JPS59191329A - イオン注入型GaAs素子の製造方法 - Google Patents
イオン注入型GaAs素子の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明はイオン注入型GaAs素子の製造方法に関し、
特にGaAs基板表面の保護を図った製造方法に関する
ものである。
特にGaAs基板表面の保護を図った製造方法に関する
ものである。
〈従来技術〉
GaAsホール素子は磁場強度に対る出力電圧の直線性
に優れるとともに、出力電圧の温度係数が小さく実用温
度領域が一50℃〜+200℃と広く、又最小検出磁場
感度が高6といっだ、従来のInSbホール素子やGe
ホール素子、或いはSiホーzLzICにはない優れた
特徴をもっている。
に優れるとともに、出力電圧の温度係数が小さく実用温
度領域が一50℃〜+200℃と広く、又最小検出磁場
感度が高6といっだ、従来のInSbホール素子やGe
ホール素子、或いはSiホーzLzICにはない優れた
特徴をもっている。
GaAsホール素子の製作法には気相成長層を能動層と
したエピタキシャル型と、半絶縁性GaAs基板に直接
イオン注入を行って能動層を形成するイオン注入型とが
ある。後者は数1000A以下の浅い低キャリヤ濃度能
動層が制御性良く得られることから、前者に比較して高
感度、かつ、特性均一性に優れるという特徴をもつ。そ
の反面、イオン注入型GaAsホール素子を実現するに
は高度の技術が要求され、その特性の良否はひとえ1C
GaA、sイオン注入層のアニールの仕方に依存してい
る。
したエピタキシャル型と、半絶縁性GaAs基板に直接
イオン注入を行って能動層を形成するイオン注入型とが
ある。後者は数1000A以下の浅い低キャリヤ濃度能
動層が制御性良く得られることから、前者に比較して高
感度、かつ、特性均一性に優れるという特徴をもつ。そ
の反面、イオン注入型GaAsホール素子を実現するに
は高度の技術が要求され、その特性の良否はひとえ1C
GaA、sイオン注入層のアニールの仕方に依存してい
る。
GaAsイオン注入層のアニール方法には注入層表面に
絶縁性保護膜を被覆・して結晶性の熱回復を行うキャ7
7°アニール法と、注入層表面に保護膜を岐器すること
なく直接As/E[E雰囲気下で熱処理を行うキャップ
レヌアニール法とがあるが、ここでは前者を取扱う。
絶縁性保護膜を被覆・して結晶性の熱回復を行うキャ7
7°アニール法と、注入層表面に保護膜を岐器すること
なく直接As/E[E雰囲気下で熱処理を行うキャップ
レヌアニール法とがあるが、ここでは前者を取扱う。
イオン注入フル−ナ型ホール素子を製作する際に必要と
なる技術的要件としては、(1)高電子移動度を有する
サブミクロン厚の能動層を再現性良く形成することと、
(2ノデレ一す化のだめに素子間の未注入領域の抵抗率
を十分高く維持することの二点が挙げられる。
なる技術的要件としては、(1)高電子移動度を有する
サブミクロン厚の能動層を再現性良く形成することと、
(2ノデレ一す化のだめに素子間の未注入領域の抵抗率
を十分高く維持することの二点が挙げられる。
周知のように半絶縁性GaAs結晶の熱変成の問題は複
雑であり、工程中如何に結晶の化学量論的組成比を維持
し、又不純物移動を防止するかが重要となる。
雑であり、工程中如何に結晶の化学量論的組成比を維持
し、又不純物移動を防止するかが重要となる。
まず従来のホール素子構造及びその製造工程と問題点を
説明する。
説明する。
第1図はホール素子の断面構造を示したものである。図
中、半絶縁性GaAs基板1の一方の表、十 面にS+ イオン注入法でn型能動層2が形成され3
はイオン能動層2が形成されだGaAs基板1の表面を
被ってイ、オン注入層アニール用キャップ、兼sM パ
ッシベーション膜3が被着されている。
中、半絶縁性GaAs基板1の一方の表、十 面にS+ イオン注入法でn型能動層2が形成され3
はイオン能動層2が形成されだGaAs基板1の表面を
被ってイ、オン注入層アニール用キャップ、兼sM パ
ッシベーション膜3が被着されている。
4は基板上に形成されたオーミック電極を表わしている
。
。
′上記ホール素子の製造工程を次に述べる。まず、半絶
縁性GaAs基板1をH2S O< −H202系水溶
液で30秒間鏡面エツチングを行う。次に、低温形成絶
縁膜薄層を介して塗布したフォトレジヌト膜をイオン注
入用マスクとして選択イオン注入領域の開孔を行い、5
0KeVと150KeVのエネルギーで S1イオ/を
2段注入する。この後、選択注入用レジヌトマスクおよ
び絶縁膜薄層を徐去し、イオン注入層アニール用キャ・
シブ3を被覆する。注入211 S;原子の電気的活性
化のためのアニールはN2気流中、850’C,15分
の条件で行い、0.3μの層厚を有するn型能動層2を
形成する。最後に多層レジストで電極部絶縁膜の開孔を
行い、Au−Ge\Ni\Au 電極金属を蒸着した後
、前記多層レジストを用いてリフトオフ法で電極パター
ンを形成し、N2気流中460’Cのアロイを行ってn
型オーミック電極4を形成する。かくしてプレーナ型ホ
ール素子が製作される。
縁性GaAs基板1をH2S O< −H202系水溶
液で30秒間鏡面エツチングを行う。次に、低温形成絶
縁膜薄層を介して塗布したフォトレジヌト膜をイオン注
入用マスクとして選択イオン注入領域の開孔を行い、5
0KeVと150KeVのエネルギーで S1イオ/を
2段注入する。この後、選択注入用レジヌトマスクおよ
び絶縁膜薄層を徐去し、イオン注入層アニール用キャ・
シブ3を被覆する。注入211 S;原子の電気的活性
化のためのアニールはN2気流中、850’C,15分
の条件で行い、0.3μの層厚を有するn型能動層2を
形成する。最後に多層レジストで電極部絶縁膜の開孔を
行い、Au−Ge\Ni\Au 電極金属を蒸着した後
、前記多層レジストを用いてリフトオフ法で電極パター
ンを形成し、N2気流中460’Cのアロイを行ってn
型オーミック電極4を形成する。かくしてプレーナ型ホ
ール素子が製作される。
上記従来のホール素子について検討する。アニール用キ
ャンプとして従来用いられてきたものにCVD−ALO
3,CVD−3i 02 、 ス/<)lIS iNx
、 CVD−5!3N4+スパッタAlN等がある。こ
れら絶縁膜の生膜温度はCV D −A &03とCV
D−5i02は400〜450℃。
ャンプとして従来用いられてきたものにCVD−ALO
3,CVD−3i 02 、 ス/<)lIS iNx
、 CVD−5!3N4+スパッタAlN等がある。こ
れら絶縁膜の生膜温度はCV D −A &03とCV
D−5i02は400〜450℃。
CVD−5i3N4は750℃、スパッタSiNxや7
パツタ/l?Nは約300℃である。処でG a As
O熱的安定性は乏しく500℃以上では明かに基板の熱
分解が起こり、又それ以下の三百数十度でもわずかなA
s原子の解萬1[が起こると考えられる。
パツタ/l?Nは約300℃である。処でG a As
O熱的安定性は乏しく500℃以上では明かに基板の熱
分解が起こり、又それ以下の三百数十度でもわずかなA
s原子の解萬1[が起こると考えられる。
この意味で750℃もの高温を要するCVD−5i3N
4 では生膜時にイオン注入基板よりAs原子Ga原
子の解離が起こり、イオン注入GaAs結晶中には多量
のAs原子空孔、およびGa原子空孔が発生するだめ化
学量論的組成比は大巾に変動し、良好な11型伝導層の
形成は望めない。まだスパッタSiNxやスパッタAn
Nは低温生膜が可能であるが、注入層表面に損傷を与え
たり、スパッタ原子の導入をもたらすという欠点がある
。
4 では生膜時にイオン注入基板よりAs原子Ga原
子の解離が起こり、イオン注入GaAs結晶中には多量
のAs原子空孔、およびGa原子空孔が発生するだめ化
学量論的組成比は大巾に変動し、良好な11型伝導層の
形成は望めない。まだスパッタSiNxやスパッタAn
Nは低温生膜が可能であるが、注入層表面に損傷を与え
たり、スパッタ原子の導入をもたらすという欠点がある
。
更KCVD−5i Oz トCVD−Al120slt
i400〜450℃の比較的低温で形成されるが、CV
D−A(1203はこの温度でAs原子、次いでGa原
子に対する強い吸い出し効果をもつ。以上の理由で、ア
ニール用キャップとしては従来よりCvDS+02が用
いられる例が多い。ここではホール素子に対してCVD
−5i02 キャップを適用した場合の結果について述
べる。
i400〜450℃の比較的低温で形成されるが、CV
D−A(1203はこの温度でAs原子、次いでGa原
子に対する強い吸い出し効果をもつ。以上の理由で、ア
ニール用キャップとしては従来よりCvDS+02が用
いられる例が多い。ここではホール素子に対してCVD
−5i02 キャップを適用した場合の結果について述
べる。
ホール素子製作工程は前記の通9であり、CVD条件は
通常の5iH4−02ソーヌガヌを用いて基板温度43
0℃で行った。5IO2キヤツプの膜厚は4000Aで
ある。第2図に上記工程によって作製した従来のホール
素子特性のウニ八面内分布をヒヌトグラムとして示す。
通常の5iH4−02ソーヌガヌを用いて基板温度43
0℃で行った。5IO2キヤツプの膜厚は4000Aで
ある。第2図に上記工程によって作製した従来のホール
素子特性のウニ八面内分布をヒヌトグラムとして示す。
ホール電圧と入力抵抗の面内バラツキは比較的大きく、
それぞれバラツキ度は5%程度存在する。更に、ホール
素子の主要特性の一つである不平衡率については特にバ
ラツキが甚しぐ、20%を越える素子数が多い結果とな
った。このように、CVD SiO,+をアニール用
キャップとして用いた場合には、その生膜温度が430
℃と高温のために、生膜時にイオン注入GaAs表面か
らAs原子、及びGa原子の熱解離が起こり、GaAs
当卸比当面内不拘−が助長されてホール素子特性のバラ
ツキを増大させたものと判明した。
それぞれバラツキ度は5%程度存在する。更に、ホール
素子の主要特性の一つである不平衡率については特にバ
ラツキが甚しぐ、20%を越える素子数が多い結果とな
った。このように、CVD SiO,+をアニール用
キャップとして用いた場合には、その生膜温度が430
℃と高温のために、生膜時にイオン注入GaAs表面か
らAs原子、及びGa原子の熱解離が起こり、GaAs
当卸比当面内不拘−が助長されてホール素子特性のバラ
ツキを増大させたものと判明した。
〈発明の目的〉
本発明は、以上の従来法でのアニール用キャップの生膜
工程に起因する特性不良の改善を目的としたもので、低
温プラズマCVD法によって形成した窒化シリコン膜を
アニール用キャップとして用いることによって生膜時の
GaAs注入層の化学当量比の変動を抑えるとともに、
アニール時の基板原子の外拡散を防止することによって
イオン注入層の面内均一性を計り、それをもってホール
素子特性を改善した点にある。
工程に起因する特性不良の改善を目的としたもので、低
温プラズマCVD法によって形成した窒化シリコン膜を
アニール用キャップとして用いることによって生膜時の
GaAs注入層の化学当量比の変動を抑えるとともに、
アニール時の基板原子の外拡散を防止することによって
イオン注入層の面内均一性を計り、それをもってホール
素子特性を改善した点にある。
〈実施例〉
まず、アニール用キャップとしてのプラズマCVD法に
よる窒化シリコン膜(以下、PCVD−5iNx膜と略
記する)の生膜方法について説明する。装置は静電容量
結合方式の平行平板型でアリ、N2希釈モノシランとア
ンモニアを反応ガスソー7としだ。
よる窒化シリコン膜(以下、PCVD−5iNx膜と略
記する)の生膜方法について説明する。装置は静電容量
結合方式の平行平板型でアリ、N2希釈モノシランとア
ンモニアを反応ガスソー7としだ。
第3図にNHa/SiH4ガス流量比を4とし、基板温
度とRF電力を変化した場合のPCVD−5iNx膜の
屈折率の変化状況の一例を示す。通常報告されているよ
うに基板温度の上昇につれて屈折率は増大する他、gF
買電力増加とともに屈折率は減少する。図中、曲線aが
基板温度350℃。
度とRF電力を変化した場合のPCVD−5iNx膜の
屈折率の変化状況の一例を示す。通常報告されているよ
うに基板温度の上昇につれて屈折率は増大する他、gF
買電力増加とともに屈折率は減少する。図中、曲線aが
基板温度350℃。
bが300℃、Cが250℃の場合をそれぞれ示す。
次にCrドープ半絶縁性GaAs基板に28Si+イオ
ンを50KeV、および150KeVの2段注入法で7
×1012c?I+−2注入し、800Aの膜厚を有す
るPCVD−5iNxキャップを形成して830℃、1
5分間アニールした時のイオン注入層のキャリヤ濃度分
布を第4図に示す。図中、曲線d、e、fは基板温度3
00℃で屈折率、2.3゜2、O9および1,8のキャ
ップをそれぞれ形成した場合の結果である。屈折率が減
少してSiNxのX値が増すにつれてキャリヤ濃度分布
は深くなるが2.15<屈折率に1.95の領域でLS
S理論濃度分布に近い艮好な注入層が実現される。一方
基板温度を400 ’Cまで上昇して、屈折率2.0の
キャップを形成した場合のキャリヤ濃度分布は曲線gの
ように異常であり、明らかに高温生膜に起因するイオン
注入層表面からの基板原子の解離と、それに助長された
注入Si原子の異常製果が起こっている。以上詳述した
ように、300℃以下の基板VMFI’テ1.95 <
E折率<2.15(7)PC−VD−5iNxキヤツ
プを形成することにより、はぼ理想的な注入層キャリヤ
濃度分布が実現することが判明した。
ンを50KeV、および150KeVの2段注入法で7
×1012c?I+−2注入し、800Aの膜厚を有す
るPCVD−5iNxキャップを形成して830℃、1
5分間アニールした時のイオン注入層のキャリヤ濃度分
布を第4図に示す。図中、曲線d、e、fは基板温度3
00℃で屈折率、2.3゜2、O9および1,8のキャ
ップをそれぞれ形成した場合の結果である。屈折率が減
少してSiNxのX値が増すにつれてキャリヤ濃度分布
は深くなるが2.15<屈折率に1.95の領域でLS
S理論濃度分布に近い艮好な注入層が実現される。一方
基板温度を400 ’Cまで上昇して、屈折率2.0の
キャップを形成した場合のキャリヤ濃度分布は曲線gの
ように異常であり、明らかに高温生膜に起因するイオン
注入層表面からの基板原子の解離と、それに助長された
注入Si原子の異常製果が起こっている。以上詳述した
ように、300℃以下の基板VMFI’テ1.95 <
E折率<2.15(7)PC−VD−5iNxキヤツ
プを形成することにより、はぼ理想的な注入層キャリヤ
濃度分布が実現することが判明した。
次に、上記生膜条件を適用して製作したPCVD−5i
Nxキヤツプ付ホール素子の特性について図面に基いて
説明する。第5図はウェハ而内分布をヒストグラムで示
しだものである。ホール電圧と入力抵抗の面内分布は極
めて優れており、バラツキ度で3形と従来法に比較して
大巾に改善されている。更に図で明かなように不平衡率
が減少するとともに、そのバラツキも従来法素子に比べ
て改善されていることが判明した。
Nxキヤツプ付ホール素子の特性について図面に基いて
説明する。第5図はウェハ而内分布をヒストグラムで示
しだものである。ホール電圧と入力抵抗の面内分布は極
めて優れており、バラツキ度で3形と従来法に比較して
大巾に改善されている。更に図で明かなように不平衡率
が減少するとともに、そのバラツキも従来法素子に比べ
て改善されていることが判明した。
〈効 果〉
以上詳述したように、本発明ではG 、a A s基板
の表面分夙を伴わない300℃以下の低温プラズマCV
Dプロセスを採用し、その生膜条件を1,95く屈折率
く215に適正化した窒化シリコン膜をイオン注入層ア
ニール用キャップに設定することによって、GaAs化
学当量比の変動を防止しつつ、面内均一性と深さ方向キ
ャリヤ濃度分布に優れたイオン注入層を形成し、これを
もつ7特性バラツキの少いホール素子を実現した。
の表面分夙を伴わない300℃以下の低温プラズマCV
Dプロセスを採用し、その生膜条件を1,95く屈折率
く215に適正化した窒化シリコン膜をイオン注入層ア
ニール用キャップに設定することによって、GaAs化
学当量比の変動を防止しつつ、面内均一性と深さ方向キ
ャリヤ濃度分布に優れたイオン注入層を形成し、これを
もつ7特性バラツキの少いホール素子を実現した。
実施例ではG 、a A sホール素子について説明し
だが、本発明になる生膜条件下で形成したPCVD
SiNxギャップを用いるイオン注入層アニール方法は
、GaAsFET、GaAsツェナーダイオード、Ga
Asバラクタ+ G a A s I C等+7) G
a A sイオン注入デバイス全般に対して適用でき
ることは云うまでもない。
だが、本発明になる生膜条件下で形成したPCVD
SiNxギャップを用いるイオン注入層アニール方法は
、GaAsFET、GaAsツェナーダイオード、Ga
Asバラクタ+ G a A s I C等+7) G
a A sイオン注入デバイス全般に対して適用でき
ることは云うまでもない。
第1図はプレーナ型GaAsホール素子の断面構造図、
第2図は従来法によるGaAsホール素子の特性分布を
示した図、第3図はPCVD−5iNx膜の屈折率と生
膜条件の関係を示した図、第4図はPCVD−5iNx
膜キャンプアニールを施しだ28Si+イオン注入層の
キャリヤ濃度分布をSiNx生膜条件との関連で示した
図、第5図は本・発明によるホール素子の特性分布を示
した図である。 1:GaAs基板 2:能動層領域 3:保m膜
4:電極 代卯人 弁併士 福 士 愛 彦(他2名)RF電力
14 浄、3 (7)
第2図は従来法によるGaAsホール素子の特性分布を
示した図、第3図はPCVD−5iNx膜の屈折率と生
膜条件の関係を示した図、第4図はPCVD−5iNx
膜キャンプアニールを施しだ28Si+イオン注入層の
キャリヤ濃度分布をSiNx生膜条件との関連で示した
図、第5図は本・発明によるホール素子の特性分布を示
した図である。 1:GaAs基板 2:能動層領域 3:保m膜
4:電極 代卯人 弁併士 福 士 愛 彦(他2名)RF電力
14 浄、3 (7)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 ’ G a A s基板に選択イオン注入によっ
て能動層領域を形成してなるGaAs素子の製造方法に
おいて、選択イオン注入されたGaAs基板表面を、プ
ラズマCVD法で形成した窒化シリコン膜で被って活性
化のだめのア二一〜を行うことを特徴とするイオン注入
型GaAs素子の製造方法。 2 前記窒化シリコン膜は、生膜温度が300°C以下
で膜屈折率が1.95〜2.15となるように形成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のイオン注
入型G a As素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6626883A JPS59191329A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | イオン注入型GaAs素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6626883A JPS59191329A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | イオン注入型GaAs素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59191329A true JPS59191329A (ja) | 1984-10-30 |
Family
ID=13310922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6626883A Pending JPS59191329A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | イオン注入型GaAs素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59191329A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63308912A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-16 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
JPH01241820A (ja) * | 1988-03-24 | 1989-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1983
- 1983-04-13 JP JP6626883A patent/JPS59191329A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63308912A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-16 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
JPH01241820A (ja) * | 1988-03-24 | 1989-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
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