JPH0828327B2 - 半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
半導体デバイスの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子的及び光学的双方の各種半導体デバイ
スの製造方法、及びその方法で製造されるデバイスに関
する。
スの製造方法、及びその方法で製造されるデバイスに関
する。
［従来技術］ 半導体デバイス技術は、近年目覚ましい進展を示し
た。多くの新しい半導体デバイスが開発され、既知のデ
バイスの性能は大きく改善され、デバイスの集積も改良
され続けている。デバイスの集積については、集積密度
は増加し続け、多機能集積デバイス（例えば、PINFETの
ようなオプトエレクトロニック・デバイス）が開発され
続けている。
た。多くの新しい半導体デバイスが開発され、既知のデ
バイスの性能は大きく改善され、デバイスの集積も改良
され続けている。デバイスの集積については、集積密度
は増加し続け、多機能集積デバイス（例えば、PINFETの
ようなオプトエレクトロニック・デバイス）が開発され
続けている。
特に、半導体デバイス技術の別の問題は、半導体材料
中のドーピングプロファイルの精密制御である。精密な
ドーピングプロファイルは、デバイスの特性を改善し、
各種デバイス（例えば、メモリデバイス、ロジックデバ
イス等）のより高い実装密度を可能にする。例えば、電
界効果トランジスタでは、ドーピング領域へのドーパン
トの精密閉込めは、カットオフ電圧、ゲイン特性、及び
相互コンダクタンス等の特性を改良する。半導体ヘテロ
接合レーザでは、障壁層へのドーピングプロファイルの
精密閉込めは、しきい値電流、パワー出力等の各種レー
ザ特性を改良する。
中のドーピングプロファイルの精密制御である。精密な
ドーピングプロファイルは、デバイスの特性を改善し、
各種デバイス（例えば、メモリデバイス、ロジックデバ
イス等）のより高い実装密度を可能にする。例えば、電
界効果トランジスタでは、ドーピング領域へのドーパン
トの精密閉込めは、カットオフ電圧、ゲイン特性、及び
相互コンダクタンス等の特性を改良する。半導体ヘテロ
接合レーザでは、障壁層へのドーピングプロファイルの
精密閉込めは、しきい値電流、パワー出力等の各種レー
ザ特性を改良する。
望ましいドーピングプロファイルを得るための特定の
問題は、結晶成長の間に起こるドーパントの再分配であ
る。半導体デバイスで得られるドーピングプロファイル
を制御出来るように、これら再分配効果を制限すること
が強く望まれている。
問題は、結晶成長の間に起こるドーパントの再分配であ
る。半導体デバイスで得られるドーピングプロファイル
を制御出来るように、これら再分配効果を制限すること
が強く望まれている。
各種のメカニズムが、ドーパントイオンの拡散、ドー
パントイオンの偏析（濃度の意図しない偏り）効果等を
含む再分配効果に関与している。偏析効果は、半導体の
表面に向かうドーパントイオンの動きに関係している。
偏析効果は、多くの刊行物に取り上げられている。一つ
の文献（A.J.R.DeKock;半導体ハンドブック、第３巻、
S.Keller ed,North Holland,New York,1980,P.251）の
中では、偏析効果は、ゾーン・リファイニングとして知
られる精製技術を説明するために用いられている。更
に、A.Y.Choの論文（『分子線エピタキシー成長のSn,S
i、及びGeでドープされたGaAsエピタキシャル層の不純
物のプロファイル』、Journal of Applied Physics,Vo
l.46,No.4,April,1975）では、表面偏析効果は、分子線
エピタキシーによって作られた結晶構造から得られるあ
るドーピングプロファイルを説明するために用いられて
いる。
パントイオンの偏析（濃度の意図しない偏り）効果等を
含む再分配効果に関与している。偏析効果は、半導体の
表面に向かうドーパントイオンの動きに関係している。
偏析効果は、多くの刊行物に取り上げられている。一つ
の文献（A.J.R.DeKock;半導体ハンドブック、第３巻、
S.Keller ed,North Holland,New York,1980,P.251）の
中では、偏析効果は、ゾーン・リファイニングとして知
られる精製技術を説明するために用いられている。更
に、A.Y.Choの論文（『分子線エピタキシー成長のSn,S
i、及びGeでドープされたGaAsエピタキシャル層の不純
物のプロファイル』、Journal of Applied Physics,Vo
l.46,No.4,April,1975）では、表面偏析効果は、分子線
エピタキシーによって作られた結晶構造から得られるあ
るドーピングプロファイルを説明するために用いられて
いる。
事実、偏析効果は、それがなければ、より広く使われ
るかもしれない多くのドーパント種に対し、その使用分
野を制限する。例えば、錫や亜鉛は、特定のドーピング
部分に重要な特異性を含むガリウム砒素のようなIII−
Ｖ族化合物半導体に対して非常に望ましいドーピング特
性を有している。しかし、これらのドーパントイオンに
よって示される偏析効果は、これらのドーパントイオン
の使用を厳しく制限している。特に望ましいことは、偏
析効果を減少又は除去し、際だって明確なドーピングプ
ロファイルを持つ半導体の製造を可能にするプロセスで
ある。
るかもしれない多くのドーパント種に対し、その使用分
野を制限する。例えば、錫や亜鉛は、特定のドーピング
部分に重要な特異性を含むガリウム砒素のようなIII−
Ｖ族化合物半導体に対して非常に望ましいドーピング特
性を有している。しかし、これらのドーパントイオンに
よって示される偏析効果は、これらのドーパントイオン
の使用を厳しく制限している。特に望ましいことは、偏
析効果を減少又は除去し、際だって明確なドーピングプ
ロファイルを持つ半導体の製造を可能にするプロセスで
ある。
［発明の概要］ 本発明は、高度に制御された精密ドーピングプロファ
イルをもつ半導体材料を含む半導体デバイスの製造方法
である。この方法の特徴は、半導体材料のドーピングプ
ロファイルのフェルミ準位ピニングの影響を最小化又は
除去する結晶成長の方法である。本発明の結晶成長方法
は、フェルミ準位ピニングによって作られた表面電界か
らドーパントイオンを遮蔽するステップ、フェルミ準位
ピニングを減少又は除去するステップ、又は表面電界に
よるドーパントの再分配を最小化又は除去するステップ
を含んでいる。特に便利な方法は、ドーパントイオンか
ら表面電界を遮蔽するための電子−ホール対を作るよう
に成長表面を照射することである。また、フェルミ準位
ピニングから生ずる表面電界からドーパントイオンを遮
蔽するための背景ドーピングも有用である。その他の方
法は、フェルミ準位ピニングがないか、又は弱い電界の
みがフェルミ準位ピニングで作られるような結晶表面上
に、結晶成長を与える方法である。更に、フェルミ準位
ピニングで作られた表面電界の効果は、ドーパントイオ
ンの再分配効果が小さい異常低温で結晶成長プロセスを
行うことによって、最小化される。上記各方法の組合わ
せもまた有用である。明確で、良く制御されたドーピン
グプロファイルにより、本発明の半導体デバイスが上記
方法で製造される。典型的なデバイスは、論理及び記憶
回路用FETのアレイを含む電界効果トランジスタ、レー
ザ、発光ダイオード、ヘテロ構造トランジスタ、選択的
にドープされた量子井戸トランジスタ、ヘテロバイポー
ラ・トランジスタ、及びPINFET構造のような各種合成集
積構造等である。特に本発明の方法により製造された素
子はドープ領域と非ドープ領域との間に明確な区分があ
るのが特徴である。
イルをもつ半導体材料を含む半導体デバイスの製造方法
である。この方法の特徴は、半導体材料のドーピングプ
ロファイルのフェルミ準位ピニングの影響を最小化又は
除去する結晶成長の方法である。本発明の結晶成長方法
は、フェルミ準位ピニングによって作られた表面電界か
らドーパントイオンを遮蔽するステップ、フェルミ準位
ピニングを減少又は除去するステップ、又は表面電界に
よるドーパントの再分配を最小化又は除去するステップ
を含んでいる。特に便利な方法は、ドーパントイオンか
ら表面電界を遮蔽するための電子−ホール対を作るよう
に成長表面を照射することである。また、フェルミ準位
ピニングから生ずる表面電界からドーパントイオンを遮
蔽するための背景ドーピングも有用である。その他の方
法は、フェルミ準位ピニングがないか、又は弱い電界の
みがフェルミ準位ピニングで作られるような結晶表面上
に、結晶成長を与える方法である。更に、フェルミ準位
ピニングで作られた表面電界の効果は、ドーパントイオ
ンの再分配効果が小さい異常低温で結晶成長プロセスを
行うことによって、最小化される。上記各方法の組合わ
せもまた有用である。明確で、良く制御されたドーピン
グプロファイルにより、本発明の半導体デバイスが上記
方法で製造される。典型的なデバイスは、論理及び記憶
回路用FETのアレイを含む電界効果トランジスタ、レー
ザ、発光ダイオード、ヘテロ構造トランジスタ、選択的
にドープされた量子井戸トランジスタ、ヘテロバイポー
ラ・トランジスタ、及びPINFET構造のような各種合成集
積構造等である。特に本発明の方法により製造された素
子はドープ領域と非ドープ領域との間に明確な区分があ
るのが特徴である。
［実施例の説明］ 本発明は、偏析効果が、半導体表面におけるフェルミ
準位ピニングにより誘起される電界によって成長方向に
沿って引寄せられるドーパントに起因すること、及びこ
の偏析効果は、ドーパントイオン上の電界効果を減少さ
せることを目的とした各種方法によって最小化または除
去しうるという発見に基づくものである。典型的な方法
としては、結晶成長時の成長表面へ光を照射する方法、
ドーパントイオンから誘起電界を遮る背景ドーピングの
方法、低い成長温度でのフェルミ準位ピニングがなく、
かつ誘起電界の効果が最小になる結晶成長方法、その成
長を方向づける方法、などがある。その方法は、ｎ型、
ｐ型ドーピングの双方に適用される。この方法によっ
て、デバイスを、400以下又は100オングストローム程度
の半幅の非常に狭いプロファイルで作ることができる。
非常に厳しい制御条件のもとでは、50乃至25オングスト
ロームの半幅でドーピングした半導体デバイスを得るこ
とができる。２乃至10オングストロームの最小半幅も予
想されている。
準位ピニングにより誘起される電界によって成長方向に
沿って引寄せられるドーパントに起因すること、及びこ
の偏析効果は、ドーパントイオン上の電界効果を減少さ
せることを目的とした各種方法によって最小化または除
去しうるという発見に基づくものである。典型的な方法
としては、結晶成長時の成長表面へ光を照射する方法、
ドーパントイオンから誘起電界を遮る背景ドーピングの
方法、低い成長温度でのフェルミ準位ピニングがなく、
かつ誘起電界の効果が最小になる結晶成長方法、その成
長を方向づける方法、などがある。その方法は、ｎ型、
ｐ型ドーピングの双方に適用される。この方法によっ
て、デバイスを、400以下又は100オングストローム程度
の半幅の非常に狭いプロファイルで作ることができる。
非常に厳しい制御条件のもとでは、50乃至25オングスト
ロームの半幅でドーピングした半導体デバイスを得るこ
とができる。２乃至10オングストロームの最小半幅も予
想されている。
この方法は、II-VI族化合物半導体（例えば、ZnSe,Cd
Te,CdHgTe）、III−Ｖ族化合物半導体（例えば、GaAs、
InP、GaP、及びAlGaAs、InGaAs、InGaAsP、などの３原
子、４原子化合物）、及び、SiやGe等の単一元素半導体
に適用することができる。
Te,CdHgTe）、III−Ｖ族化合物半導体（例えば、GaAs、
InP、GaP、及びAlGaAs、InGaAs、InGaAsP、などの３原
子、４原子化合物）、及び、SiやGe等の単一元素半導体
に適用することができる。
本発明は、半導体デバイスの製造に有用な、いかなる
ドーパントイオンにも適用される。シリコンやゲルマニ
ウム用の典型的ドナードーパントは、燐、砒素、アンチ
モン、ビスマスであり、III−Ｖ族化合物半導体用に
は、シリコン、ゲルマニウム、錫、及びテルル、又、II
-VI族化合物半導体用には、塩素、アルミニウム、ガリ
ウムである。シリコンやゲルマニウム用の典型的アクセ
プタドーパントは、ボロン、アルミニウム、ガリウム、
インジウムであり、III−Ｖ族化合物半導体用には、ベ
リリウムと亜鉛、II-VI族化合物半導体用には、リチウ
ム、窒素、砒素である。この方法は、ドーピングのプロ
ファイルが重要な各種結晶成長技術に適用可能である。
それは、分子線エピタキシー（MBE）、液相エピタキシ
ー（LPE）、気相エピタキシー（VPE）、有機金属熱分解
気相エピタキシー（MOCVD）等の各種技術による半導体
層、特に薄膜層の成長に有用である。この方法は、ドー
ピングのプロファイルの精密制御を必要とする薄膜層
（例えば、２μｍ、又は１μｍ、又は約1/2μｍ以下の
層厚）の成長に最も有用である。特別に顕著なのは、非
常に薄い層が用いられ、ドープ部と非ドープ部間の鋭い
偏析が強く望まれる量子井戸デバイスである。
ドーパントイオンにも適用される。シリコンやゲルマニ
ウム用の典型的ドナードーパントは、燐、砒素、アンチ
モン、ビスマスであり、III−Ｖ族化合物半導体用に
は、シリコン、ゲルマニウム、錫、及びテルル、又、II
-VI族化合物半導体用には、塩素、アルミニウム、ガリ
ウムである。シリコンやゲルマニウム用の典型的アクセ
プタドーパントは、ボロン、アルミニウム、ガリウム、
インジウムであり、III−Ｖ族化合物半導体用には、ベ
リリウムと亜鉛、II-VI族化合物半導体用には、リチウ
ム、窒素、砒素である。この方法は、ドーピングのプロ
ファイルが重要な各種結晶成長技術に適用可能である。
それは、分子線エピタキシー（MBE）、液相エピタキシ
ー（LPE）、気相エピタキシー（VPE）、有機金属熱分解
気相エピタキシー（MOCVD）等の各種技術による半導体
層、特に薄膜層の成長に有用である。この方法は、ドー
ピングのプロファイルの精密制御を必要とする薄膜層
（例えば、２μｍ、又は１μｍ、又は約1/2μｍ以下の
層厚）の成長に最も有用である。特別に顕著なのは、非
常に薄い層が用いられ、ドープ部と非ドープ部間の鋭い
偏析が強く望まれる量子井戸デバイスである。
本発明の実施により、半導体成長表面におけるフェル
ミ準位ピニングによって誘起される電界効果を最小化す
ること又は除去することができる。自由キャリア密度を
増加させる放射光で成長表面を照射することは、ドーパ
ントの再分配に関し、電界効果を最小にするための一つ
の便利な方法である。ここで、最良の結果を得るために
は、成長表面への放射光の強さは、最大の自由キャリア
密度を確保できるほど高くなければならない。更に、自
由キャリアを最も効率良く作るためには、放射光の周波
数の少なくとも一部の周波数は、半導体のバンドギャッ
プより大きいエネルギーに対応していなければならな
い。照射は、成長過程の間、半導体の温度が再分配効果
が無視できるほどの温度範囲に下がるまで続けられなけ
ればならない。偏析効果を最小にするための放射方法が
有用なのは、望ましくないドーパントが半導体の中に入
ることがなく、温度や結晶配列等の結晶成長条件を、最
良の結晶成長とデバイス性能のために最適化することが
でき、しかも、その方法は比較的簡単で実施が容易であ
るからである。その方法は前述のどんなエピタキシャル
成長方法に対しても、ドナー又はアクセプタを用いて実
施することができる。この成長方法は、ドーピングプロ
ファイルの精密制御が強く求められる非常の薄い層に対
して特に適しているため、照射方法はMBE成長層に特に
有用である。
ミ準位ピニングによって誘起される電界効果を最小化す
ること又は除去することができる。自由キャリア密度を
増加させる放射光で成長表面を照射することは、ドーパ
ントの再分配に関し、電界効果を最小にするための一つ
の便利な方法である。ここで、最良の結果を得るために
は、成長表面への放射光の強さは、最大の自由キャリア
密度を確保できるほど高くなければならない。更に、自
由キャリアを最も効率良く作るためには、放射光の周波
数の少なくとも一部の周波数は、半導体のバンドギャッ
プより大きいエネルギーに対応していなければならな
い。照射は、成長過程の間、半導体の温度が再分配効果
が無視できるほどの温度範囲に下がるまで続けられなけ
ればならない。偏析効果を最小にするための放射方法が
有用なのは、望ましくないドーパントが半導体の中に入
ることがなく、温度や結晶配列等の結晶成長条件を、最
良の結晶成長とデバイス性能のために最適化することが
でき、しかも、その方法は比較的簡単で実施が容易であ
るからである。その方法は前述のどんなエピタキシャル
成長方法に対しても、ドナー又はアクセプタを用いて実
施することができる。この成長方法は、ドーピングプロ
ファイルの精密制御が強く求められる非常の薄い層に対
して特に適しているため、照射方法はMBE成長層に特に
有用である。
表面電界の効果は、結晶成長時における背景ドーピン
グの使用によっても、最小化または除去することが可能
である。ここで、１次ドーピングのプロファイルは、１
次ドーピング種と成長表面との間に１次ドーピングと反
対の型の背景（２次）ドーピンクを導入することによっ
て、表面電界から遮蔽される。例えば、ｐ型１次ドーピ
ングのプロファイル（例えば薄いｐ型半導体層）に対し
て、ｎ型半導体材料層は、ｐ型１次ドーピング層を遮蔽
するために用いられる。同じく、ｐ型背景ドーピングの
使用は、ｎ型１次ドーピングのプロファイルを遮蔽する
ために有用である。背景ドーピングの濃度は広い範囲で
変化できるが、通常は１次ドーピングプロファイル濃度
の10倍以下が満足な結果を生んでいる。特に１次ドーピ
ングプロファイル濃度の２倍以下が選ばれている。
グの使用によっても、最小化または除去することが可能
である。ここで、１次ドーピングのプロファイルは、１
次ドーピング種と成長表面との間に１次ドーピングと反
対の型の背景（２次）ドーピンクを導入することによっ
て、表面電界から遮蔽される。例えば、ｐ型１次ドーピ
ングのプロファイル（例えば薄いｐ型半導体層）に対し
て、ｎ型半導体材料層は、ｐ型１次ドーピング層を遮蔽
するために用いられる。同じく、ｐ型背景ドーピングの
使用は、ｎ型１次ドーピングのプロファイルを遮蔽する
ために有用である。背景ドーピングの濃度は広い範囲で
変化できるが、通常は１次ドーピングプロファイル濃度
の10倍以下が満足な結果を生んでいる。特に１次ドーピ
ングプロファイル濃度の２倍以下が選ばれている。
フェルミ準位ピニングが無い結晶成長の方向を選ぶこ
とによっても、偏析効果を最小化又は除去することがで
きる。そのような成長方向は非常に特殊ではあるが、そ
の方法で有用なデバイスは作られる。例えば、ガリウム
砒素や、インジウム燐等のIII-Ｖ族化合物半導体につい
ては、〈011〉結晶表面はフェルミ準位ピニングが無
く、表面電界も偏析効果を来すまでには上がらない。同
じく、AlGaAs、InGaAs、及びInGaAsP等のIII−Ｖ族化合
物半導体は、〈011〉結晶表面にフェルミ準位ピニング
を有しない。この〈011〉表面上に成長したIII−Ｖ族化
合物半導体のドーピングプロファイルは、鋭くかつ明確
である。事実、100又は50、20,10オングストローム程度
の半幅（最大ドーピング濃度の半分のドーピング濃度に
なる場所の幅）のドーピングプロファイルは、本発明に
より具合良く作られる。
とによっても、偏析効果を最小化又は除去することがで
きる。そのような成長方向は非常に特殊ではあるが、そ
の方法で有用なデバイスは作られる。例えば、ガリウム
砒素や、インジウム燐等のIII-Ｖ族化合物半導体につい
ては、〈011〉結晶表面はフェルミ準位ピニングが無
く、表面電界も偏析効果を来すまでには上がらない。同
じく、AlGaAs、InGaAs、及びInGaAsP等のIII−Ｖ族化合
物半導体は、〈011〉結晶表面にフェルミ準位ピニング
を有しない。この〈011〉表面上に成長したIII−Ｖ族化
合物半導体のドーピングプロファイルは、鋭くかつ明確
である。事実、100又は50、20,10オングストローム程度
の半幅（最大ドーピング濃度の半分のドーピング濃度に
なる場所の幅）のドーピングプロファイルは、本発明に
より具合良く作られる。
偏析効果を減少または除去するための他の方法は、異
常に低い温度で成長を行わせることである。この方法で
は、ドーパントイオンが表面電界の影響下で動く速度
は、500℃以下、450℃、400℃程度の低温度によって、
かなり減少する。これらの条件下では、低欠陥密度の高
品質な結晶成長を保証するため、成長速度はしばしば減
少する。例えば、MBE結晶成長では、0.2μm/時以下、ま
たは0.1μm/時程度の成長速度が、高品質結晶を保証す
るために用いられる。
常に低い温度で成長を行わせることである。この方法で
は、ドーパントイオンが表面電界の影響下で動く速度
は、500℃以下、450℃、400℃程度の低温度によって、
かなり減少する。これらの条件下では、低欠陥密度の高
品質な結晶成長を保証するため、成長速度はしばしば減
少する。例えば、MBE結晶成長では、0.2μm/時以下、ま
たは0.1μm/時程度の成長速度が、高品質結晶を保証す
るために用いられる。
多くの有用なデバイスが、本発明によって作られる。
ここでは、精密ドーピングプロファイルが最適のデバイ
ス性能のため非常に重要である代表的な幾つかのデバイ
スを示す。第１図は、精密ドーピングプロファイルが重
要である選択的にドープされるヘテロ構造トランジスタ
（SDHT）（FET型デバイス）を示している。トランジス
タの構造10は、ガリウム砒素からなる基板11と、連続し
たAlXGa1-XAsの層からなっている。アルミニウム・ガリ
ウム砒素は、通常10から40モル％のアルミニウム（25か
ら35モル％までが好ましい）を含んでおり、連続する層
は、ドーピングなしの第１層12、ドーピングありの次層
13、ドーピングなしの最上層14からなっている。ドーピ
ングなしの第１層12は、バッファ層であり、その厚さは
大幅に変化し、通常1000から2000オングストロームの厚
さを有する。次層13（ここではドープ層と呼ばれる）
は、通常立方センチメータ当り1017から1020のキャリア
濃度範囲のシリコン又は錫でドープされたｎ型であり、
２から400オングストロームの厚さを有する。ドープ層
の厚さは、そのデバイスが適用される各種要因に基づい
て、２から10、２から50、２から20オングストロームの
間で選ばれる。最上層14は、ドープされず、通常、極め
て薄い（例えば、10から200オングストローム）。この
最上層14の上は、ソース電極16、ゲート電極17、ドレイ
ン電極18を有するガリウム砒素層15（例えば、10から20
0オングストローム）である。アルミニウム・ガリウム
砒素層14に近いガリウム砒素の部分は、ドープされてい
ないが、ソース16とドレイン17に近いガリウム砒素層15
の部分（例えば、20から200オングストロームの層厚）
は、良いオーム性接触を形成するためにドープされたｎ
型である。この構造は、同構造のアレイの一部になるこ
とも、又、同じ半導体チップ上の他の構造と集積するこ
とも可能である。
ここでは、精密ドーピングプロファイルが最適のデバイ
ス性能のため非常に重要である代表的な幾つかのデバイ
スを示す。第１図は、精密ドーピングプロファイルが重
要である選択的にドープされるヘテロ構造トランジスタ
（SDHT）（FET型デバイス）を示している。トランジス
タの構造10は、ガリウム砒素からなる基板11と、連続し
たAlXGa1-XAsの層からなっている。アルミニウム・ガリ
ウム砒素は、通常10から40モル％のアルミニウム（25か
ら35モル％までが好ましい）を含んでおり、連続する層
は、ドーピングなしの第１層12、ドーピングありの次層
13、ドーピングなしの最上層14からなっている。ドーピ
ングなしの第１層12は、バッファ層であり、その厚さは
大幅に変化し、通常1000から2000オングストロームの厚
さを有する。次層13（ここではドープ層と呼ばれる）
は、通常立方センチメータ当り1017から1020のキャリア
濃度範囲のシリコン又は錫でドープされたｎ型であり、
２から400オングストロームの厚さを有する。ドープ層
の厚さは、そのデバイスが適用される各種要因に基づい
て、２から10、２から50、２から20オングストロームの
間で選ばれる。最上層14は、ドープされず、通常、極め
て薄い（例えば、10から200オングストローム）。この
最上層14の上は、ソース電極16、ゲート電極17、ドレイ
ン電極18を有するガリウム砒素層15（例えば、10から20
0オングストローム）である。アルミニウム・ガリウム
砒素層14に近いガリウム砒素の部分は、ドープされてい
ないが、ソース16とドレイン17に近いガリウム砒素層15
の部分（例えば、20から200オングストロームの層厚）
は、良いオーム性接触を形成するためにドープされたｎ
型である。この構造は、同構造のアレイの一部になるこ
とも、又、同じ半導体チップ上の他の構造と集積するこ
とも可能である。
この構造の重要な特徴は、ドープ層13である。この層
は、しばしば50又は20オングストローム以下のドーピン
グプロファイルの半幅をもつ非常に明確なドーピングプ
ロファイルの高ドーピング濃度を有する。これは、ガリ
ウム砒素層15の非ドープ部へ移動するドーパントイオン
が散乱中心となってエレクトロン移動度を低下させるた
め、非常に有利である。この構造は、半導体層成長時に
ドーパントイオンの再分配を来す偏析効果を減少又は除
去するように、成長表面の照射によって好都合に作られ
る。偏析効果を減少又は除去する他の方法、即ち、背景
ドーピング、低成長温度、及びフェルミ準位ピニングの
起こらない結晶成長表面の使用も用いられる。
は、しばしば50又は20オングストローム以下のドーピン
グプロファイルの半幅をもつ非常に明確なドーピングプ
ロファイルの高ドーピング濃度を有する。これは、ガリ
ウム砒素層15の非ドープ部へ移動するドーパントイオン
が散乱中心となってエレクトロン移動度を低下させるた
め、非常に有利である。この構造は、半導体層成長時に
ドーパントイオンの再分配を来す偏析効果を減少又は除
去するように、成長表面の照射によって好都合に作られ
る。偏析効果を減少又は除去する他の方法、即ち、背景
ドーピング、低成長温度、及びフェルミ準位ピニングの
起こらない結晶成長表面の使用も用いられる。
第２図は、選択的にドープされた量子井戸構造30を示
し、それは、ガリウム砒素基板31、アルミニウム・ガリ
ウム砒素の非ドープ層32、アルミニウム・ガリウム砒素
のドープ層33、及びアルミニウム・ガリウム砒素の他の
非ドープ層34を持つ。通常、アルミニウム・ガリウム砒
素のアルミニウム含有量は、10から40モル％の間で変化
し、25から35モル％が選ばれる。ドープ層33は、キャリ
ア濃度が、通常、立方センチメータ当り1017から1020の
間のシリコン又は錫のいずれかでドープされる。通常、
アルミニウム・ガリウム砒素の第１非ドープ層32は、約
1000乃至2000オングストロームの厚さを有し、ドープ層
33は、２から400オングストロームの間で、２から50又
は２から20オングストロームが選ばれ、上部非ドープ層
34は10乃至200オングストロームの厚さを有する。アル
ミニウム・ガリウム砒素の非ドープ層34の上は、非ドー
プガリウム砒素からなるチャネル層35、非ドープのアル
ミニウム・ガリウム砒素の薄い層36、アルミニウム・ガ
リウム砒素のドープ層（ｎ型）37である。この層37はド
ープ層33と同じようにドープされる。次は、ドープされ
たガリウム砒素層38であり、これは、ドレイン39、ソー
ス40、及びゲート41におけるオーム性接触の製造を容易
にするため、通常、立方センチメータ当り1018から1020
の濃度範囲のシリコンでドープされる。すぐれた電子的
性能をもつデバイスを得るために、チャネル領域35の中
に散乱中心を作り、エレクトロンの移動度を低下させ、
チャネル領域へのドーパントイオンの移動を最小にする
ような、明確なドーピングプロファイルを持つことが決
定的に重要である。
し、それは、ガリウム砒素基板31、アルミニウム・ガリ
ウム砒素の非ドープ層32、アルミニウム・ガリウム砒素
のドープ層33、及びアルミニウム・ガリウム砒素の他の
非ドープ層34を持つ。通常、アルミニウム・ガリウム砒
素のアルミニウム含有量は、10から40モル％の間で変化
し、25から35モル％が選ばれる。ドープ層33は、キャリ
ア濃度が、通常、立方センチメータ当り1017から1020の
間のシリコン又は錫のいずれかでドープされる。通常、
アルミニウム・ガリウム砒素の第１非ドープ層32は、約
1000乃至2000オングストロームの厚さを有し、ドープ層
33は、２から400オングストロームの間で、２から50又
は２から20オングストロームが選ばれ、上部非ドープ層
34は10乃至200オングストロームの厚さを有する。アル
ミニウム・ガリウム砒素の非ドープ層34の上は、非ドー
プガリウム砒素からなるチャネル層35、非ドープのアル
ミニウム・ガリウム砒素の薄い層36、アルミニウム・ガ
リウム砒素のドープ層（ｎ型）37である。この層37はド
ープ層33と同じようにドープされる。次は、ドープされ
たガリウム砒素層38であり、これは、ドレイン39、ソー
ス40、及びゲート41におけるオーム性接触の製造を容易
にするため、通常、立方センチメータ当り1018から1020
の濃度範囲のシリコンでドープされる。すぐれた電子的
性能をもつデバイスを得るために、チャネル領域35の中
に散乱中心を作り、エレクトロンの移動度を低下させ、
チャネル領域へのドーパントイオンの移動を最小にする
ような、明確なドーピングプロファイルを持つことが決
定的に重要である。
これらのデバイスは、ドーパントイオンの移動を減少
させ、または、停止させ、かつ極端に明確なドーピング
プロファイルを作るために、通常、成長表面を照射する
ことによって作られる。低い成長温度、及びフェルミ準
位ピニングのない結晶表面での成長もまた、これら明確
なドーピングプロファイルを作るために用いられる。更
に、偏析効果を防止するための背景ドーピング、又はこ
れらの方法の組合わせも有用である。
させ、または、停止させ、かつ極端に明確なドーピング
プロファイルを作るために、通常、成長表面を照射する
ことによって作られる。低い成長温度、及びフェルミ準
位ピニングのない結晶表面での成長もまた、これら明確
なドーピングプロファイルを作るために用いられる。更
に、偏析効果を防止するための背景ドーピング、又はこ
れらの方法の組合わせも有用である。
第３図は、本発明に従って作られたヘテロバイポーラ
トランジスタ50の図形である。このデバイスは、ガリウ
ム砒素基板、又は基板上のガリウム砒素のエピタキシャ
ル層のいずれかの部品であるコレクタ51からなってい
る。このコレクタは、通常、立方センチメータ当り1017
から1018のキャリア濃度のシリコンでドープされたｎ型
である。コレクタ51の上のベース52は、ガリウム砒素で
作られ、出来るだけ高い濃度、通常は立方センチメータ
当り1019から1021の、通常ベリリウム又はカーボンでド
ープされたｐ型である。ベース52の上のエミッタ53は、
アルミニウム・ガリウム砒素で作られ、通常、立方セン
チメータ当り1017から1019のイオン濃度でドープされた
ｎ型である。明確なドーピングプロファイルは、デバイ
スの最適動作のために重要である。
トランジスタ50の図形である。このデバイスは、ガリウ
ム砒素基板、又は基板上のガリウム砒素のエピタキシャ
ル層のいずれかの部品であるコレクタ51からなってい
る。このコレクタは、通常、立方センチメータ当り1017
から1018のキャリア濃度のシリコンでドープされたｎ型
である。コレクタ51の上のベース52は、ガリウム砒素で
作られ、出来るだけ高い濃度、通常は立方センチメータ
当り1019から1021の、通常ベリリウム又はカーボンでド
ープされたｐ型である。ベース52の上のエミッタ53は、
アルミニウム・ガリウム砒素で作られ、通常、立方セン
チメータ当り1017から1019のイオン濃度でドープされた
ｎ型である。明確なドーピングプロファイルは、デバイ
スの最適動作のために重要である。
この他の物質、例えば、インジウム燐やインジウム・
ガリウム砒素等も、これらのデバイスを作るために用い
ることができる。
ガリウム砒素等も、これらのデバイスを作るために用い
ることができる。
第１図は、本発明に従って作られた選択的にドープされ
たヘテロ構造のトランジスタを示す図、 第２図は、本発明に従って作られた選択的にドープされ
た量子井戸トランジスタを示す図、 第３図は、本発明に従って作られたヘテロバイポーラト
ランジスタの構造を示す図である。
たヘテロ構造のトランジスタを示す図、 第２図は、本発明に従って作られた選択的にドープされ
た量子井戸トランジスタを示す図、 第３図は、本発明に従って作られたヘテロバイポーラト
ランジスタの構造を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘンリー スティーブン ラフトマン アメリカ合衆国，07023 ニュージャージ ィ ファンウッド，スチュアート プレイ ス 18 (72)発明者 アードマン フレデリック シュバート アメリカ合衆国，07974 ニュージャージ ィ ニュープロビデンス，ウッドランド ロード 70 (56)参考文献 特開 昭63−318784（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−4608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196815（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】ドープ領域を有する半導体本体の表面上
に、分子線エピタキシー、液相エピタキシー、気相エピ
タキシー、および有機金属熱分解気相エピタキシーの何
れかの方法によって、半導体材料層を成長させる半導体
デバイスの製造方法において、 前記半導体本体のドープ領域は、そのドーピングプロフ
ァイルの半幅が400オングストローム以下であるよう
に、前記ドープ領域のドーパントにフェルミ準位ピニン
グによって形成される表面電界の影響が減少、または、
除去する為に、 前記半導体本体の半導体材料層が成長中の表面と前記ド
ープ領域との間に、前記ドープ領域のドーパントの導電
型とは逆のドーパントで、前記ドープ領域のドーピング
濃度の10倍以下の濃度で背景ドーピングを与えるステッ
プを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方
法。 - 【請求項２】ドープ領域を有する半導体本体の表面上
に、分子線エピタキシー、液相エピタキシー、気相エピ
タキシー、および有機金属熱分解気相エピタキシーの何
れかの方法によって、半導体材料層を成長させる半導体
デバイスの製造方法において、 前記半導体本体のドープ領域は、そのドーピングプロフ
ァイルの半幅が400オングストローム以下であるよう
に、前記ドープ領域のドーパントにフェルミ準位ピニン
グによって形成される表面電界の影響を減少、または、
除去する為に、 前記半導体本体の表面は、フェルミ準位ピニングのない
バルク半導体材料であるGaAs、InP、AlGaAs、InGaAs、I
nGaAsからなるグループから選択された材料の〈011〉結
晶方位面である ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/374,336 US5024967A (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Doping procedures for semiconductor devices |
| US374336 | 1989-06-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0344919A JPH0344919A (ja) | 1991-02-26 |
| JPH0828327B2 true JPH0828327B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=23476343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17041090A Expired - Fee Related JPH0828327B2 (ja) | 1989-06-30 | 1990-06-29 | 半導体デバイスの製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5024967A (ja) |
| EP (1) | EP0405832B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0828327B2 (ja) |
| CA (1) | CA2018976C (ja) |
| DE (1) | DE69029687T2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2560562B2 (ja) * | 1991-04-30 | 1996-12-04 | 住友化学工業株式会社 | エピタキシャル成長化合物半導体結晶 |
| JPH081955B2 (ja) * | 1991-08-21 | 1996-01-10 | ヒューズ・エアクラフト・カンパニー | 反転変調ドープされたヘテロ構造の製造方法 |
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