッター法やプ
ラズマ・ＣＶＤ法では、ウニ、・−に、かなりイオン衝
撃による損傷を与えるようであシ、最終的に作製される
ＦＥＴのｇｎ＋（相互コンタクダンス）は小さい傾向に
ある。

本発明は、前記従来法の第２と関係を有するものであり
、これを改良したものである。

発明の目的 本発明の目的は、危険なガスを使用せず、また特殊なｃ
ｖｎ装置あるいはスパッター装置を必要としないで、高
い活性化率と、ある場合には高いキャリア移動度を得る
ことを可能とする、イオン注入されだ■−■族化合物半
導体ウェハーにおいての、イオン種の活性化方法を提供
するものである。

発明の構成 本発明が提供するイオン注入基板の活性化法は、イオン
注入され九■−■族化合物半導体基板の主面に、有機硅
素化合物を含む液体を塗布する第１の過程と、前記基板
を熱処理して前記液体を二酸化硅素にする第２の過程と
、前記基板を前記熱処理時の温度よりも高温で熱処理す
る第３の過程とからなるものである。

本発明は更に、有機硅素化合物と、ｍ−ｖ族化合物半導
体の構成元素のうち、少なくとも１種の元素の有機化合
物を含む液体を基板全面に、あるいはイオン注入された
面に塗布する第１の過程と、熱処理する第２の過程と、
更に前記熱処理よりも高温で熱処理する第３の過程から
なり、しかもその液体は、第２の過程で、前記少なくと
も１種の元素を含む二酸化硅素になることを特徴とする
、■−■族化合物半導体基板においての、イオン注入さ
れたイオン種の活性化法に関係している。

これらの活性化法により、危険なガスや、特殊なｃｖｎ
装置あるいはスパック−装置を必要としないで、高い活
性化率と、ある場合には高いキャリア移動度を得ること
を可能となる。

本発明において、■−■族化合物半導体として特に砒化
ガリウム（ＧａＡｇ）　ｌ燐化インジウム（Ｉ　ｎ　Ｐ
）を取り上げて効果があった。

前記イオン種として、硅素（Ｓｉ）イオン、セレン（Ｂ
ｅ）・イオン、ベリリウム（Ｂｅ）・イオン。

マグネシウム（Ｍｇ）・イオンであったとき効果があっ
た。硫黄イオンの場合については、従来と同じく、かな
りの拡散があり若干不都合である。

前記の第２の過程の熱処理は塗布された前記液体をガラ
ス化すなわち、ガラス状二酸化硅素にする目的をもつ。

前記の第２の過程の温度は５００℃以下であることが望
ましかった。この温度が６００℃以上であると、第２の
過程の熱処理中に■−■族化合物半導体基板の面が荒れ
る。また、注入イオン種の活性化率も下がる。このよう
な観点から、より望ましくは４５０℃以下である。また
、望ましい第２の過程の下限温度は、前記の塗布された
液のガラス化が起こる下限温度で決定される。

前記第２の過程の雰囲気としては、特に制限が、ないが
、清浄空気または窒素が最も使いやすい。

前記液体に含まれる、前記１種の元素の有機化合物とし
ては、前記■−■族化合物半導体が砒化ガリウムの場合
にμ、ガリウムの有機化合物、又は、砒素の有機化合物
をさし、前記■−■族化合物半導体が燐化インジウムの
場合には、燐を含む有機化合物又は、インジウムの有機
化合物をさしている。

前記の第１の過程の塗布は、スピナーによる回転塗布法
や、前記液体に浸漬し、そのあと、前記液体から前記半
導体基板を取り除く等あるが、本発明は、これらの方法
に拘束されるものでない。

膜厚の一様性から、スピナーによる方法が優れている。

前記２酸化硅素の望ましい膜厚としては、１αわ人（オ
ングストローム）以上である。これより以下では、第３
の過程で面荒れが生じ、また活性化率も劣化する。望ま
しい膜厚の上限はむしろ、前記の塗布の方法によ）制限
される。前記２酸化硅素膜の、割れや剥離を抑制するた
めには、はぼ５０００八以下となる。

前記第３の過程の熱処理は基板に注入されたイオン種を
活性化するためになされる。本発明を実現するための、
第３の過程の熱処理の方法とじては、炉による熱処理方
法や、ランプを使用した光エネルギー照射による方法で
もよい。望ましくは、前記炉による熱処理方法より、前
記ランプによるより高温での、より短時間の熱処理の方
が、注入イオン種の活性化率が向上する。前記第３の過
程の熱処理の雰囲気としては、窒素、水素、あるいはア
ルゴン等の不活性雰囲気のどれでもよい。炉での熱処理
の望ましい温度としては、注入イオン種により異なるが
、はぼ従来報告されている通りであって、６ｏＯ〜１０
００℃の範囲にある。ランプの光照射による熱処理の場
合、望ましい被照射基板の温度は、上記の温度より１ｏ
ｏ℃相当高い。

実施例の説明 以下本発明の実施例について、具体的に説明する。

イオン注入されるべき［４半導体基板は、（１００）面
、２インチ径２円形２片面研磨のクロムをｃｓｗｐｐｍ
含む半絶縁性砒化ガリウム基板と、はぼ同様の、九だし
鉄を含む半絶縁性燐化インジウム基板を用意した。第１
表の基板の欄には、上記砒化ガリウム基板をＧａＡｓと
表わし、上記燐化インジウムをＩｎＰと表記する。

イオン注入はエクステリオン社製４００−１０　型注入
装置によった。

（以下余白） Ｓ１イオンの注入のソースとしては、弗化シリコン（ｌ
ｌｉｉＦ４）、Ｓｅイオンの注入のソースとしては、水
素化セレン（ＳｅＨ２）、−イオンの注入ソースとして
は、固体のマグネシウム（Ｍｇ）金属を使用した。シイ
オンの注入に関しては、Ｂｅで出来たアパーチャーを硼
素イオンでスパッターしてＢｅイオンを取り出した。ま
た、Ｓｅイオンや、■イオンの注入では、基板を２００
’Ｃに設定してなされた。

前記基板はイオン注入直前に、硫酸、過酸化水素と純水
の混液で、研摩加工層を削るため数μｍ腐蝕した。

実施例として、概要が第１表にまとめられている。各ロ
フトあたり、２枚の同様の基板が使われた。

各基板には数１００ケのショットキー接合、すなわち測
定点が形成される。各ショットキー接合は、イオン注入
及び熱処理による活性化ののち、真空蒸着法でアルミニ
ウム（ＡＩ）を蒸着して形成される。オーミック電極は
金（ムＵ）−ゲルマニウム（−）の合金を使用した。三
和無線測器研究所製のＭＩ−３８３を用いて、キャリア
濃度プロファイルを測定し、これを積分して活性化した
キャリア数を算出する。この結果と、注入ドーズ量から
、個々の位置の活性化率が計算される。第１表の活性化
率゛、′−ターは、前記２個の基板にσる平均値である
。

卯１表の　ノド番号１〜１２までは、従来例によった比
較例である。すなわち、注入した後、基板の注入された
面に、膜厚２０００人の二酸化硅素膜を、国際電気（Ｋ
、Ｋ）製の減圧ｃｖｎ装置Ｄ　Ｊ　−８３００を使用し
て基板温度３００℃で形成した。そのあと、電気炉で第
３の過程の熱処理すなわち、注入イオンの活性化が水素
気流中にてなされる。このときの平均活性化率は、第１
表の如くである。

第１表のうち、ロフト番号１３〜１６までは、前記有機
硅素化合物を含む液体を、基板に塗布する方法として、
スピナーによる方法及び、前記液体に直接基板を浸漬す
る方法とを採用した結果である。スピナーのミカサ（Ｋ
、Ｋ）のスピナーＩＩ−ＤＳを使用し、回転数は３００
０回転／回転回転時間は２０秒とした。基板は砒化ガリ
ウム（Ｃｒａ人Ｓ）基板を使用し、Ｓｉイオンをドーズ
量６×１ｏ１２／ｃ４及び５×１０１３／ｃｄ注入した
。前記液体として、東京□応化工業製００　Ｄ　−Ｓｉ
　−８５０００を使用した００ＣＤは、シラノール、５
ｉ−（ＯＨ）４　及び添加剤を有機溶剤に溶解したもの
である。塗布された前記ＯＣＤのガラス化は３０６℃位
から始まる。実施例では、塗布膜のガラス化のだめの熱
処理、すなわち、第２の過程の熱処理を窒素気流中、３
５０℃で２０分行った。この段階での膜厚は１５００〜
２０００人であった。次に、前記比較例と対比すべく、
第３の過程の熱処理を水素気流中、８６０℃、２０分電
気炉で行った。本発明による活性１ヒ法が、比較例に比
べて比較的優れているのが判る。

つぎに、基板を砒化ガリウム（ＧａＡｓ）ないし、燐化
インジウム（ＩｎＰ）とし、注入イオン及びドーズ量を
種々に変化させた場合においての結果を、第１表ロット
番号１７〜２３までに示す。有機硅素化合物を含む液体
を前記０ＣＤ−５ｉ−８５０６０とし、また、第３の過
程の熱処理温度及び時間は、比較例と対比すべく決めた
。前記液体の塗布法はスピナーとし、第３の過程の熱処
理法として、電気炉により水素気流中で行った。他の詳
細は、前述に同じである。

第１表ロット番号１７〜２Ｓに対応する実験から、基板
として砒化ガリウム（ａａ人Ｓ〕ないし燐化インジウム
（Ｉｎｊ）をとるとき、注入イオン及びドーズ量を種々
に変えても、本発明による活性化法は比較例に比して優
れている。

つぎに、塗布する液体として、有機硅素化合物と３−６
化合物半導体の構成元素のうち、１種の元素の有機化合
物を含む液体を使ってなされた結果を第１表ロット番号
２４〜３５までに示す。各ロフトの実施条件は第１表に
示される通ｐである。

ただし、前記液体としては、東京応化工業（Ｌ　Ｋ）製
ＯＣＤ　−Ｇａ　−６９３１０，ＯＣＤ　−、Ａｓ　−
Ｅｉ９３１０１０　Ｃｊ　Ｄ　−Ｐ−ｔｓｅｔｓｌｏを
使用した。

第１表ロット番号２４〜３６に対応する方法は、活性化
率について比較例より、かなり優れているのみならず、
前記液体としてＯＧ　Ｄ　−Ｓｉ　−８５０００を使っ
た場合よりも、注入イオンの活性化率について優れてい
る。すなわち、前記液体として有機硅素化合物のみを含
む液体よりも、有機硅素化合物と、３−６化合物半導体
の構成元素のうち、１種の元素を含む有機化合物をも含
む液体を使った方がより望ましい。

ココテ、若干、注釈を行う。ＯＣＤ−Ｇａ−５９３１０
は、前記シラノールと有機ガリウム（Ｇａ）化合物を、
０ＣＤ−ム５−５９３１０は前記シラノールと有機砒素
（ムＳ）化合物を、０ＣＤ−Ｐ−５９５１０は前記シラ
ノールと有機燐（Ｐ）化合物を含むものである。

また、第１表には掲げなかったが、砒化ガリウム（Ｇａ
Ａｓ）基板を使用し、前記ＯＣＤ　−（）ａ　−５９３
１０と前記０（Ｄ−助−５９３１０を容量比１：１に混
合し、これを前記液体として使用して、上記と同様の実
験を行ったところ、比較例に比して、活性化率としてほ
ぼ３〜６チ向上した。

つぎに、第２の過程の熱処理温度を変化させた場合の結
果を第１表ロット番号３６〜４２に示す。

基板をＧａｐｓとし、Ｓｉイオンを注入して、前記液体
を東京応化工業（Ｋ、　Ｋ）製００　Ｄ　−８ｉ−８６
０００を使用し、第２の過程の熱処理温度を１５０℃か
ら５５０″Ｃまで変化させた。他の条件は、今までの記
述の通りである。第１表から、第２の過程の熱処理温度
としては、３５０℃が最も活性化率が高い。前記の熱処
理温度が１５０℃のときには、塗布膜のガラス化が十分
でなく、これが影響して注入イオンの活性化率が極端に
下がる。また、前記の熱処理温度を５００　’Ｃ以上に
すると、この時点で基板が粗くなり、また活性化率が下
がる。

第３の過程の熱処理法を電気炉加熱による方法と、ラン
プによる光照射による急速加熱による方法を採用して、
本発明を実施した場合の結果を、第１表ロット番号４３
〜６７に示す。

捷ず、前記のランプによる真空理工（Ｋ、、　Ｋ）製Ｒ
ＨＬ−Ｐ６５を用いた急速加熱装置の模式的断面図を第
１図に示す。第１図において、１はアルミニウムのブロ
ック、２は研摩され、金で被覆された反射面であり、３
は１・２ＫＷ定格の赤外線ランプ、４は透明石英管、６
はモリブデン（ＭＯ）で出来た基板ホールダー、６は熱
処理すべき基板、７はガラス化した前記塗布液体である
。本図では注入された面は基板の上の面である。

つぎに、第２図（ム）に電気炉による加熱の場合の昇温
特性を、第２図（Ｂ）にランプによる急速加熱の場合の
昇温特性を示す。電気炉による加熱の場合、まず、電気
炉の炉心管内の所定の熱処理温度に保たれた位置に基板
は挿入され、さらに所定の熱処理時間の間、その位置に
その基板は保持され、そのあとその基板は引き出される
。第２図（Ａ）は基板を挿入してからの基板付近の温度
と時間の関係を熱電対を用いて測定した結果である。第
２図（Ｂ）は基板を第１図の石英管の所定の位置に設置
し、ランプに電力を供給してからの基板付近の温度と時
間の関係を熱電対を用いて測定した結果である。

第２図において、縦軸は基板付近の測定温度、横軸は（
Ａ）では基板を炉心管の所定温度の位置に設置してから
の時間、（Ｂ）では、ランプに電力を供給後の時間であ
る。第２図（Ａ）は水素気流中、第２図（Ｂ）は窒素気
流中でなされたものに対応する。第２図（Ａ）、　（Ｂ
）において、横軸のスケールに注目したい。

いかにランプ加熱法が急速加熱が可能であるか、理解さ
れる。

ここで実施された、第１表ロフト番号４６〜６１とロッ
ト番号６６〜６７に対応するランプによる熱処理法につ
いて若干述べる。第１表の第３の過程の熱処理温度は、
第２図（Ｂ）のピークの温度に対応する。また、熱処理
法としては、第２図ω）に示される如く、ピーク温度に
達すると、ランプへの供給電力は瞬断される。従って、
熱処理されるべき基板が受ける温度履歴は、第２回申）
の如くなる。

第１表から第３の過程の熱処理方法が、電気炉による方
法であろうと、ランプによる急速加熱による方法であろ
うと、この過程の熱処理温度の最適な所では、比較例よ
りも活性化率は高い。電気　２炉による場合の結果と、
ランプによる急速加熱の場合の結果を比較すると、ラン
プによる急速加熱の場合の方が活性化率が高いこと、更
に最適な熱処理温度が、ランプ加熱の方が約１００℃高
いことが判る。

なお、上の実施例では基板を砒化ガリウム呻）と燐化イ
ンジウム（Ｉｎｋ）としたが、他の３−６化合物、たと
えば砒化インジウム（ＩｎＡｇ）や、砒化ガリウムと砒
化アルミニウムの混晶（（ｍｚＡｌ＋−ｘムＳ）等にも
、本発明は効果を有するものである。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明はＩｆｌ−■族
化合物基板において、従来法より改善された注入イオン
の活性化率を得ることが出来る。さらに本発明は、注入
イオンの活性化に際してスピナーや浸漬により、二酸化
硅素膜を形成することを特徴としており、従って、従来
法のようにｃｖＤ装置やスパッター装置を必要とせず、
従って経済性に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の活性化法で用いるランプ熱処理装置
の断面図、第２図は、電気炉による熱処理及びランプに
よる熱処理の際の温度一時間特性を示す特性図である。 １・・・・・・アルミニウム・ブロック、２・・・・・
・反射面、３・・・・・赤外線ランプ、４・・・・・・
透明石英管、６・・・・・・基板ホールダー、６・・・
・・・イオン注入された半導体基板、７・・・・・・ガ
ラス化した塗布液体。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 紐設膏１崎間 ランブヒむイ！ｊ、＃令剣／＋１参間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）イオン注入されたＩ−Ｖ族化合物半導体基板の主
   ｉｎ＋ｌｃｆＭ機硅素化合物を含む液体を塗布する第１
   の過程と、前記基板を熱処理して前記液体を二酸化硅素
   にする第２の過程と、前記基板を前記熱処理時の温度よ
   りも高温で熱処理する第３の過程とを具備するイオン注
   入基板の活性化法。 （２）ＩＩＩ−Ｖ族化合物として、砒化ガリウム、燐化
   インジウムを用いることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のイオン注入基板の活性化法。 （３）第３の過程において、ランプによる光エネルギー
   の照射により、熱処理することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のイオン注入基板の活性化法。 （４）第１の過程において、イオン注入された■−■族
   化合物半導体基板において、注入されたイオン種として
   、硅素イオン、七しン・イオン。 ベリリウム・イオン、マグネシウム・イオンを用いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン注入
   基板の活性化法。 （５）イオン注入された■−■族化合物半導体基板の主
   面に、有機硅素化合物と、前記■−■族化合物半導体の
   構成元素のうち少なくとも一種の元素の有機化合物とを
   含む液体を塗布する第１の過程と、前記基板を熱処理し
   て前記液体を主として二酸化硅素にする第２の過程と、
   前記基板を前記熱処理時の温度よりも高温で熱処理する
   第３の過程とを具備するイオン注入基板の活性化法。 （ｅ）Ｉｌｌ−Ｖ族化合物として、砒化ガリウム、燐化
   インジウムを用いることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載のイオン注入基板の活性化法。 （′７）第３の過程において、ランプによる光エネルギ
   ーの照射により、熱処理することを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載のイオン注入基板の活性化法。 （８）第１の過程において、イオン注入された■−■族
   化合物半導体基板において、注入されたイオン種として
   は、硅素イオン、セレン・イオン。 ベリラム・イオン、マグネシウム・イオンを用いること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載のイオン注入基
   板の活性化法。