JPS6249621A - 熱処理方法 - 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〕 この発明は熱処理方法に係り、特に化合物半導体を熱処
理する場合に材料の熱分解や熱的劣化を防止するに有効
な熱処理方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

半導体プロセスにはたくさんの熱処理工程がある。イオ
ン注入後の熱処理はその代表例である。

はとんどの材料は温度が高い程、その機械的性質は弱く
なるために熱処理工程ではていねいな材料に対する配慮
が必要となる。特に化合物半導体では熱処理工程で化学
量論的欠陥が生じ易い。こうしたプロセスで発生する化
学量論的欠陥は多くの場合、半導体の基本的性質である
キャリアの移動度や寿命度を著しく落とすために化学量
論的欠陥の発生を伴って作られた素子の性能は低いもの
となる。例えば、ＧａＰ結晶においてはこの化学量論的
欠陥がルミネッセンス特性を支配する重大な要因となっ
ていることはよく知られている。また、化学量論的欠陥
は作られた素子の信頼性を損なうものとも考えられてお
り、化合物半導体を熱処理する場合には化学量論的欠陥
の発生を防止することを配慮しなければならない。〜 また、集積回路素材として注目を集めているＧａＡｓで
はイオン注入後の熱処理工程の安定度に問題が残ってい
ることはよく知られている。通常、イオン注入後の熱処
理では５ｉｎ２やＳｉ、Ｎ、等の絶縁膜を被覆して行な
われるが、絶縁膜そのものあるいは絶縁膜とＧａＡｓの
界面構造を十分に制御することが難しく、表面にはしば
しば顕微鏡観察可能な欠陥が見られたり、ＧａＡ、ｓ集
積回路の基本素子である電界効果トランジスタ（Ｆ　Ｅ
　Ｔ　：　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）のしきい値電圧等の再現性が得られずまた同一
ウェーハ内での均一性も十分でない。こうした状況から
蒸気圧を制御したＡｓ雰囲気の中でイオン注入後の熱処
理を行なう方法等が取られるが、表面の鏡面状態は比較
的保持できるもののしきい値等に関して先の再現性や均
一性に対する要求を必ずしも満足するものではない。こ
れらの主因は熱処理時に表面近くの化学量論的比の制御
が不十分なことを物語るものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来技術とその問題点で述べたように特
に化合物半導体を熱処理する場合に化学量論的欠陥の発
生を防止し、高性能で信頼性の高い素子を製作するに有
効な安定した熱処理方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の熱処理方法は、被熱処理化合物半導体を入れた
第１の容器と、第１の容器とは別体の第２の容器とを結
合し、その結合部を、熱処理温度にて、前記被熱処理化
合物半導体の構成元素の少なくも一部を含む第１の溶液
と、その溶液の上に位置する被熱処理化合物半導体の構
成元素が実質的に透過できない第２の溶融液とで封じて
、熱処理することを特徴とする。

〔発明の作用と原理〕

ここでは化合物半導体の中で最も注目されているＧａＡ
ｓ材料を例に本発明の熱処理方法の作用と原理を説明す
る。ＧａＡｓは集積回路素材として注目され、熱処理工
程として一般的な代表例はイオン注入後の熱処理であろ
う。化合物半導体の熱処理工程では一般に該化合物半導
体と熱処理雰囲気とが熱力学的に非平衡であるがために
試料表面近くには化学量論的欠陥が発生する。熱力学的
に平衡条件下での熱処理を意図したものが従来技術とそ
の問題点で述べた蒸気圧を制御したＡｓ雰囲気での熱処
理であるがあくまでもＡｓ雰囲気は人為的に制御された
もので熱力学的平衡条件に限りなく近いとはいえないし
、またその制御も容易ではない。基本的には温度さえ定
めれば自動的に熱力学的平衡条件となることが理想であ
る。

この発明では第１図のような容器中で熱処理するもので
、限りなく熱力学的平衡に近い条件での熱処理を温度を
定めれば自動的につくることができる方法を示すもので
ある。第１図はこの発明の熱処理で用いられる円柱状容
器を断面構造で示すもので、第２の容器１１および第１
の容器としての蓋容器１２は炭素製であり、第２の容器
１１に掘られた泥状の溝１３にはＧａ１３１とＧ　ａ　
Ａ　ｓ　１３２が用意され、熱処理時にはＡｓで飽和し
たＧａ溶液１４となるものである（第２図）。さらに溝
１３にはＢ２０３１５が入れられており、熱処理時には
このＢ２０３１５も溶融し、比重差の関係でＧａ溶液１
４を覆ってＧａ溶液１４の上に位置するものである。蓋
容器１２には被熱処理ＧａＡｓ基板１６を設置するサセ
プタ一部１７が作られている。いま、５００℃以上のあ
る温度に上げられた状態にあり、第２の容器１１に蓋容
器１２が被さった状態の断面図は第２図のようになる。

溝１３中のＧａ１３１には温度のみで決まる溶解度に見
合ったＧａＡｓ１３２が溶融し、Ｇａ溶液１４となり、
８２０３１５がその上を覆っている。蓋容器１２が第２
の容器１１に被さった状態では蓋容器１２につけられた
テーパー状の嵌合部１８が上記溶融状態の８２０３１５
に少なくともつきささった状態をつくるように設定され
ている。第２図の状態をつくることで容器１１内部は外
部と遮断された構造となっている。容器と蓋容器との結
合部は、溶融したＧａ溶液１４とＢ２０３１５で密封さ
れた状態になる。容器内空間はＡｓの飽和溶液であるＧ
ａ溶液と容器１１の溝１３の内壁に作られたたくさんの
細孔１９で接しているので熱平衡にある気相でみたされ
、当然のことながらこの気相はＧａＡｓ基板１６とも熱
平衡になる。また、Ｇａ溶液１４は封入容器外の雰囲気
とはＢ２０３１５で遮断されているため、Ｇａ溶液から
のＡｓの気相への解離飛散もきわめて少ない。なお、Ｂ
２Ｏ３はＧａＡｓ結晶引き上げ時に溶液からのＡｓの気
相への解離飛散を防ぐための溶液表面封止用の溶融素材
として極めて有名な材料であり、Ｂ２０３１５を通して
母材構成元素の解離飛散を極めて有効に阻止するもので
ある。すなわち、ＧａＡｓ基板１６を取り巻く封入容器
内部の気相は該ＧａＡｓ基板１６とは熱平衡にあり、か
つ、気相の組成は温度のみで自動的に定まるために表面
の化学量論的比も常に温度のみで決まり、安定した熱処
理ができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する
。第３図を参照して本発明の実施例に使用される装置を
説明する。図に示すように、反応管２０の底面には、炭
素製の有底円筒状容器１１が載置されている。この容器
１１は、内面がテーパー状に形成された円筒状外壁１１
Ａと、この外壁１１Ａと同心状に形成されかつ外壁１１
Ａより低くされた円筒状内←ＩＩＢを備えている。円筒
状内壁１１Ｂには、周方向に沿って複数の細孔１９が等
間隔に穿設され、この細孔１９によって内壁１１Ｂの内
側空間と、内壁１１Ｂと外壁１１Ａとの間の空間とが連
通されている。

蓋容器１２は、軸方向に移動自在の石英片封じ管２２の
一端に連結された状態で反応管２０内に収納される。蓋
容器１２の底面側外周には、外面が容器１１の外壁１１
Ａと同様にテーパー状にされた嵌合部１８が形成されて
いる。嵌合部１８に囲まれた円柱状部には、化合物半導
体ウェーハを収納する開放したサセプタ一部１７が形成
されている。そして、反応管２０の底面側外周には、熱
処理を行なうための高周波コイル２１が配置されている
。

以下、ＧａＡｓ材料のイオン注入後の熱処理を例にとっ
て、上記装置を使用した本発明の実施例について説明す
る。

実際に熱処理を行なうには、先ず第３図のように反応管
２０中に容器１１と蓋容器１２を別々に配置した後、反
応管２０中にＨ２ガス１００ｍｆ／ｍｉｎの割合で流し
て十分に反応管２０中をＨ２で置換する。

この後、高周波コイル２１に電流を通じ、容器１１を８
００℃に加熱する。この時蓋容器１２はＧａＡｓ基板１
６の温度を１００℃以下に保つべく　十分に容器１１か
らはなしておく。容器１１を８００℃に加熱して３０分
間保つことでＧａ溶液１４が十分にＡｓで飽和される。

この後、高周波コイル２１の電流を減少して容器１１の
温度を８００℃に下げる。その後、石英片封じ管２２を
反応管外部より動かして速やかに蓋容器１２を容器１１
に被せる。この状態は第４図で示してあり、発明の作用
と原理で説明したようにＧａＡｓ基板１６は温度のみで
決まる封入容器内熱平衡雰囲気に置かれるため、表面状
態は変化せず、化学量論的欠陥の発生もない安定した熱
処理を行なうことができる。なお、いうまでもないが、
この発明の熱処理方法はイオン注入後の熱処理のみなら
ず化合物半導体デバイスの殆ど全ての熱処理工程に有効
に適用できる。

以上説明したように本実施例によれば、ＧａＡＳウェー
ハ内でのＦＥＴＬきい値電圧の均一化を向上させること
ができる。

Ｇａ溶液１４に代わるものとしてはＳｎ溶媒中にＡｓを
飽和したものでもよいことはＧａＡｓの液相エピタキシ
ャル法がＳｎ溶媒によってもなされることを考えるなら
当然であり、被熱処理母材化合物半導体とはよい熱平衡
系を形成しうるＧａ溶液１４に飽和したＡｓのごとく少
なくも一種類の母材化合物構成元素を含む溶融液（第１
の溶融液と呼ぶ）であれば材料を限らない。また、Ｂ２
０３１５に代わるものとしてはＣａ　Ｆ　２等があるこ
とはＧａＡｓ結晶引き上げ時に溶液からのＡｓの気相へ
の解離飛散を防ぐための溶液表面封止用の溶融素材を考
えれば当然であり、これも材料を限るものでなく、熱処
理条件下で８２０３１５のごとく溶融し、かつ前記溶融
液の上を覆い、しかも母材化合物構成元素の透過阻止能
がある溶融液（第２の溶融液と呼ぶ）であればよい。さ
らに、容器１１や蓋容器１２の構造は実施例で示したも
のに限らず、形状等は問わない。必要な要件は容器１１
と蓋容器１２の間に前記第１の溶融液、さらに熱処理条
件下で前記第１の溶融液の上を覆う前記第２の溶融液に
て封止できる構造を持てば良い。さらに容器１１および
蓋容器１２の材質は炭素の例を示したがＢＮ等も採用で
き、本質的に材料を限定するものではない。また、以上
の記述からも明白であるが被熱処理母材化合物半導体の
種類を限定するものではなく、ＧａＰ、ＩｎＰはいうに
およばずＩｎＧａＡｓＰ等の混晶群に対しても適用でき
る。

〔発明の効果〕

この発明の熱処理方法を適用することにより、化合物半
導体は表面状態も変化せず、化学量論的欠陥の発生もな
い安定した熱処理を行なうことができ、さらに加えて何
時、いかなる状況にあってもこの発明の方法を採用する
ことでほとんど作業者のノウハウといったものが必要の
ない再現性に優れたイオン注入後熱処理プロセスが行な
えるようになる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１および第２図はこの発明の作用原理を説明するため
の横断面図、 第３および第４図は本発明の実施例に使用される熱処理
装置の横断面図である。 １１　　・・・・・・　容器 １２　　・・・・・・　蓋容器 １３・・・・・・溝 １４　　・・・・・・　Ｇａ溶液 １５　　・・・・・・　Ｂ２０゜ １６　　・・・・・・　ＧａＡｓ基板 １７　　・・・・・・　サセプタ一部 １８　　・・・・・・　嵌合部 １９　　・・・・・・　細孔 代理人　弁理士　　岩　佐　義　幸 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被熱処理化合物半導体を入れた第１の容器と、第
   １の容器とは別体の第２の容器とを結合し、その結合部
   を、熱処理温度にて、前記被熱処理化合物半導体の構成
   元素の少なくも一部を含む第１の溶液と、その溶液の上
   に位置する被熱処理化合物半導体の構成元素が実質的に
   透過できない第２の溶融液とで封じて、熱処理すること
   を特徴とする化合物半導体の熱処理方法。