JP3205150B2 - 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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JP3205150B2 JP31317493A JP31317493A JP3205150B2 JP 3205150 B2 JP3205150 B2 JP 3205150B2 JP 31317493 A JP31317493 A JP 31317493A JP 31317493 A JP31317493 A JP 31317493A JP 3205150 B2 JP3205150 B2 JP 3205150B2
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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、半導体基板に対し拡
散係数の大きい不純物層を形成する工程を含む半導体装
置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の性能を向上するため
には浅い導電層を実現することが重要である。拡散係数
の大きい不純物は容易に高濃度の導電層が得られるが、
浅く導電層を形成することが困難である。従来の技術に
おいて、半導体基板の表面に拡散係数の大きい不純物層
を形成する場合、熱拡散またはコヒーレント光を利用し
たランプ熱処理を採用している。
【0003】以下に従来の半導体装置の製造方法につい
て、図5ないし図8を参照しながら説明する。図5は従
来の半導体装置の製造方法における熱拡散の方法を示す
図である。この方法は、石英アンプル1の中に固形不純
物3および半導体基板2を設置し、ヒータ4の温度を上
げることにより固形不純物3を蒸発させ、半導体基板2
の表面に不純物を拡散させる方法である。この熱拡散の
方法による場合の拡散時間に対する不純物濃度プロファ
イルの変化を図6に示す。図6に示されるように、拡散
時間を長くすると基板表面の不純物濃度が高くなり、比
較的濃度の低いプルファイルの傾きが鈍化している。
【0004】図7は従来の半導体装置の製造方法におけ
るコヒーレント光のランプ熱処理の方法を示す図であ
る。この方法は、不純物をイオン注入した半導体基板6
を石英チューブ5内に設置し、コヒーレント光のランプ
7により熱処理する方法である。このランプ熱処理の方
法による場合の拡散時間に対する不純物濃度プロファイ
ルの変化を図8に示す。図8に示されるように、拡散時
間を長くすると基板表面の不純物濃度が低下し、比較的
濃度の低いプルファイルの傾きが鈍化している。なお、
図8における破線は熱処理前の不純物濃度プロファイル
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方法で
は、熱拡散の場合、基板表面付近の濃度は高いが低濃度
のプロファイルの制御が困難である。また、基板表面の
状態により基板表面付近の濃度も制御が難しい。一方、
ランプ熱処理の場合、熱拡散の場合よりも低濃度プロフ
ァイルの急峻性はよいが、表面濃度の低下が現れ、後に
形成される電極金属との接触に問題を引き起こす。
【0006】この発明の目的は、上記従来の問題点を解
決するもので、半導体基板に対し拡散係数の大きい不純
物の導電層を半導体基板表面に形成する際、半導体基板
表面から極めて浅い位置に、不純物濃度の高い導電層を
形成することのできる半導体装置の製造方法を提供する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
にこの発明の半導体装置の製造方法は、第1導電型の不
純物のイオン注入により第1の不純物領域が表面に形成
され、かつ表面上に第1の絶縁膜が形成された半導体基
板の表面と第1の絶縁膜との界面に、第2導電型の不純
物の濃度が最も高くなるように第1の絶縁膜を介して
2導電型の不純物をイオン注入することにより第1の不
純物領域内の半導体基板表面に第2の不純物領域を形成
する工程と、第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜を形成し
た後、熱処理する工程とを含む。
【0008】
【作用】この発明によれば、半導体基板に対し拡散係数
の大きい不純物の導電層を半導体基板表面に形成する
際、半導体基板上に形成した第1の絶縁膜を介して、第
1の絶縁膜と半導体基板表面との界面に不純物の濃度が
最も高くなるように第2導電型の不純物をイオン注入す
る。その後、第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜を形成し
た後、熱処理することにより第1の絶縁膜の下に導電層
が形成される。これにより、熱処理による基板表面付近
の濃度低下および低濃度領域の急峻性劣化を引き起こす
ことなく、半導体基板表面から極めて浅い位置に、不純
物濃度の高い導電層を形成することができる。
【0009】
【実施例】この発明の実施例を説明する前にまず参考例
について説明する。図1は参考例の半導体装置の製造方
法を示す工程断面模式図である。図1において、11は
GaAs基板(半導体基板)、12はイオン注入スルー
膜として使用する第1の絶縁膜であるシリコン窒化膜、
13は熱処理保護膜として使用する第2の絶縁膜である
シリコン窒化膜、14はP型導電層である。
【0010】以下、この参考例の半導体装置の製造方法
について説明する。まず、図1(a)に示すように、G
aAs基板11上に、プラズマCVD法により第1の絶
縁膜であるシリコン窒化膜12を400 Å形成する。その
後、GaAs基板11に対し拡散係数の大きいP型不純
物である亜鉛を、シリコン窒化膜12を通してイオン注
入(図中の矢印)する。つぎに、図1(b)に示すよう
に、プラズマCVD法により第2の絶縁膜であるシリコ
ン窒化膜13を、第1の絶縁膜であるシリコン窒化膜1
2の上に形成する。その後、窒素雰囲気中で700 ℃,5
分間の熱処理を行ない、P型導電層14を形成する。
【0011】図2(a)はイオン注入後の注入プロファ
イルを示す。この参考例では、シリコン窒化膜12とG
aAs基板11との界面に不純物である亜鉛の濃度ピー
クをもたせるため、注入条件を80keV 、8.0 ×1014cm
-2としている。なお、注入された不純物の濃度ピークが
シリコン窒化膜12とGaAs基板11との界面に位置
するように、シリコン窒化膜12の膜厚を決定してい
る。図2(a)に示すように、シリコン窒化膜12内の
亜鉛の濃度分布はGaAs基板11との界面で1.9 ×10
20cm-3であり、GaAs基板11表面で5.4 ×1019
-3であり、この界面の濃度差が次工程の熱処理で重要
となる。
【0012】図2(b)は熱処理後のキャリアプロファ
イルを示し、Aは第1および第2の絶縁膜を形成したこ
参考例の場合であり、比較例として、Bは第2の絶縁
膜を形成しないで第1の絶縁膜のみを形成した場合、C
は第1および第2の絶縁膜のどちらも形成しなかった場
合である。図2(b)に示すように、熱処理後の亜鉛の
P型キャリアプロファイルは、この参考例の場合Aに比
べ、第1の絶縁膜のみ形成した場合Bと第1および第2
の絶縁膜を形成しなかった場合Cは、GaAs基板11
表面付近のキャリア濃度が急激に低下し、低濃度付近の
急峻性が劣化している。
【0013】この参考例では、第1の絶縁膜(シリコン
窒化膜12)の上に第2の絶縁膜(シリコン窒化膜1
3)を形成しているため、第1の絶縁膜(シリコン窒化
膜12)中の亜鉛の外部拡散が抑制され、半導体基板
(GaAs基板11)側への拡散が促進される。このた
め基板表面付近の濃度低下が抑制されている。また、第
2の絶縁膜(シリコン窒化膜13)は第1の絶縁膜(シ
リコン窒化膜12)のように外部ダメージを受けていな
いため、GaAs基板11からのAs解離を防止し、こ
のため低濃度付近の急峻性も損なわれない。
【0014】以上のようにこの参考例によれば、第1の
絶縁膜(シリコン窒化膜12)をスルー注入膜として用
い、第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜(シリコン窒化膜
13)を形成して高温熱処理することにより、半導体基
板(GaAs基板11)に対し拡散係数の大きい不純物
の導電層を半導体基板表面に形成する際、半導体基板表
面から極めて浅い位置に、不純物濃度の高い導電層(P
型導電層14)を形成することができる。その結果、P
N接合ダイオードやPN接合電界効果トランジスタなど
浅い接合や導電層を有する半導体装置の性能を向上する
ことができる。
【0015】つぎに、この発明の実施例としてPN接合
形ダイオードの製造方法を図面を参照しながら説明す
る。図3はこの発明による半導体装置の製造方法を適用
したPN接合形ダイオードの製造工程を示す断面模式図
である。図3において、21はシリコンを選択イオン注
入されたGaAs基板、22は第1の絶縁膜であるシリ
コン窒化膜、23はN型導電層、24はホトレジスト、
25は第2の絶縁膜であるシリコン窒化膜、26はP型
導電層、27はAu/AuGeNi のN型オーミック電極、28
はPt/Ti のP型オーミック電極である。
【0016】以下、この実施例の半導体装置の製造方法
について説明する。まず、図3(a)に示すように、N
型不純物であるシリコンを選択イオン注入したGaAs
基板21に、第1の絶縁膜であるシリコン窒化膜22を
プラズマCVD法により400 Å堆積し、窒素雰囲気中で
820 ℃,15分間の熱処理を行ないN型導電層23を形成
する。
【0017】つぎに、図3(b)に示すように、ホトレ
ジスト24を注入マスクとしてP型不純物である亜鉛を
選択イオン注入(図中の矢印)する。この際、第1の実
施例同様、シリコン窒化膜22とGaAs基板21に形
成したN型導電層23との界面に不純物である亜鉛の濃
度ピークをもたせるため、注入条件を80keV 、8.0 ×10
14cm-2とする。
【0018】つぎに、図3(c)に示すように、ホトレ
ジスト24を除去し、第2の絶縁膜であるシリコン窒化
膜25をプラズマCVD法により600 Å堆積し、窒素雰
囲気中で700 ℃,5分間の熱処理を行ないP型導電層2
6を形成する。つぎに、図3(d)に示すように、第
1,第2の絶縁膜のシリコン窒化膜22,25を除去
し、通常のリフトオフ法によりAu/AuGeNi のN型オーミ
ック電極27をN型導電層23の表面に形成するととも
に、Pt/Ti のP型オーミック電極28をP型導電層26
の表面に形成して、PN接合形ダイオードを完成させ
る。
【0019】図4はこのPN接合形ダイオードの接合容
量(CD )のバイアス電圧(VR )依存性を示すもので
ある。図4において、Dはこの実施例を示し、比較のた
め従来の技術によるものをCに示す。図4から明らかな
ように、バイアス電圧に対するPN接合容量の変化は、
この実施例(D)の方が従来の技術(E)で得られる変
化より急峻である。一般的に接合容量の変化はP型とN
型の濃度差が大きく、かつ接合部のP型およびN型のキ
ャリアプロファイルが急峻な程大きい。
【0020】以上のようにこの実施例によれば、GaA
s基板21に対し拡散係数の大きい亜鉛でP型導電層2
6を形成する際、シリコン窒化膜22,25からなる二
層の絶縁膜を用いたことにより、PN接合形ダイオード
においても接合容量が大きく、容量変化比の高い良好な
特性を得ることができる。なお、上記実施例では、半導
体基板をGaAs基板11,21とし、半導体基板に対
し拡散係数の大きな不純物を亜鉛としたが、GaAs基
板11,21の場合、不純物はP型、N型に関係なく例
えばN型の硫黄であってもよい。また、半導体基板はシ
リコンの単元素半導体や他の化合物半導体でもよい。さ
らに、第1の絶縁膜はシリコン窒化膜12,22に限ら
ず、シリコン酸化膜やアルミ酸化膜などであってもよ
い。第2の絶縁膜もシリコン窒化膜13,25に限ら
ず、第1の絶縁膜同様、他の絶縁膜でもよく、またWS
iのような高融点金属膜であってもよい。
【0021】
【発明の効果】この発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板に対し拡散係数の大きい不純物の導電層を半導
体基板表面に形成する際、半導体基板上に形成した第1
の絶縁膜を介して、第1の絶縁膜と半導体基板表面との
界面に不純物の濃度が最も高くなるように第2導電型の
不純物をイオン注入する。その後、第1の絶縁膜の上に
第2の絶縁膜を形成した後、熱処理することにより第1
の絶縁膜の下に導電層が形成される。これにより、半導
体基板表面から極めて浅い位置に、不純物濃度の高い導
電層を形成することができる。その結果、PN接合の接
合容量が大きく、容量変化比の高い良好な特性を得るこ
とができるため、PN接合ダイオードやPN接合電界効
果トランジスタなど浅い接合や導電層を有する半導体装
置の性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例の半導体装置の製造方法を示す工程断面
模式図である。
【図2】参考例における不純物の注入プロファイルおよ
びキャリアプロファイルの図である。
【図3】この発明の実施例におけるPN接合形ダイオー
ドの製造工程を示す断面模式図である。
【図4】この発明の実施例におけるPN接合形ダイオー
ドの接合容量のバイアス電圧依存性を示す図である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法における熱拡散の
方法を示す図である。
【図6】従来の熱拡散の方法による場合のキャリアプロ
ファイルの拡散時間依存性を示す図である。
【図7】従来の半導体装置の製造方法におけるコヒーレ
ント光のランプ熱処理の方法を示す図である。
【図8】従来のランプ熱処理の方法による場合のキャリ
アプロファイルの拡散時間依存性を示す図である。
【符号の説明】
11,21 GaAs基板(半導体基板) 12,22 シリコン窒化膜(第1の絶縁膜) 13,25 シリコン窒化膜(第2の絶縁膜) 14,26 P型導電層

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の不純物のイオン注入により
    第1の不純物領域が表面に形成され、かつ前記表面上に
    第1の絶縁膜が形成された半導体基板の前記表面と前記
    第1の絶縁膜との界面に、第2導電型の不純物の濃度が
    最も高くなるように前記第1の絶縁膜を介して前記第2
    導電型の不純物をイオン注入することにより前記第1の
    不純物領域内の前記半導体基板表面に第2の不純物領域
    を形成する工程と、 前記第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜を形成した後、
    処理する工程とを含む半導体装置の製造方法。
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