JP3250271B2 - ３−５族化合物半導体への不純物拡散方法 - Google Patents
３−５族化合物半導体への不純物拡散方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えばＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＩｎＰ等の３−５族化合物半導体への不純物拡散方
法に係わる。
Ｐ、ＩｎＰ等の３−５族化合物半導体への不純物拡散方
法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】半導体への不純物注入方法としては、そ
の基板表面にドーピングガスを接触させて不純物を拡散
させる方法が一般的であり、Ｓｉにおいては今日のＬＳ
Ｉ、超ＬＳＩにまで発展してきたプレーナ技術の不可欠
な要素技術である。
の基板表面にドーピングガスを接触させて不純物を拡散
させる方法が一般的であり、Ｓｉにおいては今日のＬＳ
Ｉ、超ＬＳＩにまで発展してきたプレーナ技術の不可欠
な要素技術である。
【０００３】化合物半導体の場合には、化合物であるた
めに母体結晶の熱分解、表面欠陥、組成のずれいわゆる
ストイキオメトリのずれなど高温熱処理においての致命
的な問題が解決されていなかった。例えばＧａＡｓのよ
うな３−５族化合物半導体では主に５族元素の分解が問
題となっている。
めに母体結晶の熱分解、表面欠陥、組成のずれいわゆる
ストイキオメトリのずれなど高温熱処理においての致命
的な問題が解決されていなかった。例えばＧａＡｓのよ
うな３−５族化合物半導体では主に５族元素の分解が問
題となっている。
【０００４】またＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の化合物
半導体においてＺｎ等のｐ型不純物を拡散する方法は、
学問的のみならず工業的にも特に重要な技術であり、今
日では相図の理解等も進み、ｐｎダイオード、接合形電
界効果トランジスタ（Ｊ−ＦＥＴ）の製作に利用されて
いる。
半導体においてＺｎ等のｐ型不純物を拡散する方法は、
学問的のみならず工業的にも特に重要な技術であり、今
日では相図の理解等も進み、ｐｎダイオード、接合形電
界効果トランジスタ（Ｊ−ＦＥＴ）の製作に利用されて
いる。
【０００５】このような化合物半導体への不純物拡散方
法は、歴史的にみれば固体拡散源を用いて閉じたアンプ
ル中で行ういわゆる封管法から、ドーピングガスを反応
管内へ送り込む開管法へと移行してきた。その間様々な
改良がなされたが、例えばＧａＡｓ化合物半導体へのＺ
ｎ等の拡散は、従来金属Ｚｎと金属Ａｓ或いはＺｎＡｓ
化合物とＧａＡｓ基板とを石英アンプル内に真空封入し
て行われてきた。しかしながらこの方法では、ＺｎとＡ
ｓの蒸気圧はアンプルの体積と封入された各元素の量で
決まり、従って細かいコントロールは不可能である。
法は、歴史的にみれば固体拡散源を用いて閉じたアンプ
ル中で行ういわゆる封管法から、ドーピングガスを反応
管内へ送り込む開管法へと移行してきた。その間様々な
改良がなされたが、例えばＧａＡｓ化合物半導体へのＺ
ｎ等の拡散は、従来金属Ｚｎと金属Ａｓ或いはＺｎＡｓ
化合物とＧａＡｓ基板とを石英アンプル内に真空封入し
て行われてきた。しかしながらこの方法では、ＺｎとＡ
ｓの蒸気圧はアンプルの体積と封入された各元素の量で
決まり、従って細かいコントロールは不可能である。
【０００６】このような問題を解決するために、Ｚｎ及
びＡｓの蒸気を十分コントロールした開管中で拡散を行
ういわゆる開管式拡散法の研究が本出願人により独自に
行われてきた。ＧａＡｓへの開管式拡散については例え
ば東芝レビュー（24巻６号 708(1969)）において、金属
ＺｎとＡｓを炉内で蒸発させることによって各々の蒸気
を得る方法が提案されている。
びＡｓの蒸気を十分コントロールした開管中で拡散を行
ういわゆる開管式拡散法の研究が本出願人により独自に
行われてきた。ＧａＡｓへの開管式拡散については例え
ば東芝レビュー（24巻６号 708(1969)）において、金属
ＺｎとＡｓを炉内で蒸発させることによって各々の蒸気
を得る方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｉ
ｎＰ等の３−５族化合物半導体への不純物例えばＺｎの
拡散速度はＺｎの濃度に強く依存し、いわゆる置換侵入
型のメカニズムで拡散すると考えられている。そして例
えば上述の封管法により拡散を行う際にＡｓを添加する
ことによってＺｎの拡散速度が遅くなることが知られて
いる（例えばH.RUPPRECHT and C.Z.LEMAY Journal of A
pplied Physics 35 No.6 1970(1964)、以下文献Ａとい
う）。
ｎＰ等の３−５族化合物半導体への不純物例えばＺｎの
拡散速度はＺｎの濃度に強く依存し、いわゆる置換侵入
型のメカニズムで拡散すると考えられている。そして例
えば上述の封管法により拡散を行う際にＡｓを添加する
ことによってＺｎの拡散速度が遅くなることが知られて
いる（例えばH.RUPPRECHT and C.Z.LEMAY Journal of A
pplied Physics 35 No.6 1970(1964)、以下文献Ａとい
う）。
【０００８】一方上述の開管式拡散では、Ａｓ蒸気圧の
増加と共にＺｎの拡散速度が増大し、且つＺｎの表面濃
度もＺｎ分圧のみならずＡｓ蒸気圧に応じて高まる結果
が得られている。この現象の物理化学的機構は明確にな
っていない。
増加と共にＺｎの拡散速度が増大し、且つＺｎの表面濃
度もＺｎ分圧のみならずＡｓ蒸気圧に応じて高まる結果
が得られている。この現象の物理化学的機構は明確にな
っていない。
【０００９】そしてこのような従来の方法においては、
工業的な応用を考慮してＡｓ圧等の５族元素ガスの分圧
の最適値に関する議論は全くなされておらず、いわゆる
化合物からの元素の熱解離を抑制し、基板表面を保護す
る目的として、安全で且つ使用上簡便な適切な圧力値の
設定がなされていたに過ぎず、例えば上述の文献Ａ中
ｐ．７１３にも述べられているように、従来の方法では
Ａｓ圧変動に起因する制御性、再現性の問題があり、量
産技術としては不十分であり、工業的な生産が不可能で
あった。
工業的な応用を考慮してＡｓ圧等の５族元素ガスの分圧
の最適値に関する議論は全くなされておらず、いわゆる
化合物からの元素の熱解離を抑制し、基板表面を保護す
る目的として、安全で且つ使用上簡便な適切な圧力値の
設定がなされていたに過ぎず、例えば上述の文献Ａ中
ｐ．７１３にも述べられているように、従来の方法では
Ａｓ圧変動に起因する制御性、再現性の問題があり、量
産技術としては不十分であり、工業的な生産が不可能で
あった。
【００１０】本発明は、３−５族化合物半導体への不純
物拡散を再現性良く且つ制御性良く行う方法を提供する
ことを目的とする。
物拡散を再現性良く且つ制御性良く行う方法を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、３−５族化合
物半導体の表面にドーピングガスを接触させて不純物拡
散を行う３−５族化合物半導体への不純物拡散方法にお
いて、ドーピングガスと共に導入するガスのうち５族元
素を構成元素として含むガスの分圧を３−５族化合物半
導体の表面からの５族元素の解離圧の１０6 倍以上と
し、かつドーピング効率が９０％〜１００％となるよう
に５族元素を構成元素として含むガス圧の調整を行う。
物半導体の表面にドーピングガスを接触させて不純物拡
散を行う３−５族化合物半導体への不純物拡散方法にお
いて、ドーピングガスと共に導入するガスのうち５族元
素を構成元素として含むガスの分圧を３−５族化合物半
導体の表面からの５族元素の解離圧の１０6 倍以上と
し、かつドーピング効率が９０％〜１００％となるよう
に５族元素を構成元素として含むガス圧の調整を行う。
【００１２】また本発明は、上述の３−５族化合物半導
体への不純物拡散方法において、反応管内の総圧力が４
０ｋＰａ以上ほぼ常圧までの圧力においては、５族元素
を含むガスの分圧を反応管内の総圧力の０．０５％〜
１．０％とする。
体への不純物拡散方法において、反応管内の総圧力が４
０ｋＰａ以上ほぼ常圧までの圧力においては、５族元素
を含むガスの分圧を反応管内の総圧力の０．０５％〜
１．０％とする。
【００１３】また更に本発明は、上述の３−５族化合物
半導体への不純物拡散方法において、反応管内の総圧力
が４０ｋＰａ未満である減圧下においては、５族元素を
含むガスの分圧を反応管内の総圧力の０．０５％〜０．
５０％とする。
半導体への不純物拡散方法において、反応管内の総圧力
が４０ｋＰａ未満である減圧下においては、５族元素を
含むガスの分圧を反応管内の総圧力の０．０５％〜０．
５０％とする。
【００１４】また本発明は、上述の各３−５族化合物半
導体への不純物拡散方法において、不純物をＺｎとす
る。
導体への不純物拡散方法において、不純物をＺｎとす
る。
【００１５】更にまた本発明は、上述の各３−５族化合
物半導体への不純物拡散方法において、３−５族化合物
半導体をＧａＡｓとする。
物半導体への不純物拡散方法において、３−５族化合物
半導体をＧａＡｓとする。
【００１６】また本発明は、上述の各３−５族化合物半
導体への不純物拡散方法において、３−５族化合物半導
体の構成元素である５族元素を含むガスをＡｓＨ3 とす
る。
導体への不純物拡散方法において、３−５族化合物半導
体の構成元素である５族元素を含むガスをＡｓＨ3 とす
る。
【００１７】
【作用】上述したように本発明においては、半導体の表
面にドーピングガスを接触させて不純物拡散を行う３−
５族化合物半導体への不純物拡散方法において、開管式
を採用し、ドーピングガスと共に導入するガスのうち５
族元素を構成元素として含むガスの分圧を３−５族化合
物半導体の表面からの５族元素の解離圧の１０6倍以上
とするものであるが、後段の実施例で詳細に説明するよ
うに、この５族元素を含むガスの分圧を増加させると徐
々に不純物の拡散が進行し、ある値で飽和した後はこの
値を越えて５族原料ガスの分圧を上げても不純物の取り
込まれ方が緩やかに減少し、ドーピング効率が低下する
ことが本発明者の鋭意考察研究の結果明らかとなった。
面にドーピングガスを接触させて不純物拡散を行う３−
５族化合物半導体への不純物拡散方法において、開管式
を採用し、ドーピングガスと共に導入するガスのうち５
族元素を構成元素として含むガスの分圧を３−５族化合
物半導体の表面からの５族元素の解離圧の１０6倍以上
とするものであるが、後段の実施例で詳細に説明するよ
うに、この５族元素を含むガスの分圧を増加させると徐
々に不純物の拡散が進行し、ある値で飽和した後はこの
値を越えて５族原料ガスの分圧を上げても不純物の取り
込まれ方が緩やかに減少し、ドーピング効率が低下する
ことが本発明者の鋭意考察研究の結果明らかとなった。
【００１８】そして本発明においては、この最適値での
ドーピング効率、即ち５族元素を構成元素として含むガ
スの分圧を変化させて３−５族化合物半導体のシート抵
抗値が最小値となる場合をドーピング効率１００％とし
たときに、図１及び図２にそれぞれ常圧の場合と減圧の
場合の５族原料ガス分圧に対するシート抵抗値の変化を
代表的に示すように、ドーピング効率が９０％〜１００
％となるように５族元素を構成元素として含むガスの分
圧を調整することにより、制御性良く且つ再現性良く不
純物を拡散させてドーピングの均一性を向上させること
ができ、ＩＣまたはレーザ、Ｊ−ＦＥＴ等の各種半導体
装置の製造に当たって歩留りの向上をはかることができ
る。
ドーピング効率、即ち５族元素を構成元素として含むガ
スの分圧を変化させて３−５族化合物半導体のシート抵
抗値が最小値となる場合をドーピング効率１００％とし
たときに、図１及び図２にそれぞれ常圧の場合と減圧の
場合の５族原料ガス分圧に対するシート抵抗値の変化を
代表的に示すように、ドーピング効率が９０％〜１００
％となるように５族元素を構成元素として含むガスの分
圧を調整することにより、制御性良く且つ再現性良く不
純物を拡散させてドーピングの均一性を向上させること
ができ、ＩＣまたはレーザ、Ｊ−ＦＥＴ等の各種半導体
装置の製造に当たって歩留りの向上をはかることができ
る。
【００１９】また本発明は、上述の３−５族化合物半導
体への不純物拡散方法において、反応管内の総圧力が４
０ｋＰａ以上ほぼ常圧までの圧力においては、図１に示
すように、５族元素を含むガスの分圧を反応管内の総圧
力の０．０５％〜１．０％とし、一方反応管内の総圧力
が４０ｋＰａ未満である減圧下においては、図２に示す
ように、５族元素を含むガスの分圧を反応管内の総圧力
の０．０５％〜０．５０％とすることによって、確実に
ドーピング効率を９０％〜１００％とすることができ、
ドーピングの均一化をはかることができた。
体への不純物拡散方法において、反応管内の総圧力が４
０ｋＰａ以上ほぼ常圧までの圧力においては、図１に示
すように、５族元素を含むガスの分圧を反応管内の総圧
力の０．０５％〜１．０％とし、一方反応管内の総圧力
が４０ｋＰａ未満である減圧下においては、図２に示す
ように、５族元素を含むガスの分圧を反応管内の総圧力
の０．０５％〜０．５０％とすることによって、確実に
ドーピング効率を９０％〜１００％とすることができ、
ドーピングの均一化をはかることができた。
【００２０】更にまた本発明は、上述の各３−５族化合
物半導体への不純物拡散方法において、不純物をＺｎと
することによって、確実に不純物の拡散を制御性良く且
つ再現性良く行うことができた。
物半導体への不純物拡散方法において、不純物をＺｎと
することによって、確実に不純物の拡散を制御性良く且
つ再現性良く行うことができた。
【００２１】或いはまた本発明は、上述の各３−５族化
合物半導体への不純物拡散方法において、３−５族化合
物半導体をＧａＡｓとすることによって、同様に制御性
良く且つ再現性良く不純物の拡散を行うことができた。
合物半導体への不純物拡散方法において、３−５族化合
物半導体をＧａＡｓとすることによって、同様に制御性
良く且つ再現性良く不純物の拡散を行うことができた。
【００２２】また本発明は、上述の各３−５族化合物半
導体への不純物拡散方法において、３−５族化合物半導
体の構成元素である５族元素を含むガスをＡｓＨ3 とす
ることによって、同様に制御性良く且つ再現性良く不純
物の拡散を行うことができた。
導体への不純物拡散方法において、３−５族化合物半導
体の構成元素である５族元素を含むガスをＡｓＨ3 とす
ることによって、同様に制御性良く且つ再現性良く不純
物の拡散を行うことができた。
【００２３】
【実施例】以下本発明実施例を図面を参照して詳細に説
明する。この例においては、３−５族化合物半導体とし
てＧａＡｓ基板を用い、また不純物としてｐ型不純物の
Ｚｎ、５族元素を含むガスとしてＡｓＨ3 を用いた場合
で、有機Ｚｎ（ＤＥＺ：ジエチルジンク）の蒸気をガス
原料として用いると共に、ＡｓＨ3 ガスを反応管の高温
雰囲気中に輸送して熱分解させることで、一定のＡｓ圧
をＧａＡｓ基板表面に印加しながらＺｎの拡散を行う開
管式気相拡散方法を採る例である。
明する。この例においては、３−５族化合物半導体とし
てＧａＡｓ基板を用い、また不純物としてｐ型不純物の
Ｚｎ、５族元素を含むガスとしてＡｓＨ3 を用いた場合
で、有機Ｚｎ（ＤＥＺ：ジエチルジンク）の蒸気をガス
原料として用いると共に、ＡｓＨ3 ガスを反応管の高温
雰囲気中に輸送して熱分解させることで、一定のＡｓ圧
をＧａＡｓ基板表面に印加しながらＺｎの拡散を行う開
管式気相拡散方法を採る例である。
【００２４】拡散は図３に示す装置を用いて行った。図
３において１は石英等より成る反応管で、その周囲を囲
むように設置された電気炉等のヒータ２により加熱され
るいわゆるホットウォールチャンバーを示し、５族原料
シリンダー３からＡｓＨ3 がマスフローコントローラー
（ＭＦＣ）４を介して反応管１に供給される。また、矢
印ｎ及びｈで示すようにそれぞれＮ2 ガス及びＨ2 ガス
がＭＦＣ６及び７を介して反応管１に供給され、その一
部はＭＦＣ５を介して不純物原料を供給するシリンダー
８に導入される。そして不純物原料この場合ＤＥＺの蒸
気が、一定の温度に保持されたシリンダー８いわゆるバ
ブラーからＨ2 ガスをバブリングすることによって常に
一定流量に制御される。
３において１は石英等より成る反応管で、その周囲を囲
むように設置された電気炉等のヒータ２により加熱され
るいわゆるホットウォールチャンバーを示し、５族原料
シリンダー３からＡｓＨ3 がマスフローコントローラー
（ＭＦＣ）４を介して反応管１に供給される。また、矢
印ｎ及びｈで示すようにそれぞれＮ2 ガス及びＨ2 ガス
がＭＦＣ６及び７を介して反応管１に供給され、その一
部はＭＦＣ５を介して不純物原料を供給するシリンダー
８に導入される。そして不純物原料この場合ＤＥＺの蒸
気が、一定の温度に保持されたシリンダー８いわゆるバ
ブラーからＨ2 ガスをバブリングすることによって常に
一定流量に制御される。
【００２５】また反応管１にはロータリーポンプ等の排
気手段９が接続され、その内部の到達圧力は１００ｋＰ
ａから１０ｋＰａ程度以下の減圧まで広範囲の条件設定
が可能とされる。
気手段９が接続され、その内部の到達圧力は１００ｋＰ
ａから１０ｋＰａ程度以下の減圧まで広範囲の条件設定
が可能とされる。
【００２６】このような装置を用いてＺｎの拡散を行う
ことにより、ＧａＡｓ基板表面にはアクセプターとなる
Ｚｎの拡散によるｐ型導電層が形成されるが、本実施例
においては、拡散時間、拡散温度、反応管内圧力、トー
タル流量、Ｚｎ蒸気圧の各条件を一定とし、供給するＡ
ｓＨ3 の流量を変化させて即ちＡｓの分圧を変化させて
拡散を行ったところ、基板表面のシート抵抗Ｒｓがｐ型
キャリアの面密度即ちＺｎドーズ量の逆数に比例して以
下に述べるように変化した。
ことにより、ＧａＡｓ基板表面にはアクセプターとなる
Ｚｎの拡散によるｐ型導電層が形成されるが、本実施例
においては、拡散時間、拡散温度、反応管内圧力、トー
タル流量、Ｚｎ蒸気圧の各条件を一定とし、供給するＡ
ｓＨ3 の流量を変化させて即ちＡｓの分圧を変化させて
拡散を行ったところ、基板表面のシート抵抗Ｒｓがｐ型
キャリアの面密度即ちＺｎドーズ量の逆数に比例して以
下に述べるように変化した。
【００２７】実施例１ この例においては、反応管１内の圧力を４０ｋＰａ以上
常圧までの圧力、例えば７６０Torr（約１００ｋＰａ）
の常圧とし、ＤＥＺの流量を６０ｓｃｃｍとしてＡｓＨ
3 の流量を変化させた。この結果を図１に示す。
常圧までの圧力、例えば７６０Torr（約１００ｋＰａ）
の常圧とし、ＤＥＺの流量を６０ｓｃｃｍとしてＡｓＨ
3 の流量を変化させた。この結果を図１に示す。
【００２８】図１からわかるように、シート抵抗は３８
１．５Ω／ｃｍ2 で最小値となってこれよりＡｓ分圧が
小、又は大となるに従ってシート抵抗が増加した。この
最小値となるときのＡｓ圧は１．７７Torr（約２３６Ｐ
ａ）であった。シート抵抗値はシートキャリア濃度の逆
数であるので、シート抵抗値ρS が最小即ち１／ρSが
最大となる場合をドーピング効率１００％とし、１／ρ
S の値が最大値の９０％に減じたところまでをＡｓ圧設
定値の限界許容範囲とすることによって、十分低いシー
ト抵抗値を得ることができることとなる。
１．５Ω／ｃｍ2 で最小値となってこれよりＡｓ分圧が
小、又は大となるに従ってシート抵抗が増加した。この
最小値となるときのＡｓ圧は１．７７Torr（約２３６Ｐ
ａ）であった。シート抵抗値はシートキャリア濃度の逆
数であるので、シート抵抗値ρS が最小即ち１／ρSが
最大となる場合をドーピング効率１００％とし、１／ρ
S の値が最大値の９０％に減じたところまでをＡｓ圧設
定値の限界許容範囲とすることによって、十分低いシー
ト抵抗値を得ることができることとなる。
【００２９】この例においてはドーピング効率が９０％
以上となる範囲はシート抵抗が４２４Ω／ｃｍ2 以下と
なる範囲となり、図１において斜線を付して示す領域と
なる。このときのＡｓ圧の範囲としては０．７５〜５．
５Torr（約１００〜７３０Ｐａ）であった。そしてこの
場合、反応管内の圧力に対するＡｓ圧の比を求めると、
ドーピング効率が９０％以上となる範囲はこの例におい
ては０．１〜０．７２％程度であった。
以上となる範囲はシート抵抗が４２４Ω／ｃｍ2 以下と
なる範囲となり、図１において斜線を付して示す領域と
なる。このときのＡｓ圧の範囲としては０．７５〜５．
５Torr（約１００〜７３０Ｐａ）であった。そしてこの
場合、反応管内の圧力に対するＡｓ圧の比を求めると、
ドーピング効率が９０％以上となる範囲はこの例におい
ては０．１〜０．７２％程度であった。
【００３０】従って、ばらつきを考慮すると、Ａｓ圧の
設定値を反応管内の総圧力の０．０５％〜１．０％の範
囲とすることによって、ドーピング効率を９０％以上と
して不純物の拡散を行うことができることがわかる。
設定値を反応管内の総圧力の０．０５％〜１．０％の範
囲とすることによって、ドーピング効率を９０％以上と
して不純物の拡散を行うことができることがわかる。
【００３１】尚、本発明においては上述したようにドー
ピング効率の低下が最大値の９０％以上となるように５
族元素を構成元素として含むガスの分圧を設定したが、
９５％以上、９７％以上として５族ガス分圧を選定する
ことによって、更にシート抵抗値のばらつきを抑制する
ことができる。
ピング効率の低下が最大値の９０％以上となるように５
族元素を構成元素として含むガスの分圧を設定したが、
９５％以上、９７％以上として５族ガス分圧を選定する
ことによって、更にシート抵抗値のばらつきを抑制する
ことができる。
【００３２】例えば９５％以上とするときは、この例に
おいてはシート抵抗値を４０１．７Ω／ｃｍ2 以下とす
ることとなり、この場合Ａｓ圧の範囲は１．０５Torr
（約１４０Ｐａ）以上４．１０Torr（約５４６Ｐａ）以
下程度となり、反応管内の総圧力に対するＡｓ圧の範囲
は０．１４％〜０．５４％となる。
おいてはシート抵抗値を４０１．７Ω／ｃｍ2 以下とす
ることとなり、この場合Ａｓ圧の範囲は１．０５Torr
（約１４０Ｐａ）以上４．１０Torr（約５４６Ｐａ）以
下程度となり、反応管内の総圧力に対するＡｓ圧の範囲
は０．１４％〜０．５４％となる。
【００３３】また更に限定範囲を狭くして９７％以上と
するときは、シート抵抗値は３９３．４Ω／ｃｍ2 以下
となり、Ａｓ圧の範囲は１．６０Torr（約２１３Ｐａ）
以上２．２０Torr（約２９３Ｐａ）以下程度で、反応管
内の総圧力に対するＡｓ圧の範囲は０．２１％〜０．２
９％の範囲となる。
するときは、シート抵抗値は３９３．４Ω／ｃｍ2 以下
となり、Ａｓ圧の範囲は１．６０Torr（約２１３Ｐａ）
以上２．２０Torr（約２９３Ｐａ）以下程度で、反応管
内の総圧力に対するＡｓ圧の範囲は０．２１％〜０．２
９％の範囲となる。
【００３４】実施例２ この例においては、反応管１内の圧力を４０ｋＰａ以上
の減圧、例えば５５Torr（約７．３ｋＰａ）の減圧と
し、ＤＥＺの流量を２００ｓｃｃｍとしてＡｓＨ 3 の流
量を変化させた。この結果を図２に示す。
の減圧、例えば５５Torr（約７．３ｋＰａ）の減圧と
し、ＤＥＺの流量を２００ｓｃｃｍとしてＡｓＨ 3 の流
量を変化させた。この結果を図２に示す。
【００３５】この場合は、Ａｓ圧が０．１１７Torr（約
１５．６Ｐａ）のときシート抵抗は３１９．３１Ω／ｃ
ｍ2 で最小値となった。そしてドーピング効率が９０％
以上となる範囲はシート抵抗が３５４．８Ω／ｃｍ2 以
下となる範囲となる。これは図２において斜線を付して
示す領域であり、このときのＡｓ圧の範囲としては０．
０４６〜０．２０４Torr（約６．１３〜２７．２Ｐａ）
であった。そしてこの場合、反応管内の圧力に対するＡ
ｓ圧の比を求めると、ドーピング効率が９０％以上とな
る範囲は０．０８〜０．３７％程度であった。
１５．６Ｐａ）のときシート抵抗は３１９．３１Ω／ｃ
ｍ2 で最小値となった。そしてドーピング効率が９０％
以上となる範囲はシート抵抗が３５４．８Ω／ｃｍ2 以
下となる範囲となる。これは図２において斜線を付して
示す領域であり、このときのＡｓ圧の範囲としては０．
０４６〜０．２０４Torr（約６．１３〜２７．２Ｐａ）
であった。そしてこの場合、反応管内の圧力に対するＡ
ｓ圧の比を求めると、ドーピング効率が９０％以上とな
る範囲は０．０８〜０．３７％程度であった。
【００３６】従ってこの減圧の場合は、ばらつきを考慮
すると反応管内の総圧力の０．０５％〜０．５０％の範
囲とすることによって、ドーピング効率を９０％以上と
して不純物の拡散を行うことができることがわかる。
すると反応管内の総圧力の０．０５％〜０．５０％の範
囲とすることによって、ドーピング効率を９０％以上と
して不純物の拡散を行うことができることがわかる。
【００３７】またこの例においても、ドーピング効率の
低下が最大値の９５％以上、９７％以上として５族ガス
分圧を選定することによって、更にシート抵抗値のばら
つきを抑制することができる。
低下が最大値の９５％以上、９７％以上として５族ガス
分圧を選定することによって、更にシート抵抗値のばら
つきを抑制することができる。
【００３８】例えば９５％以上とするときは、この例に
おいてはシート抵抗値を３３６．１Ω／ｃｍ2 以下とす
ることとなり、この場合Ａｓ圧の範囲は０．０６４Torr
（約８．５Ｐａ）以上０．１７０Torr（約２３Ｐａ）以
下程度となり、反応管内の総圧力に対するＡｓ圧の範囲
は０．１２％〜０．３１％となる。
おいてはシート抵抗値を３３６．１Ω／ｃｍ2 以下とす
ることとなり、この場合Ａｓ圧の範囲は０．０６４Torr
（約８．５Ｐａ）以上０．１７０Torr（約２３Ｐａ）以
下程度となり、反応管内の総圧力に対するＡｓ圧の範囲
は０．１２％〜０．３１％となる。
【００３９】また更に限定範囲を狭くして９７％以上と
するときは、シート抵抗値を３２９．２Ω／ｃｍ2 以下
とすることができ、Ａｓ圧の範囲は０．０７４Torr（約
５．３Ｐａ）以上０．１５２Torr（約２０．２Ｐａ）以
下程度、反応管内の総圧力に対するＡｓ圧の範囲は０．
１４％〜０．２８％となる。
するときは、シート抵抗値を３２９．２Ω／ｃｍ2 以下
とすることができ、Ａｓ圧の範囲は０．０７４Torr（約
５．３Ｐａ）以上０．１５２Torr（約２０．２Ｐａ）以
下程度、反応管内の総圧力に対するＡｓ圧の範囲は０．
１４％〜０．２８％となる。
【００４０】尚、ＧａＡｓ基板に対し、平衡状態でのＧ
ａ、Ａｓ2 及びＡｓ4 のそれぞれの蒸気圧は、図６に示
すように、例えば６００℃程度のときのＡｓ2 の蒸気圧
は１０-11 気圧即ち７．６×１０-9Torr程度と極めて低
い(J.R.Arthur "Vapor Pres-sures and Phase Equilibr
ium in the GaAs system",J.Phys.chem.solids, 28,196
7,pp2257-2267) 。従ってこれに対し１０6 倍程度以上
のＡｓ圧、上述の例においては０．０４６Torr程度以上
のＡｓ圧を印加することにより、十分Ａｓの解離を防ぐ
ことができることがわかる。
ａ、Ａｓ2 及びＡｓ4 のそれぞれの蒸気圧は、図６に示
すように、例えば６００℃程度のときのＡｓ2 の蒸気圧
は１０-11 気圧即ち７．６×１０-9Torr程度と極めて低
い(J.R.Arthur "Vapor Pres-sures and Phase Equilibr
ium in the GaAs system",J.Phys.chem.solids, 28,196
7,pp2257-2267) 。従ってこれに対し１０6 倍程度以上
のＡｓ圧、上述の例においては０．０４６Torr程度以上
のＡｓ圧を印加することにより、十分Ａｓの解離を防ぐ
ことができることがわかる。
【００４１】このようにシート抵抗のＡｓ圧依存性は、
極小値を中心に左右対称の曲線とはならず、常圧下では
許容圧力範囲が高圧側に伸び、減圧下では逆に低圧側に
延びる傾向がある。従って、反応管内の総圧力や或いは
炉構造等によってＡｓ圧範囲の上限、下限の最適値に対
する割合が多少変動する。例えば最適Ａｓ圧は炉内雰囲
気の温度が上がると高くなる傾向がある。
極小値を中心に左右対称の曲線とはならず、常圧下では
許容圧力範囲が高圧側に伸び、減圧下では逆に低圧側に
延びる傾向がある。従って、反応管内の総圧力や或いは
炉構造等によってＡｓ圧範囲の上限、下限の最適値に対
する割合が多少変動する。例えば最適Ａｓ圧は炉内雰囲
気の温度が上がると高くなる傾向がある。
【００４２】従ってこのことを考慮してＡｓ圧範囲を選
定することが必要となり、上述したように本発明におい
ては４０ｋＰａ以上ほぼ常圧までは５族原料を構成元素
として含むガス圧を反応管内の総圧力に対し０．０５％
〜１．０％の範囲とし、４０ｋＰａ未満の減圧下におい
ては０．０５％〜０．５０％の範囲とするものである。
定することが必要となり、上述したように本発明におい
ては４０ｋＰａ以上ほぼ常圧までは５族原料を構成元素
として含むガス圧を反応管内の総圧力に対し０．０５％
〜１．０％の範囲とし、４０ｋＰａ未満の減圧下におい
ては０．０５％〜０．５０％の範囲とするものである。
【００４３】実施例３ 次に、一例として１００Torr（約１３．３ｋＰａ）の減
圧下において、不純物原料ガスＤＥＺの流量を２００ｓ
ｃｃｍとし、Ａｓ圧を変化させたときの、シート抵抗値
の変化を測定した。この結果を図６に示す。この場合、
ＡｓＨ3 の流量が６０ｓｃｃｍのときに最小シート抵抗
値６６０．４７Ω／ｃｍ2 が得られた。従ってドーピン
グ効率が９０％となるＡｓＨ3 流量の範囲は約３５〜８
０ｓｃｃｍとなり、この範囲とすることにより７３３Ω
／ｃｍ2 以下のシート抵抗値を確実に得ることができる
ことがわかる。
圧下において、不純物原料ガスＤＥＺの流量を２００ｓ
ｃｃｍとし、Ａｓ圧を変化させたときの、シート抵抗値
の変化を測定した。この結果を図６に示す。この場合、
ＡｓＨ3 の流量が６０ｓｃｃｍのときに最小シート抵抗
値６６０．４７Ω／ｃｍ2 が得られた。従ってドーピン
グ効率が９０％となるＡｓＨ3 流量の範囲は約３５〜８
０ｓｃｃｍとなり、この範囲とすることにより７３３Ω
／ｃｍ2 以下のシート抵抗値を確実に得ることができる
ことがわかる。
【００４４】更に同様の減圧条件下においてシート抵抗
値を測定し、この結果から標準偏差及びばらつきを求め
た結果を下記の表１に示す。また、この各データの標準
偏差のＧａＡｓ基板の面内平均抵抗値に対する割合を求
めた結果をシート抵抗値と共に図７に示す。
値を測定し、この結果から標準偏差及びばらつきを求め
た結果を下記の表１に示す。また、この各データの標準
偏差のＧａＡｓ基板の面内平均抵抗値に対する割合を求
めた結果をシート抵抗値と共に図７に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】これらの結果から、この場合５族原料ガス
ＡｓＨ3 の流量が、測定値ｂ及びｃの中間点の約５０ｓ
ｃｃｍとされるときは反応管内にｂ点とｃ点に見合うほ
どのＡｓ圧の分布があっても上述の表１から最大０．６
６％程度のばらつきしか生じないことがわかる。しかし
ながら、ＡｓＨ3 流量がｃとｄの中間点の約７０ｓｃｃ
ｍ程度とされ、反応管内にｃ点とｄ点に見合う程度のＡ
ｓ圧分布があるとすると、ばらつきは最大３．５８％と
なってしまうことがわかる。
ＡｓＨ3 の流量が、測定値ｂ及びｃの中間点の約５０ｓ
ｃｃｍとされるときは反応管内にｂ点とｃ点に見合うほ
どのＡｓ圧の分布があっても上述の表１から最大０．６
６％程度のばらつきしか生じないことがわかる。しかし
ながら、ＡｓＨ3 流量がｃとｄの中間点の約７０ｓｃｃ
ｍ程度とされ、反応管内にｃ点とｄ点に見合う程度のＡ
ｓ圧分布があるとすると、ばらつきは最大３．５８％と
なってしまうことがわかる。
【００４７】従って、この場合の減圧拡散では上述した
ように最適な５族原料ガスの流量範囲に選定することに
よって、均一な拡散を行ってシート抵抗のばらつきを抑
えて歩留りの向上をはかることができる。
ように最適な５族原料ガスの流量範囲に選定することに
よって、均一な拡散を行ってシート抵抗のばらつきを抑
えて歩留りの向上をはかることができる。
【００４８】尚、上述の例においては３−５族化合物半
導体としてＧａＡｓを用い、これにｐ型不純物としてＺ
ｎを拡散する場合を示したが、本発明はその他ＧａＰ、
ＩｎＰ等の３−５族化合物半導体に適用することがで
き、また不純物としてもＺｎの他Ｃ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｓｉ
等種々の不純物を拡散する際に適用することができる。
導体としてＧａＡｓを用い、これにｐ型不純物としてＺ
ｎを拡散する場合を示したが、本発明はその他ＧａＰ、
ＩｎＰ等の３−５族化合物半導体に適用することがで
き、また不純物としてもＺｎの他Ｃ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｓｉ
等種々の不純物を拡散する際に適用することができる。
【００４９】また本発明は、拡散装置の構成等上述の実
施例に限定されることなく、その他種々の変形変更をな
し得ることはいうまでもない。
施例に限定されることなく、その他種々の変形変更をな
し得ることはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば３−５
族化合物半導体において、熱処理過程での構成元素の結
晶からの熱分解の問題を解決してドーピングの均一性を
はかり、また制御性及び再現性の向上をはかって、Ｉ
Ｃ、レーザ等の各種半導体装置の製造に当たって本発明
を適用することにより格段に歩留りの向上をはかること
ができる。
族化合物半導体において、熱処理過程での構成元素の結
晶からの熱分解の問題を解決してドーピングの均一性を
はかり、また制御性及び再現性の向上をはかって、Ｉ
Ｃ、レーザ等の各種半導体装置の製造に当たって本発明
を適用することにより格段に歩留りの向上をはかること
ができる。
【００５１】また更に、ドーピング効率の向上によって
拡散源交換等のメンテナンス作業の頻度を低減化できて
作業簡便化をはかることができ、ランニングコストの低
減化、スループットの向上をはかることができる。
拡散源交換等のメンテナンス作業の頻度を低減化できて
作業簡便化をはかることができ、ランニングコストの低
減化、スループットの向上をはかることができる。
【図１】シート抵抗の５族原料ガス分圧依存性を示す図
である。
である。
【図２】シート抵抗の５族原料ガス分圧依存性を示す図
である。
である。
【図３】拡散装置の一例の略線的構成図である。
【図４】シート抵抗の５族原料ガス流量依存性を示す図
である。
である。
【図５】５族原料ガス流量とシート抵抗の均一性との関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図６】ＧａＡｓの平衡蒸気圧を示す図である。
１ 反応管 ２ ヒータ ３ ５族原料シリンダー ４ マスフローメーター ５ マスフローメーター ６ マスフローメーター ７ マスフローメーター ８ シリンダー ９ 排気手段
Claims (6)
- 【請求項１】 ３−５族化合物半導体の表面にドーピン
グガスを接触させて不純物拡散を行う３−５族化合物半
導体への不純物拡散方法において、 上記ドーピングガスと共に導入するガスのうち５族元素
を構成元素として含むガスの分圧が上記３−５族化合物
半導体の表面からの５族元素の解離圧の１０6倍以上で
あり、かつドーピング効率が９０％〜１００％となるよ
うに上記５族元素を構成元素として含むガス圧の調整を
行うことを特徴とする３−５族化合物半導体への不純物
拡散方法。 - 【請求項２】 反応管内の総圧力が４０ｋＰａ以上ほぼ
常圧までの圧力における上記５族元素を含むガスの分圧
は上記反応管内の総圧力の０．０５％〜１．０％である
ことを特徴とする上記請求項１に記載の３−５族化合物
半導体への不純物拡散方法。 - 【請求項３】 反応管内の総圧力が４０ｋＰａ未満であ
る減圧下における上記５族元素を含むガスの分圧は上記
反応管内の総圧力の０．０５％〜０．５０％であること
を特徴とする上記請求項１に記載の３−５族化合物半導
体への不純物拡散方法。 - 【請求項４】 上記不純物はＺｎであることを特徴とす
る上記請求項１又は上記請求項２又は上記請求項３に記
載の３−５族化合物半導体への不純物拡散方法。 - 【請求項５】 上記３−５族化合物半導体がＧａＡｓで
あることを特徴とする上記請求項１又は上記請求項２又
は上記請求項３又は上記請求項４に記載の３−５族化合
物半導体への不純物拡散方法。 - 【請求項６】 上記３−５族化合物半導体の構成元素で
ある５族元素を含むガスはＡｓＨ3 であることを特徴と
する上記請求項１又は上記請求項２又は上記請求項３又
は上記請求項４又は上記請求項５に記載の３−５族化合
物半導体への不純物拡散方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25309192A JP3250271B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | ３−５族化合物半導体への不純物拡散方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25309192A JP3250271B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | ３−５族化合物半導体への不純物拡散方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104195A JPH06104195A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3250271B2 true JP3250271B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=17246370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25309192A Expired - Lifetime JP3250271B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | ３−５族化合物半導体への不純物拡散方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3250271B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019224966A1 (ja) | 2018-05-24 | 2019-11-28 | 三菱電機株式会社 | Ｉｉｉ―ｖ族化合物半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-09-22 JP JP25309192A patent/JP3250271B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06104195A (ja) | 1994-04-15 |
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