JP2585489B2 - 珪素からなる半導体装置の製造方法 - Google Patents
珪素からなる半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面帯域のアモルファ
ス化、熱処理による前記表面領域の次のド−ピングおよ
びこの表面帯域の最終的な再結晶化のために、珪素イオ
ンまたはゲルマニウムイオンの注入による珪素の中の平
面接合の製造方法に関する。更に、本発明は、かかる平
面接合を有する半導体構成部材に関する。
ス化、熱処理による前記表面領域の次のド−ピングおよ
びこの表面帯域の最終的な再結晶化のために、珪素イオ
ンまたはゲルマニウムイオンの注入による珪素の中の平
面接合の製造方法に関する。更に、本発明は、かかる平
面接合を有する半導体構成部材に関する。
【０００２】
【従来に技術】珪素の中に平面状のｐｎ接合を製造する
ためには、単結晶の珪素の表面帯域が、珪素イオンまた
はゲルマニウムイオンの注入によって、アモルファスの
状態にされる方法も使用される。有利に、この方法で予
め処理された帯域へ注入されたＢ、ＢＦ２ ＋、Ｐまたは
Ａｓのようなドーピング剤は、侵入深さ、変則的な（加
速された）拡散および通路形成を極めて強力に制限する
ものである。急激なドーピングの輪郭が発生する。固体
相のエピタキシャル成長によるアモルファス表面帯域の
再結晶化の場合、温度選択の際に、ドーピングの輪郭を
維持し続けるようにドーピング剤が拡散しすぎないよう
に気をつけねばならない。
ためには、単結晶の珪素の表面帯域が、珪素イオンまた
はゲルマニウムイオンの注入によって、アモルファスの
状態にされる方法も使用される。有利に、この方法で予
め処理された帯域へ注入されたＢ、ＢＦ２ ＋、Ｐまたは
Ａｓのようなドーピング剤は、侵入深さ、変則的な（加
速された）拡散および通路形成を極めて強力に制限する
ものである。急激なドーピングの輪郭が発生する。固体
相のエピタキシャル成長によるアモルファス表面帯域の
再結晶化の場合、温度選択の際に、ドーピングの輪郭を
維持し続けるようにドーピング剤が拡散しすぎないよう
に気をつけねばならない。
【０００３】”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５４巻、Ｎ
ｏ．１２、１９８３年１２月６８７９〜６８８９頁”に
は、再結晶化が、９２５℃の温度で２０分間に亘って行
われる方法が記載されている。
ｏ．１２、１９８３年１２月６８７９〜６８８９頁”に
は、再結晶化が、９２５℃の温度で２０分間に亘って行
われる方法が記載されている。
【０００４】欧州特許第０２０１５８５号明細書には、
アモルファス表面の再結晶化のための２段階工程が記載
されており、この方法によれば、半導体試料は、まず６
００℃で約３０分間保持され、この場合に、アモルファ
ス層が、固体相エピタキシャル（ＳＰＥ）によって再結
晶化され、引き続き、１秒以内に、注入されたドーピン
グ剤が活性化される１０００℃以上に加熱されている。
アモルファス表面の再結晶化のための２段階工程が記載
されており、この方法によれば、半導体試料は、まず６
００℃で約３０分間保持され、この場合に、アモルファ
ス層が、固体相エピタキシャル（ＳＰＥ）によって再結
晶化され、引き続き、１秒以内に、注入されたドーピン
グ剤が活性化される１０００℃以上に加熱されている。
【０００５】この２つの公知の方法は、再結晶化した状
態で、アモルファスから結晶の材料の接合領域が見出さ
れる場所に、結晶構造における欠陥が存在するという欠
点を有する。これらの欠点とは、第１に積層欠陥および
転位欠陥であり、これらの欠陥は、接合の電気的性質を
損なうものである。
態で、アモルファスから結晶の材料の接合領域が見出さ
れる場所に、結晶構造における欠陥が存在するという欠
点を有する。これらの欠点とは、第１に積層欠陥および
転位欠陥であり、これらの欠陥は、接合の電気的性質を
損なうものである。
【０００６】“ＩＥＥＥ １９９０ Ｂｉｐｏｌａｒ
Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍ
ｅｅｔｉｎｇ ７．３、１６２〜１６５頁”の記載か
ら、アモルファス表面帯域と結晶ベース材料との間の接
合領域の再結晶化の前に、４５０℃の温度過程で、３０
分間に亘って平坦化するという方法は公知である。１０
７５℃および１０秒で、後に続く短時間の全快過程（Ｒ
ＴＡ）の場合に、表面帯域は再結晶化し、同時にドーピ
ング剤は活性化される。これらの公知の方法を使用した
後には、確かに、もはや何ら、接合領域に起因するよう
な欠陥を見出すことは出来なかったが、しかしその代わ
り、ＲＴＡ温度が高いために、増幅された硼素拡散を甘
受しなければならなかった。
Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍ
ｅｅｔｉｎｇ ７．３、１６２〜１６５頁”の記載か
ら、アモルファス表面帯域と結晶ベース材料との間の接
合領域の再結晶化の前に、４５０℃の温度過程で、３０
分間に亘って平坦化するという方法は公知である。１０
７５℃および１０秒で、後に続く短時間の全快過程（Ｒ
ＴＡ）の場合に、表面帯域は再結晶化し、同時にドーピ
ング剤は活性化される。これらの公知の方法を使用した
後には、確かに、もはや何ら、接合領域に起因するよう
な欠陥を見出すことは出来なかったが、しかしその代わ
り、ＲＴＡ温度が高いために、増幅された硼素拡散を甘
受しなければならなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明には、アモルフ
ァス表面層の欠陥の無い再結晶化が保証されるような珪
素中の平面接合（≦０．１マイクロメ−トル）の製造方
法を記載するという課題が課された。
ァス表面層の欠陥の無い再結晶化が保証されるような珪
素中の平面接合（≦０．１マイクロメ−トル）の製造方
法を記載するという課題が課された。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴部に記載された方法により解決される。本発明の別
の有利な実施態様は、従属請求項より生じる。
特徴部に記載された方法により解決される。本発明の別
の有利な実施態様は、従属請求項より生じる。
【０００９】本発明は、以下に実施例に基づいて詳説さ
れる。
れる。
【００１０】珪素の平面結合を製造するためには、ま
ず、アモルファス表面層が、単結晶の基礎物質上で、イ
オンが注入されることによって製造される。この場合、
ＧｅＨ４／Ｈ２の混合物が、イオンの供給源として使用
され、この場合、７０Ｇｅアイソトープまたは７４Ｇｅ
アイソトープがアモルファス化剤として使用される。２
・１０１４ｃｍ−２〜９・１０１４ｃｍ−２のイオン配
量の場合、注入剤のエネルギーは、５０ｋｅＶ〜１５０
ｋｅＶの範囲内である。３〜５・１０１４ｃｍ−２のイ
オン配量の場合には、約７０ｋｅＶのエネルギーが、特
に有利なものであることが判明した。
ず、アモルファス表面層が、単結晶の基礎物質上で、イ
オンが注入されることによって製造される。この場合、
ＧｅＨ４／Ｈ２の混合物が、イオンの供給源として使用
され、この場合、７０Ｇｅアイソトープまたは７４Ｇｅ
アイソトープがアモルファス化剤として使用される。２
・１０１４ｃｍ−２〜９・１０１４ｃｍ−２のイオン配
量の場合、注入剤のエネルギーは、５０ｋｅＶ〜１５０
ｋｅＶの範囲内である。３〜５・１０１４ｃｍ−２のイ
オン配量の場合には、約７０ｋｅＶのエネルギーが、特
に有利なものであることが判明した。
【００１１】このようにして、例えば、３・１０14ｃｍ
-2のイオン配量の場合に７０ｋｅＶのＧｅイオンの注入
は、約８５ｎｍのアモルファス層を生じた。基体に向か
って、約１５ｎｍの厚さを有する接合領域は接続し、該
接合領域の中で、基体のアモルファス層と結晶材料との
間の境界面は極めて目が粗くおよび該接合領域の中で結
晶島状構造もしくはアモルファス島状構造が、それぞれ
正反対の構造の領域内に存在している。前記の島状構造
を有する目の粗い接合帯域は、格子欠陥、殊に積層欠陥
および転位欠陥の形成のための種晶を、更に後の再結晶
化の際に製出する。
-2のイオン配量の場合に７０ｋｅＶのＧｅイオンの注入
は、約８５ｎｍのアモルファス層を生じた。基体に向か
って、約１５ｎｍの厚さを有する接合領域は接続し、該
接合領域の中で、基体のアモルファス層と結晶材料との
間の境界面は極めて目が粗くおよび該接合領域の中で結
晶島状構造もしくはアモルファス島状構造が、それぞれ
正反対の構造の領域内に存在している。前記の島状構造
を有する目の粗い接合帯域は、格子欠陥、殊に積層欠陥
および転位欠陥の形成のための種晶を、更に後の再結晶
化の際に製出する。
【００１２】次の処理工程において、アモルファス表面
層は、Ｂイオン、ＢＦ2 +イオン、ＰイオンまたはＡｓイ
オンの注入によって配量される。アモルファス層の中
で、注入されたイオンの異常な拡散および通路形成作用
は理想的な方法で抑えられる。イオンエネルギ−の選択
によって、所望のド−ピングの輪郭が調整できる。２・
１０14ｃｍ-2の配量の場合に２５ｋｅＶの注入エネルギ
−を、約７０ｋｅＶの場合でＢＦ2 +イオンおよびＧｅ前
アモルファス化の際に示した。
層は、Ｂイオン、ＢＦ2 +イオン、ＰイオンまたはＡｓイ
オンの注入によって配量される。アモルファス層の中
で、注入されたイオンの異常な拡散および通路形成作用
は理想的な方法で抑えられる。イオンエネルギ−の選択
によって、所望のド−ピングの輪郭が調整できる。２・
１０14ｃｍ-2の配量の場合に２５ｋｅＶの注入エネルギ
−を、約７０ｋｅＶの場合でＢＦ2 +イオンおよびＧｅ前
アモルファス化の際に示した。
【００１３】アモルファス層の再結晶化には、まず、目
の粗い接合領域を平坦化するような別の処理工程が行わ
れる。このために、半導体試料は、窒素雰囲気の炉の中
で約４００〜４６０℃の温度で約３０〜５０分間前処理
される。前記の温度では、まだ、アモルファス層の変化
は生じないが、しかし、分画した接合帯域は、既に平坦
化されており、この場合殊に、アモルファス島状構造お
よび結晶島状構造が再形成している。
の粗い接合領域を平坦化するような別の処理工程が行わ
れる。このために、半導体試料は、窒素雰囲気の炉の中
で約４００〜４６０℃の温度で約３０〜５０分間前処理
される。前記の温度では、まだ、アモルファス層の変化
は生じないが、しかし、分画した接合帯域は、既に平坦
化されており、この場合殊に、アモルファス島状構造お
よび結晶島状構造が再形成している。
【００１４】引き続き、５００〜６００℃の温度で、３
０〜５０分間に亘って熱処理した場合、アモルファス層
は、固体相エピタキシャル成長によってサブストレート
の基礎結晶体の上に再結晶する。本来の再結晶化の前
に、目の粗い接合帯域は平坦化されたので、エピタキシ
ャル成長の後には、以前のアモルファス層中での積層欠
陥および転位欠陥は認められなかった。殊に、固体相エ
ピタキシャルのためには、窒素雰囲気中で４０分間で５
５０℃の温度が、特に有利であることが判明した。
０〜５０分間に亘って熱処理した場合、アモルファス層
は、固体相エピタキシャル成長によってサブストレート
の基礎結晶体の上に再結晶する。本来の再結晶化の前
に、目の粗い接合帯域は平坦化されたので、エピタキシ
ャル成長の後には、以前のアモルファス層中での積層欠
陥および転位欠陥は認められなかった。殊に、固体相エ
ピタキシャルのためには、窒素雰囲気中で４０分間で５
５０℃の温度が、特に有利であることが判明した。
【００１５】引き続く短時間の加熱により、５〜１０秒
の短い時間の間にドーピングの輪郭を本質的に幅が広が
らせることなく、ドーピング原子を、１０００〜１１０
０℃の温度で活性化させる。本来の再結晶化は、６００
℃の温度で行われ、単にドーピングを活性化させるだけ
であるので、この処理工程中には、結晶体の構成の点で
何ら付加的な欠陥が発生することはない。
の短い時間の間にドーピングの輪郭を本質的に幅が広が
らせることなく、ドーピング原子を、１０００〜１１０
０℃の温度で活性化させる。本来の再結晶化は、６００
℃の温度で行われ、単にドーピングを活性化させるだけ
であるので、この処理工程中には、結晶体の構成の点で
何ら付加的な欠陥が発生することはない。
【００１６】上述の平面接合の典型的な使用の場合の例
は、双極性高周波トランジスタである。しかし、例えば
ダイオ−ドのような別の構成部材においても、かかる平
面接合は有利に使用してもよい。
は、双極性高周波トランジスタである。しかし、例えば
ダイオ−ドのような別の構成部材においても、かかる平
面接合は有利に使用してもよい。
【００１７】
【実施例】図１は、ベース帯域６を本発明による方法に
よって製造した１つのトランジスタを通った横断面図を
示すものである。以下に、図面に基づいて、かかるトラ
ンジスタの構成を詳説した。半導体サブストレート１の
上に、公知の方法により、まず、埋設されたコレクタ端
子２およびコレクタ３を製造した。ｐ＋ドーピングされ
たポリ珪素層４を、ベース端子としておよび源として、
外性ベース５の拡散侵入のために使用した。別の被覆段
階の後に、ゲルマニウムの注入によって内性ベース部６
をアモルファス化させた。この場合、ゲルマニウムイオ
ンのエネルギーは、７０ｋｅＶである。２・１０１４ｃ
ｍ−２の配量を注入した。引き続き、以前にアモルファ
ス化された帯域を、２５ｋｅＶのエネルギーおよび３・
１０１４ｃｍ−２の配量でのＢＦ２ ＋イオンの注入によ
ってドーピングした。アモルファスの材料に注入したの
で、理想的な分布のドーピング輪郭が発生した。注入さ
れたイオンの通路形成および異常な拡散は、著しく減少
していた。こうして、アモルファス化された層を、炉処
理によって再結晶化させた。第１の処理工程において、
４５０℃で、アモルファス層と結晶性のベース結晶体と
の間の接合領域を平坦化した。アモルファス層の再結晶
化は、固体相エピタキシャル成長にとっては温度が十分
には高くなかったので、この処理工程の際には、まだ行
われていなかった。約４０分後に、炉の中の温度を５５
０℃に上昇させた。この第２の処理工程において、、ア
モルファス層は、接合領域中の欠陥種晶を、先行の処理
工程において除去したので、４０分の内にほとんど欠陥
なく再結晶化した。こうして、短時間の加熱を用いてド
ーピング剤を活性化させる前に、公知の方法によって、
ポリ珪素８を塗布し、その後に続いて、ＡＳ注入によっ
てドーピングした。このポリ珪素層８は、２つの機能を
有している。一方で、このポリ珪素層はエミッタ電極と
して使用され、他方では、このポリ珪素層は、エミッタ
９のための拡散侵入の源として作用するのである。次
に、本発明による熱処理の第３段階が続けられる。１０
００〜１２００℃への短時間の加熱によって、ベース帯
域６のドーピング剤を活性化し、同時に、エミッタ帯域
９を拡散侵入させる。更に、５〜３０秒の範囲内で短時
間の加熱の時間を変化させることによって、トランジス
タの幅の広いベースを製造することができる。引き続
き、表面の不動態化および金属化１０を、公知の方法で
実現化した。
よって製造した１つのトランジスタを通った横断面図を
示すものである。以下に、図面に基づいて、かかるトラ
ンジスタの構成を詳説した。半導体サブストレート１の
上に、公知の方法により、まず、埋設されたコレクタ端
子２およびコレクタ３を製造した。ｐ＋ドーピングされ
たポリ珪素層４を、ベース端子としておよび源として、
外性ベース５の拡散侵入のために使用した。別の被覆段
階の後に、ゲルマニウムの注入によって内性ベース部６
をアモルファス化させた。この場合、ゲルマニウムイオ
ンのエネルギーは、７０ｋｅＶである。２・１０１４ｃ
ｍ−２の配量を注入した。引き続き、以前にアモルファ
ス化された帯域を、２５ｋｅＶのエネルギーおよび３・
１０１４ｃｍ−２の配量でのＢＦ２ ＋イオンの注入によ
ってドーピングした。アモルファスの材料に注入したの
で、理想的な分布のドーピング輪郭が発生した。注入さ
れたイオンの通路形成および異常な拡散は、著しく減少
していた。こうして、アモルファス化された層を、炉処
理によって再結晶化させた。第１の処理工程において、
４５０℃で、アモルファス層と結晶性のベース結晶体と
の間の接合領域を平坦化した。アモルファス層の再結晶
化は、固体相エピタキシャル成長にとっては温度が十分
には高くなかったので、この処理工程の際には、まだ行
われていなかった。約４０分後に、炉の中の温度を５５
０℃に上昇させた。この第２の処理工程において、、ア
モルファス層は、接合領域中の欠陥種晶を、先行の処理
工程において除去したので、４０分の内にほとんど欠陥
なく再結晶化した。こうして、短時間の加熱を用いてド
ーピング剤を活性化させる前に、公知の方法によって、
ポリ珪素８を塗布し、その後に続いて、ＡＳ注入によっ
てドーピングした。このポリ珪素層８は、２つの機能を
有している。一方で、このポリ珪素層はエミッタ電極と
して使用され、他方では、このポリ珪素層は、エミッタ
９のための拡散侵入の源として作用するのである。次
に、本発明による熱処理の第３段階が続けられる。１０
００〜１２００℃への短時間の加熱によって、ベース帯
域６のドーピング剤を活性化し、同時に、エミッタ帯域
９を拡散侵入させる。更に、５〜３０秒の範囲内で短時
間の加熱の時間を変化させることによって、トランジス
タの幅の広いベースを製造することができる。引き続
き、表面の不動態化および金属化１０を、公知の方法で
実現化した。
【００１８】前記の方法で製造されたトランジスタを用
いて、約３０ＧＨｚの境界周波数を達成した。
いて、約３０ＧＨｚの境界周波数を達成した。
【図１】本発明により製造することが出来る、珪素から
なる半導体装置の１実施例を示す略示的縦断面図。
なる半導体装置の１実施例を示す略示的縦断面図。
１ 半導体サブストレート、 ２ コレクタ端子、 ３
コレクタ、 ４ポリ珪素、 ５ 外性ベース、 ６
内性ベース、 ８ ポリ珪素、 ９エミッタ
コレクタ、 ４ポリ珪素、 ５ 外性ベース、 ６
内性ベース、 ８ ポリ珪素、 ９エミッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨアヒム イムシュヴァイラー ドイツ連邦共和国 ハイルブロン−ベッ キンゲン シャーフベルク 25 (72)発明者 ミヒャエル ザイプト ドイツ連邦共和国 ゲッティンゲン ペ ーター デバイエ シュティーク 16 (56)参考文献 特開 平２−56927（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−501320（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体の製造のために、１つの単結晶の
半導体の表面の中に、表面帯域をアモルファス化する第
４主族のイオンが注入され、その後、表面帯域が注入さ
れた不純物を用いてドーピングされ、最終的にアモルフ
ァス層が熱処理によって再結晶化されるようにして、僅
かな侵入深さの表面帯域を有する珪素からなる半導体装
置を製造するための方法において、熱処理が、アモルフ
ァス相の再結晶化はまだ行われないが、しかし既にアモ
ルファス表面帯域と単結晶半導体との間の接合領域の平
坦化が行われる４００〜４６０℃の温度で３０〜５０分
間続けられる第１の炉処理工程と、この第１の炉処理工
程に続く、アモルファス表面帯域が再結晶化するには十
分に高く、かつ注入された不純物原子の移動度が小さい
ままであるには十分に低い５００〜６００℃の温度で３
０〜５０分間続けられる第２の炉処理工程と、この第２
の炉処理工程に続いて、注入された不純物原子を活性化
するには十分に高く、かつ所要時間が、不純物の再分布
を小さいままで維持するには十分に短いような、１００
０〜１２００℃の温度で５〜３０秒間続けられる最終的
な短時間の加熱からなることを特徴とする、珪素からな
る半導体装置の製造法。 - 【請求項２】 表面帯域が、ゲルマニウムイオンまたは
珪素イオンの注入によってアモルファス化される、請求
項１に記載の方法。 - 【請求項３】 表面帯域が、ゲルマニウムイオンの注入
によって、約７０ｋｅＶのエネルギーおよび約３・１０
１４ｃｍ−２の用量の場合にアモルファス化される、請
求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】 表面帯域が、Ｂ、ＢＦ２ ＋、ＰまたはＡ
ｓの注入によってドーピングされる、請求項１から３ま
でのいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項５】 表面帯域が、ＢＦ２ ＋注入によって、１
５ｋｅＶ〜２５ｋｅＶのエネルギーおよび３・１０１３
ｃｍ−２〜３・１０１４ｃｍ−２の用量の場合にドーピ
ングされる、請求項１から４までのいずれか１項に記載
の方法。
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