JP2000195811A - 固相拡散法及びその方法を使用した半導体装置の製造方法 - Google Patents

固相拡散法及びその方法を使用した半導体装置の製造方法

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JP2000195811A
JP2000195811A JP37322098A JP37322098A JP2000195811A JP 2000195811 A JP2000195811 A JP 2000195811A JP 37322098 A JP37322098 A JP 37322098A JP 37322098 A JP37322098 A JP 37322098A JP 2000195811 A JP2000195811 A JP 2000195811A
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semiconductor substrate
forming
cap film
mask
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Hironobu Sakamoto
博信 坂本
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Stanley Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡散層を形成するために基板の表面に形成す
る膜の厚みによらず、拡散速度を制御することのできる
固相拡散法と、半導体装置の製造方法とを提供する。 【解決手段】 半導体基板の所定の導電型の表面上に拡
散領域を開口したマスクを形成する工程と、前記マスク
の上から前記半導体基板上に所定の導電形の不純物材料
を含んだ拡散源層を形成する工程と、前記拡散源層の表
面に第1のキャップ膜を形成する工程と、前記半導体基
板の裏面上に第2のキャップ膜を形成して拡散構造を得
る工程と、前記拡散構造を所定温度の所定雰囲気中に配
置して、前記拡散源層から前記不純物材料を前記半導体
基板中に拡散させる工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術に
関わり、特に不純物を半導体中に熱拡散する固相拡散法
と、それを利用した半導体装置の製造方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】寸法制度の高い発光ダイオード(LE
D)を製造するためには、pn接合を精度よく形成する
必要がある。一導電型の半導体基板中に逆導電型の不純
物を導入してpn接合を作る方法として、熱拡散技術の
一つである固相拡散法がある。固相拡散法は、拡散させ
ようとする不純物を含んだ層を拡散させられる半導体基
板の上に形成しておき、その後に基板を熱処理して不純
物を含んだ層から固相で不純物を半導体基板中に拡散さ
せる方法である。
【0003】図4に従来の技術による発光ダイオードの
製造工程を示す。SiN,SiO2,AlN,もしくは
Al2 3 等の拡散マスクとして機能する絶縁材料21
をプラズマCVDもしくは、スパッタリングで、GaA
sP基板20の表面に成膜した後、フォトリソグラフ
ィ、エッチングにより、図4(A)に示すように、拡散
領域に開口パターン21aをを有する拡散マスク21を
形成する。
【0004】図4(A)の工程で得た拡散マスク21を
形成した基板の上に拡散種であるZnを含む酸化物であ
る(ZnO)x (SiO2 y あるいはZnOをスパッ
タもしくはイオンプレーティングして拡散源膜22を形
成する。さらに、拡散源膜22保護のため、SiN,S
iO2 ,AlN,もしくはAl2 3 等のキャップ膜2
3をCVDもしくは、スパッタで成膜する( 図4
(B)) 。
【0005】この基板を拡散炉中に搬入し、N2 もしく
はH2 雰囲気中で600〜700℃に加熱して、拡散源
膜22からp型不純物であるZnを固相で半導体基板2
0中に拡散させて図4(C)で示すように拡散層24を
形成する。
【0006】次に、キャップ層23をHF,バッファー
ドHFによるウエットエッチング,もしくはプラズマエ
ッチングにて除去した後、拡散源膜22をHF,バッフ
ァードHFもしくはHClによるエッチングで除去す
る。( 図4(D)) さらに、図4(E)に示すように、導電材によるp電極
25を拡散層24の上に形成し、またn電極26を半導
体基板20の裏面に形成した後、炉内で400〜500
℃で合金化する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】画素密度が1200d
pi以上の高密度LEDアレイチップを製造する場合、
電流リークが発生しないように、不純物濃度と拡散深さ
が制御可能な固相拡散技術を用いて、浅く高キャリア濃
度の拡散層24を形成しなければならない。しかし、高
温で拡散する場合、拡散速度が速くなるために、拡散マ
スク21、拡散源膜22及びキャップ膜23の厚みを薄
くしなければならない。何故なら、熱処理におけるこれ
らの膜の膜応力が、拡散速度に大きな影響を与えるため
である。
【0008】しかしながら、拡散マスク21の膜厚を薄
くすると、拡散源膜22の不純物が拡散マスク21を通
過して予定した拡散領域以外の部分にも拡散して、ドッ
ト間リーク不良の発生の原因となる。
【0009】また、拡散源膜22の膜厚を薄くすると、
拡散源の不純物であるZn濃度不足による拡散領域での
キャリア濃度の低下となり、発光量の低下の原因とな
る。さらに、キャップ膜23の膜厚を薄くすることは、
拡散源の保護能力を低下することになり、膜剥がれの原
因となる。
【0010】以上のことから、半導体基板20の一方の
面に形成したこれらの膜の厚みを制御するだけで応力制
御することは、拡散制御の面から限界がある。
【0011】本発明の目的は、拡散速度を制御すること
のできる固相拡散法と、その方法を使用した半導体装置
の製造方法とを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の固相拡散法によ
れば、半導体基板の所定の導電型の表面上に拡散領域を
開口したマスクを形成する工程と、前記マスクの上から
前記半導体基板上に所定の導電形の不純物材料を含んだ
拡散源層を形成する工程と、前記拡散源層の表面に第1
のキャップ膜を形成する工程と、前記半導体基板の裏面
上に第2のキャップ膜を形成して拡散構造を得る工程
と、前記拡散構造を所定温度の所定雰囲気中に配置し
て、前記拡散源層から前記不純物材料を前記半導体基板
中に拡散させる工程とを含む。
【0013】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
半導体基板の所定の導電型の表面上に拡散領域を開口し
たマスクを形成する工程と、前記マスクの上から前記半
導体基板上に前記半導体基板とは異なる導電形の所定の
不純物材料を含んだ拡散源層を形成する工程と、前記拡
散源層の表面に第1のキャップ膜を形成する工程と、前
記半導体基板の裏面上に第2のキャップ膜を形成して拡
散構造を得る工程と、前記拡散構造を所定温度の所定雰
囲気中に配置して、前記拡散源層から前記不純物材料を
前記半導体基板中の所定領域に拡散させる工程と、前記
第1と第2のキャップ層と、前記拡散源層と、前記マス
クとを除去する工程と、前記不純物材料が拡散された前
記所定領域と接する第1の電極と、前記半導体基板の前
記所定領域以外と接する第2の電極とを形成する工程と
を有する。
【0014】半導体基板の裏面上に形成した第2のキャ
ップ膜により、応力制御が可能となる。所望の拡散制御
が可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施例による固相拡散法
及びその方法を使用した半導体装置の製造工程を図面を
参照して説明する。図1は、実施例によるLEDアレイ
チップの製造工程を一つのLED素子に注目して表した
断面図である。
【0016】図1(A)に示すように、740μmの厚
さのn型GaAsP基板10の表面に、SiNによる拡
散マスク11をプラズマCVDもしくは、スパッタリン
グにより500〜2000オングストロームの膜厚で成
膜する。さらに、拡散領域に開口パターン11aをフォ
トリソグラフィ、エッチングにより形成する。
【0017】図1(A)の工程で得た拡散マスク11を
形成した基板の上に(ZnO)x (SiO2 1-x (x
=0.1〜1)の材料をスパッタリングもしくはイオン
プレーティングにより200〜2000オングストロー
ムの膜厚で成膜して拡散源膜12を形成する。さらに、
その上にSiO2による第1のキャップ膜13をスパッ
タ装置で200〜4000オングストロームの厚みで成
膜する。さらに、基板10の裏面にSiO2による第2
のキャップ膜17をスパッタリングで500〜8000
オングストロームの厚みで成膜する。 (図1(B)) この基板を電気炉中に挿入し、大気、N2 もしくはH2
雰囲気中で600〜800℃で加熱して、拡散源膜12
からp型不純物であるZnを固相で半導体基板10中に
拡散させて図1(C)で示すように拡散層14を形成す
る。
【0018】次に、第1と第2のキャップ膜13、17
をHF,バッファードHFによるウエットエッチング,
もしくはプラズマエッチングにて除去した後、拡散源膜
12をHF,バッファードHFもしくはHClによるエ
ッチングで除去する。( 図1(D)) さらに、図1(E)に示すように、導電材によるp電極
15を拡散層14の上に形成し、またn電極16を半導
体基板10の裏面に形成した後、炉内で400〜500
℃で合金化して、LEDアレイを得る。
【0019】図2は、本実施例で得られた裏面のキャッ
プ厚17の膜厚と総応力との関係を示したものである。
サンプルのLEDアレイを以下の表の条件で作成した。
0〜8000Åの裏面キャップ膜を付けた時のウエハの
反り変化から、総応力を導いた。その式は、
【0020】
【数1】応力=〔Es s 2 /6(1−Vs )d〕
〔(1/Ro )−(1/Rf )〕 Es :基板のヤング率 Vs :基板のポアッソン比 d:膜厚 ts :基板の厚み Ro :成膜前の基板の曲率 Rf :成膜後の基板の曲率 である。
【0021】
【表1】
【0022】この結果から、裏面の第2のキャップ膜厚
を増加するほど、GaAsP基板10全体の総応力は減
少することがわかる。
【0023】図3は、裏面の第2のキャップ膜厚を変え
たときの、拡散温度と拡散速度との関係を示したもので
ある。比較のために、従来の技術による裏面の第2のキ
ャップ膜が無い場合の特性も示した。これによると、裏
面キャップ膜の膜厚を増加すると拡散速度が遅くなるこ
とがわかる。すなわち、裏面キャップ膜厚を調整するこ
とによって、拡散速度を抑制し、精密な拡散制御ができ
る。しかも、750℃以上の拡散温度においても、容易
に1.5μm以下の浅い拡散層を形成できることがわか
る。
【0024】なお、裏面の第2のキャップ膜17をSi
N,AlN,SiO2 もしくはAl 2 3 にしても、上
記実施例と同様な効果が得られた。
【0025】上記実施例においては、LEDの場合を例
にとって説明したが、本発明による固相拡散法は、LE
Dのみならず、他の半導体装置のpn接合を形成する場
合にも有効である。
【0026】以上、実施例に沿って発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自
明であろう。
【0027】
【発明の効果】半導体基板の裏面上に形成した第2のキ
ャップ膜により、半導体基板全体の総応力の制御が可能
となるので、拡散源層、拡散層及びキャップ膜厚みを任
意に制御して、所望の拡散制御が可能となる。
【0028】また、従来の技術では拡散速度が著しく7
50℃以上の高温拡散においても、容易に浅く、高キャ
リア濃度の拡散層を得ることができる。したがって、高
密度LEDアレイチップを作成することが可能となる。
【0029】また、ウエハ(半導体基板)の反りの減少
によって、フォトリソグラフィの精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による固相拡散法を使用したL
EDの製造工程を説明するための断面図である。
【図2】本発明の実施例による裏面キャップ膜厚と総応
力との関係を示すグラフである。
【図3】本発明の実施例による裏面キャップ膜厚を変え
た場合の、拡散温度と拡散速度との関係を示したグラフ
である。
【図4】従来の技術による固相拡散法を使用したLED
の製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10 GaAsP基板 11 拡散マスク 12 拡散源膜 13 第1のキャップ膜 14 拡散層 15 p電極 16 n電極 17 第2のキャップ膜( 裏面キャップ膜)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の所定の導電型の表面上に拡
    散領域を開口したマスクを形成する工程と、 前記マスクの上から前記半導体基板上に所定の導電形の
    不純物材料を含んだ拡散源層を形成する工程と、 前記拡散源層の表面に第1のキャップ膜を形成する工程
    と、 前記半導体基板の裏面上に第2のキャップ膜を形成して
    拡散構造を得る工程と、 前記拡散構造を所定温度の所定雰囲気中に配置して、前
    記拡散源層から前記不純物材料を前記半導体基板中に拡
    散させる工程とを含む固相拡散法。
  2. 【請求項2】 前記第2のキャップ膜を形成する工程に
    おいて、前記第2のキャップ膜の厚みが、前記拡散工程
    における不純物の拡散速度を抑制するように選ばれてい
    る請求項1記載の固相拡散法。
  3. 【請求項3】 前記半導体基板はn 型化合物半導体であ
    り、前記不純物材料がp型不純物であり、前記第2のキ
    ャップ膜の厚みが500から8000オングストローム
    の範囲である請求項2記載の固相拡散法。
  4. 【請求項4】 前記第2のキャップ膜の材料は、Al
    N,SiN,SiO2あるいはAl2 3 のいずれかを
    含む請求項3記載の固相拡散法。
  5. 【請求項5】 半導体基板の所定の導電型の表面上に拡
    散領域を開口したマスクを形成する工程と、 前記マスクの上から前記半導体基板上に前記半導体基板
    とは異なる導電形の所定の不純物材料を含んだ拡散源層
    を形成する工程と、 前記拡散源層の表面に第1のキャップ膜を形成する工程
    と、 前記半導体基板の裏面上に第2のキャップ膜を形成して
    拡散構造を得る工程と、 前記拡散構造を所定温度の所定雰囲気中に配置して、前
    記拡散源層から前記不純物材料を前記半導体基板中の所
    定領域に拡散させる工程と、 前記第1と第2のキャップ層と、前記拡散源層と、前記
    マスクとを除去する工程と、 前記不純物材料が拡散された前記所定領域と接する第1
    の電極と、前記半導体基板の前記所定領域以外と接する
    第2の電極とを形成する工程とを有する半導体装置の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 前記第2のキャップ膜を形成する工程に
    おいて、前記第2のキャップ膜の厚みが、前記拡散工程
    における不純物の拡散速度を抑制するように選ばれてい
    る請求項5記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記半導体基板はn 型化合物半導体であ
    り、前記不純物材料がp型不純物であり、前記第2のキ
    ャップ膜の厚みが500から8000オングストローム
    の範囲であり、前記半導体装置が発光ダイオードである
    請求項6記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記n型化合物半導体は、GaAsPで
    ある請求項7記載の半導体装置の製造方法。
JP37322098A 1998-12-28 1998-12-28 固相拡散法及びその方法を使用した半導体装置の製造方法 Pending JP2000195811A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7112862B2 (en) 2003-10-21 2006-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Light emitting and/or detecting device and method of manufacturing the same
JP2007273597A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Iii族窒化物系化合物半導体素子の製造方法

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Effective date: 20040309