JP2746497B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の製造方法
に関し、特に赤外線検出器用の材料として用いられる水
銀を含有するII−VI族半導体装置の導電型を制御する方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】CdHgTe結晶等のII−VI族混晶から
なる多元半導体は、組成比を変えることによりバンドギ
ャップを変化させることができることに注目され、低雑
音の光検出器等のデバイスを作製するために用いられて
いる。
【0003】図4は、例えば、特公昭62-34157号公報に
開示された、従来のII−VI族化合物半導体装置の導電型
を制御する際の方法を説明するための図である。このよ
うな多元半導体は、組成比を変えることによりバンドギ
ャップを変化させることができることに注目され、低雑
音の光検出器等のデバイスを作製するために用いられて
いる。
【0004】図において、1は石英アンプルであり、そ
の内部に既に作製されたCdHgTe結晶2が、またア
ンプル1の一方の終端部に設けられたくびれ部分に水銀
3が封入されている。また12は上記アンプル1周囲に
配置されたヒータである。
【0005】上記CdHgTe結晶2は、該結晶を構成
する元素として蒸気圧が非常に高い水銀元素(Hg)を
含むため、これが結晶成長中に解離し、CdHgTe結
晶中に空孔が生じやすい。この水銀の解離により生じた
空孔がアクセプタとなるので、例えば、液相成長法によ
って得られるCdHgTe結晶は、水銀空孔を多く含み
キャリア濃度が〜1017cm-3程度のp型で、キャリアの
移動度が低くこのままではデバイスに使用することがで
きない。そこで、この問題を解決するため、上記図4に
示すように、石英アンプル1の中に、既に成長せしめら
れたCdHgTe結晶2と水銀3とを10-6Torrで
真空封入してヒータ12を用いて適当な温度でアニール
することにより、水銀3からの水銀分圧をCdHgTe
結晶2に印加して空孔を充填し、キャリア濃度の高いC
dHgTe結晶をキャリア濃度の低いp型のCdHgT
e結晶に変換して、あるいはさらに殆ど空孔がなくなる
まで充填してn型のCdHgTe結晶に変換して用いる
ようにしている。
【0006】以下、図4に示したような装置を用いて、
キャリア濃度の高いCdHgTe結晶のキャリア濃度を
低減する際のアニール処理を図5の温度プロファイル図
を用いて説明する。
【0007】アンプル1に封入されたCdHgTe結晶
2を280℃に加熱し、また水銀3を250℃に加熱す
ることによりCdHgTe結晶2近傍に250℃で決ま
る水銀分圧を与え、この状態で1日程度放置し、アンプ
ル1内側に水銀を付着させることなくCdHgTe結晶
2に水銀を拡散させると、キャリア濃度1014cm-3程度
のn型のCdHgTe結晶が得られる。
【0008】また、図6は水銀を含有するII−VI族化合
物半導体結晶のpn接合を水銀拡散を用いて形成する方
法を説明するための図であり、4は、厚さ10μm程度
のp型CdHgTe結晶5の表面に設けられた、例えば
ZnSからなる厚さ1μm程度の拡散マスクであり、上
記p型CdHgTe結晶5のn型領域を形成しようとす
る部分に例えば直径1〜30μm程度の開口4aが形成
されている。
【0009】そして上記拡散マスク4が形成されたCd
HgTe結晶5を、上記図4と同様に水銀とともにアン
プル内に封止してアニールすることにより、上記拡散マ
スク4の開口4aに露出するCdHgTe結晶5表面に
所定の水銀分圧が印加されて水銀がCdHgTe結晶5
中に拡散し、図6(b) に示されるようにn型領域が形成
され深さ3μm程度のpn接合6を得ることができる。
【0010】以下このようなpn接合6を用いて、例え
ばフォトダイオードアレイを形成する場合には、図7
(a) に示すようにpn接合6を形成した後に続いて図7
(b) に示すように、拡散マスク4を除去し、図7(c) に
示すようにCdHgTe結晶5全面に酸化膜101を設
け、続いて周知の写真製版技術を用いて上記pn接合6
上にn側のコンタクトホール102、及びp側のコンタ
クトホール103をそれぞれ形成し(図7(d) )、さら
に続いて金属層を所定の形にパターニングして上記コン
タクトホール102,103を介して上記CdHgTe
結晶5と接触するn側電極104,p側電極105を形
成する(図7(e) )。
【0011】また、特開昭58−171848号公報に示される
ように、CdHgTe結晶成長時にインジウム(In)
等のIII 族元素をドナー不純物として微量添加し、後に
熱処理を施して結晶中の水銀の量を制御してキャリア濃
度を制御したり、さらに特開昭62-13085号公報に示され
るようにCdHgTe層上にインジウムのバンプ電極を
形成した後、熱処理を行いCdHgTe層の上記バンプ
電極と接触する領域をn型に変換したりする等の方法が
あるが、これらの方法ではドナー不純物となるインジウ
ム(In)自体が結晶中において散乱因子となり、移動
度の向上はあまり望めず電気特性が悪いものであった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の製
造方法は以上のように構成されており、図4に示すよう
に、水銀を含有するII−VI族結晶に水銀蒸気圧を印加す
るための手段として常温で液体の水銀を使用するので、
例えばアンプルを傾けると水銀が移動して所望の温度プ
ロファイルが得られなくなる等、取扱いには細心の注意
が必要であり、作業性の低下を余儀無くされていたとい
う問題点があった。
【0013】また、図5に示すように、アニールによっ
てCdHgTe結晶に水銀分圧を印加する際、アンプル
1内に水銀が付着しないように、CdHgTe結晶2と
水銀3との間に約30℃の温度差を有する温度プロファ
イルを作らなければならず、プロセスが複雑になる等の
問題点があった。さらにIII 族元素をドナー不純物とし
て用いた場合にはこれが散乱因子となって移動度の向上
があまり望めないという問題点があった。
【0014】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、器具や材料の取扱いが容易で作
業性に優れ、また容易なプロセスで、しかもドナー不純
物を用いることなく、水銀を含むII−VI族半導体結晶の
導電型の制御及びpn接合の形成を行なうことができる
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置の製造方法は、水銀を含有するII−VI族結晶に、常温
固体のII族元素またはその化合物を用いてII族元素を固
相拡散させてその導電型を制御するようにしたものであ
る。
【0016】また、水銀を含有するp型のII−VI族化合
物半導体表面に所定形状の常温固体のII族元素またはそ
の化合物からなる薄膜を形成し、続いて熱処理を行い、
上記薄膜と接触するp型のII−VI族化合物半導体の領域
にII族元素を拡散させて該領域をn型に反転させてpn
接合を形成するようにしたものである。
【0017】
【作用】この発明においては、常温で液体の水銀に代え
て、例えば亜鉛等の常温で固体のII族元素またはその化
合物を用い、これらからII族元素を固相拡散させて、水
銀を含有するII−VI族結晶の導電型を制御する、または
水銀を含有するp型のII−VI族化合物半導体にpn接合
を形成するようにしたので、器具や材料の取扱いが容易
で、また均一な温度プロファイルでのアニールが可能と
なる。
【0018】
【実施例】以下、この発明の一実施例による半導体装置
の製造方法を図1に基づいて説明する。図1において、
図4と同一符号は同一または相当部分を示し、7は厚さ
約10μmのCdHgTe結晶2表面に例えば、蒸着法
によって形成された厚さ約1000オングストロームの
亜鉛(Zn)薄膜である。
【0019】次に製造方法について説明する。まず、結
晶成長が終了したCdHgTe結晶2(図1(a) )の表
面全面にスパッタ等により厚さ約1000オングストロ
ームの亜鉛(Zn)薄膜7を蒸着し(図1(b) )、これ
を図1(c) に示すようにアンプル8内に10-6Torr
で真空封入し、ヒータ12を用いて例えば、200℃で
20時間アニールする。このとき亜鉛粒子がCdHgT
e結晶2に向けて拡散し、CdHgTe結晶2の空孔を
充填する。そしてアニール終了後、アンプル8内から結
晶を取り出し、亜鉛薄膜7をエッチングして除去すると
キャリア濃度1014cm-3程度のn型のCdHgTe結晶
13が得られる。
【0020】このように本実施例によれば、結晶成長さ
れたCdHgTe結晶2のアクセプタを充填するのに常
温で固体の亜鉛を用い、これを亜鉛薄膜7としてCdH
gTe結晶2表面に被着させてアニールすることにより
CdHgTe結晶2に亜鉛粒子を拡散させて行うように
したので、材料の取扱が簡単になり作業性が向上し、ま
た均一な温度プロファイルでもってアニールを行うこと
ができるため、プロセスを容易なものとすることができ
る。また亜鉛はCd,Hgと同様にII族元素であるた
め、アクセプタに入り込んで水銀と同様にVI族元素と結
合するため、ドナー不純物を用いたときのようにこれが
散乱因子となることがなく、従ってキャリア移動度の向
上度合いは大きい。
【0021】次に本発明の第2の実施例による半導体装
置の製造方法について図2に基づいて説明する。この実
施例では上記第1の実施例の方法を用いてフォトダイオ
ードアレイのpn接合を製造するようにしたものであ
る。
【0022】まず図6(a) に示すように、厚さ10μm
程度のp型CdHgTe結晶5の表面に転写工程によっ
て、厚さが1000オングストローム程度で直径が1〜
30μm程度の島状のZn薄膜9を形成し、次いでこれ
を上記第1の実施例と同様にアンプル中に入れて封止し
て、例えば200℃で約10時間アニールすることと、
p型CdHgTe結晶5の上記島状のZn膜9と接する
領域に亜鉛粒子が拡散されてキャリア濃度1014cm-3
程度のn型領域となり、深さ3μm程度のpn接合6が
得られる。
【0023】なお上記各実施例では、亜鉛薄膜7(9)
を形成したCdHgTe結晶2(5)をアンプルに真空
封止してアニールするようにしたが、亜鉛は常温固体で
あり水銀のように蒸気圧を考慮する必要がないため、図
3のように開管型のアニール炉を用いることもできる。
図3において、10は石英管、14はその表面にZn薄
膜が形成されたCdHgTe結晶である。
【0024】アニール時には石英管10に窒素ガス等を
供給しつつヒータ11で所望の温度まで昇温することに
より表面に形成された亜鉛薄膜より亜鉛粒子をCdHg
Te結晶に拡散させることができる。この場合、アンプ
ルを用いないので、真空封じの必要がなく、大面積のウ
ェハを取り扱うのに適している。なお真空封じを行わな
い場合、プロセスの再現性がやや低下する。
【0025】また、上記実施例では、常温固体のII族元
素として亜鉛(Zn)を用いたが、他のII族の元素又は
II族の元素の化合物を用いても同様の効果が得られる。
【0026】さらにII−VI族半導体装置として、CdH
gTe結晶を用いたものを示したが、他のII−VI族元素
を用いて水銀を含む結晶を構成する場合にも本発明を適
用することができる。
【0027】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る半導体装
置の製造方法によれば、常温で液体の水銀に代えて常温
で固体のII族元素またはその化合物を用いて、これらか
らII族元素を固相拡散させて、水銀を含有するII−VI族
結晶の導電型を制御する、または水銀を含有するp型の
II−VI族化合物半導体にpn接合を形成するようにした
ので、器具及び材料の取扱いが容易になり、作業性ひい
ては生産性が向上し、複雑な温度プロファイルを作るこ
となく、容易にアニールが行え製造プロセスが容易にな
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例による半導体装置の製
造方法によりCdHgTe結晶の導電型を制御する方法
を説明するための図。
【図2】この発明の第2の実施例による半導体装置の製
造方法によりpn接合を形成する方法を説明するための
図。
【図3】上記各実施例において開管型のアニール炉を用
いて導電型の制御及びpn接合の形成をする方法を説明
するための図。
【図4】従来の半導体装置の製造方法によりCdHgT
e結晶の導電型を制御する方法を説明するための図。
【図5】従来の半導体装置の製造方法によりCdHgT
e結晶の導電型を制御する際の温度プロファイルを示す
図。
【図6】従来の半導体装置の製造方法によりp型CdH
gTe結晶にpn接合を形成する方法を説明するための
図。
【図7】従来及び本発明の半導体装置の製造方法により
フォトダイオードアレイを作製する際の製造工程図。
【符号の説明】
2 CdHgTe結晶 5 p型CdHgTe結晶 6 pn接合 7 亜鉛(Zn)薄膜 8 アンプル 9 島状の亜鉛(Zn)薄膜 10 石英管 11 ヒータ 12 ヒータ 13 n型CdHgTe結晶 14 亜鉛(Zn)薄膜を形成したCdHgTe結晶

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水銀を含有するII−VI族化合物半導体装
    置を製造する方法において、 水銀とII族及びVI族元素を用いて水銀を含有するII−VI
    族結晶を作製する工程と、 上記水銀を含有するII−VI族結晶に、常温固体のII族元
    素またはその化合物を用いてII族元素を固相拡散させて
    上記水銀を含有するII−VI族結晶の導電型を制御する工
    程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 水銀を含有するp型のII−VI族化合物半
    導体の導電型を制御する工程を含む半導体装置の製造方
    法において、 上記p型のII−VI族化合物半導体の表面に所定形状の常
    温固体のII族元素またはその化合物からなる薄膜を形成
    する工程と、 熱処理を行い、上記薄膜からII族元素を固相拡散させ、
    前記薄膜と接触するII−VI族化合物半導体領域をn型に
    反転させてpn接合を形成する工程とを含むことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の半導体装置の製
    造方法において、 上記固相拡散は常圧下において行われるものであること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
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