JPH06342805A - 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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- JPH06342805A JPH06342805A JP3292664A JP29266491A JPH06342805A JP H06342805 A JPH06342805 A JP H06342805A JP 3292664 A JP3292664 A JP 3292664A JP 29266491 A JP29266491 A JP 29266491A JP H06342805 A JPH06342805 A JP H06342805A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 半導体の表面に、イオンを注入し、注入され
た不純物を用いてド−ピングし、熱処理によってアモル
ファス層を再結晶化する珪素からなる半導体装置の製造
方法。
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。 【構成】 半導体の表面に、イオンを注入し、注入され
た不純物を用いてド−ピングし、熱処理によってアモル
ファス層を再結晶化する珪素からなる半導体装置の製造
方法。
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】
【従来の技術】珪素の中に平面のｐｎ接合を製造するた
めに、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
へ送りこま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−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
している。急激なド−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−ピングの輪郭を維
持しつづけるようにド−ピング剤が拡散し過ぎないよう
に気をつけねばらない。
めに、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
へ送りこま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−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
している。急激なド−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−ピングの輪郭を維
持しつづけるようにド−ピング剤が拡散し過ぎないよう
に気をつけねばらない。
【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、この工程では半導体試料は、まず約３０分間６０
０℃で維持され、この場合、アモルファス層は、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−ピング剤が活性化さ
れる１０００℃以上に加熱される。
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、この工程では半導体試料は、まず約３０分間６０
０℃で維持され、この場合、アモルファス層は、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−ピング剤が活性化さ
れる１０００℃以上に加熱される。
【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−ス材料との間の接
合領域の再結晶化の前に、４５０℃での温度過程で、３
０分間に亘って研磨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−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、確かに、もはや何ら、原因を接合領域に有するよ
うな欠陥を見出すことは出来なかったが、しかし、その
代りに高いＲＴＡ温度の故に、増幅された硼素拡散を甘
受しなければならない。
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−ス材料との間の接
合領域の再結晶化の前に、４５０℃での温度過程で、３
０分間に亘って研磨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−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、確かに、もはや何ら、原因を接合領域に有するよ
うな欠陥を見出すことは出来なかったが、しかし、その
代りに高いＲＴＡ温度の故に、増幅された硼素拡散を甘
受しなければならない。
【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】珪素の平面接合の製造のために、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の注入
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−プまたは74Ｇｅアイソト−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−は、５０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶの範囲内である。
３〜５・１０14ｃｍ-2のイオン配量の場合に約７０ｋｅ
Ｖのエネルギ−が、特に有利なものであることが判明し
た。
ルファス表面層が、単結晶の基礎物質上でイオンの注入
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−プまたは74Ｇｅアイソト−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−は、５０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶの範囲内である。
３〜５・１０14ｃｍ-2のイオン配量の場合に約７０ｋｅ
Ｖのエネルギ−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、目の粗い
接合帯域の研磨を惹起する、別の処理工程が先行する。
このために半導体試料は、窒素雰囲気の炉の中で約４０
０〜４６０℃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換は起こらな
いが、しかし、分画した接合帯域は既に研磨され、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
再形成する。
接合帯域の研磨を惹起する、別の処理工程が先行する。
このために半導体試料は、窒素雰囲気の炉の中で約４０
０〜４６０℃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換は起こらな
いが、しかし、分画した接合帯域は既に研磨され、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
再形成する。
【００１４】５００〜６００℃の温度で、３０〜５０分
間に亘って引き続き熱処理した場合に、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−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
の粗い接合帯域は研磨されたので、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
ャルのために窒素雰囲気中で４０分の間では５５０℃の
温度が、特に有利であることが判明した。
間に亘って引き続き熱処理した場合に、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−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
の粗い接合帯域は研磨されたので、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
ャルのために窒素雰囲気中で４０分の間では５５０℃の
温度が、特に有利であることが判明した。
【００１５】引き続き短時間の加熱は、ド−ピング原子
を１０００〜１１００℃の温度の場合に、ド−ピングの
輪郭が５〜１０秒の短い時間の間に本質的に幅が広がら
ずに活性化する。本来の再結晶化が、６００℃の温度で
行われ、ただ単にド−ピングが活性化されるので、この
処理工程中には結晶体の構成において何ら付加的な欠陥
は発生しない。
を１０００〜１１００℃の温度の場合に、ド−ピングの
輪郭が５〜１０秒の短い時間の間に本質的に幅が広がら
ずに活性化する。本来の再結晶化が、６００℃の温度で
行われ、ただ単にド−ピングが活性化されるので、この
処理工程中には結晶体の構成において何ら付加的な欠陥
は発生しない。
【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、１つのトランジスタを通った横断面
図を示し、そのベース帯域６を本発明による方法によっ
て製造した。以下に、図に基づいて、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−ト１の上に、
公知の方法により、まず、埋設されたコレクタ電極２お
よびコレクタ３を製造した。ｐ+ド−ピングされたポリ
珪素層４を、ベ−ス電極としておよび源として、外性ベ
−ス５の拡散侵入のために使用した。別の被覆層の後
に、内性ベ−ス部６をゲルマニウムの注入によってアモ
ルファス化した。この場合、ゲルマニウムイオンのエネ
ルギ−は、７０ｋｅＶである。２・１０14ｃｍ-2の配量
を注入した。引き続き以前アモルファス化された帯域
を、２５ｋｅＶのエネルギ−および３・１０14ｃｍ-2の
配量を有するＢＦ2 +イオンの注入によってド−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−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を著しく減少させた。そして、ア
モルファス化された層を炉処理にて結晶させた。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−ス結晶体との間の接合領域を研磨した。アモル
ファス層の再結晶化は、この処理工程の際には、まだ行
われなかった。それというのも、温度が固体相エピタキ
シャル成長にとっては、充分には高くなかったからであ
る。約４０分後に温度を、炉の中で５５０℃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、４
０分の内に殆ど欠陥のない再結晶をした。それというの
も、接合領域中の欠陥種晶を先行の処理工程中にて除去
したからである。そして、短時間の加熱を用いてド−ピ
ング剤を活性化する前に、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−ピン
グした。このポリ珪素層８は、２つの機能を有する。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。そして、本発明による
熱処理の第３部が続くのである。１０００〜１２００℃
への短時間の加熱によって、ベ−ス帯域６のド−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。その上、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
−スを製造することが出来る。引き続き、表面不働態化
および金属化１０を公知の方法で実現化した。
図を示し、そのベース帯域６を本発明による方法によっ
て製造した。以下に、図に基づいて、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−ト１の上に、
公知の方法により、まず、埋設されたコレクタ電極２お
よびコレクタ３を製造した。ｐ+ド−ピングされたポリ
珪素層４を、ベ−ス電極としておよび源として、外性ベ
−ス５の拡散侵入のために使用した。別の被覆層の後
に、内性ベ−ス部６をゲルマニウムの注入によってアモ
ルファス化した。この場合、ゲルマニウムイオンのエネ
ルギ−は、７０ｋｅＶである。２・１０14ｃｍ-2の配量
を注入した。引き続き以前アモルファス化された帯域
を、２５ｋｅＶのエネルギ−および３・１０14ｃｍ-2の
配量を有するＢＦ2 +イオンの注入によってド−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−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を著しく減少させた。そして、ア
モルファス化された層を炉処理にて結晶させた。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−ス結晶体との間の接合領域を研磨した。アモル
ファス層の再結晶化は、この処理工程の際には、まだ行
われなかった。それというのも、温度が固体相エピタキ
シャル成長にとっては、充分には高くなかったからであ
る。約４０分後に温度を、炉の中で５５０℃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、４
０分の内に殆ど欠陥のない再結晶をした。それというの
も、接合領域中の欠陥種晶を先行の処理工程中にて除去
したからである。そして、短時間の加熱を用いてド−ピ
ング剤を活性化する前に、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−ピン
グした。このポリ珪素層８は、２つの機能を有する。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。そして、本発明による
熱処理の第３部が続くのである。１０００〜１２００℃
への短時間の加熱によって、ベ−ス帯域６のド−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。その上、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
−スを製造することが出来る。引き続き、表面不働態化
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できる、珪素から
なる半導体装置の１実施例を示す略字縦断面図。
なる半導体装置の１実施例を示す略字縦断面図。
１ 半導体サブストレート、 ２ コレクタ電極、 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 (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 8617−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｗ 8617−4Ｍ Ｑ (72)発明者 ハインツ−アッヒム ヘフナー ドイツ連邦共和国 ブラッケンハイム シ ュペルバーヴェーク 17 (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
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体装置の製造のために、１つの単結
晶の半導体の表面に、電気的にニュ−トラルな、表面帯
域をアモルファス化するイオンが注入され、その後、表
面帯域が注入された不純物を用いてド−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、僅かな侵入深さの表面帯域を有する珪素からな
る半導体装置の製造方法において、熱処理が、まだアモ
ルファス層の再結晶化を起こさないが、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研
磨が行われるように温度を選択した第１の炉処理工程
と、この第１の炉処理工程に続いて、アモルファス表面
帯域が再結晶化するには充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充分に低い温度
の第２の炉処理工程と、この第２の炉処理工程に後続す
る最終的な短時間の加熱とからなり、この場合この温度
は、注入された不純物原子を活性化のに充分に高く、か
つ所要時間は不純物の再分布を小さく維持するために充
分に短いことを特徴とする、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−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記載の方法。 - 【請求項４】 表面帯域が、Ｂ、ＢＦ2 +、ＰまたはＡｓ
の注入によってド−ピングされる、請求項１から３まで
のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項５】 表面帯域が、ＢＦ2 +注入によって、１５
ｋｅＶ〜２５ｋｅＶのエネルギ−および３・１０13ｃｍ
-2〜３・１０14ｃｍ-2の用量の場合にド−ピングされ
る、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】 第１の炉処理工程が、４００〜４６０℃
の温度で、３０〜５０分間継続する請求項１から５まで
のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項７】 第２の炉処理工程が、５００〜６００℃
の温度で、３０〜５０分間継続する請求項１から６まで
のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項８】 短時間の加熱が、１０００〜１２００℃
の温度で、５〜３０秒間継続する請求項１から７までの
いずれか１項記載の方法。 - 【請求項９】 双極性高周波トランジスタのベ−ス領域
を製造する方法において、請求項１から８までのいずれ
か１項記載の方法を使用することを特徴とする、双極性
高周波トランジスタのベ−ス領域を製造する方法。
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