JPS60208868A - 低雑音ツエナーダイオードの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、一般的には低雑音半導体接合およびデバイス
のための装置および方法に関するものであり、更に詳し
く云うと改良された特性を有する低雑音ツェナーダイオ
ードのだめの改良された装置および方法に関する 発明の概要 非常に低い雑音特性および改善された歩留りを有するツ
ェナーダイオードおよびその他の半導体接合は、先づ適
当な不純物を基板ウェハ内にイオン注入し、次に非常に
急速な熱活性化およびアニーリングプロセスを用いてｐ
−ｎ接合を作ることによって得られる。１０　”　ａ　
ｔｏｍａ　／　ｃｍ’を超えるピーク濃度にまで硼素（
”Ｂ）ｋｎ形シリコンに注入して作ったｐ’−ｎ接合の
場合には、急速活性化プロセスは１２〜３０秒で約室温
から約１１５０℃にまで加熱し、その後５秒以内に１０
００℃以下に冷却することを含む。本発明のプロセスを
用いて作ったデバイスについて測定した雑音電圧は、先
行技術のデバイスの雑音電圧よシもはるかに低く、よシ
狭い範囲内に分類された。動作インピーダンスもまた僅
かに低下した。

背景技術 電圧基準ダイオードは半導体技術上周知である。

これらのデバイスは特定の電圧、一般的には約１．８ボ
ルトから２００ボルト以上までの電圧で非破壊ツェナー
又は電子なだれ降伏に入るように設計されている。こ＼
で用いられている術語”ツェナー”又は”ツェナーダイ
オード″は、電圧基準挙動くこと全意図している。

一般的に云って、ツェナーダイオードは慎重に制御され
たドーパント濃度および分布を有する２つの反対に（ｏ
ｐｐｏｓｉｔｅｌｙ）　ドープした半導体領域で形成さ
れたｐ−ｎ接合からなる。最小降伏電圧、即ち約１．８
ボルトヲ有するツェナーダイオードの場合には、ｐおよ
びｎ領域は両方ともきわめて高度に、一般的には１０１
９〜１０２１００ｍｌ！の範囲でドープしなければなら
ず、接合は階段接合（ａｂｒｕｐｔ　ｊｕｎｃ−ｔｉｏ
ｎ）でなければならない。このことはきわめて急激なド
ーピングプロフィール（ｖｅｒｙ　５ｔｅｅｐ　ｄｏｐ
−ｉｎｇ　ｐｒｏｆｉｌｅ）　ｆ必要とする。

先行技術においては、アロイング（ａｌｌｏｙｉｎｇ）
　Ｉｄｌ、８〜約１０ボルトの電圧範囲のツェナーダイ
オードを製作する好ましい方法とされてきた。

ツェナー電圧は１．８〜約１０ボルトの範囲の電圧に対
しては先づｐ−ｎ接合の一方の側に対するドーピングを
減らし、次に約１０〜２００ポルトの範囲の電圧に対し
てはｐ−ｎ接合の両側に対するドーピングを減らすこと
によって高めることができる。拡散法は約１０〜２００
ポルトの範囲で動作するツェナーダイオードを製作する
のに好ましい方法とされてきている。約１０ボルトの電
圧を有するダイオードはいづれの方法で製作してもよい
。

プロセス制御の多大の努力が払われているにもか＼わら
ず、公称上は同じ処理をうけたツェナーダイオードの性
質には尚かなりの変動がある。例えば、この製造工程は
単一のツェナー電圧、動作インピーダンスおよび雑音出
力ではなく複数のツェナー電圧、動作インピーダンスお
よび雑音出力の分布を生じさせる。この結果、製造され
た製品は所望する特定の電圧、動作インピーダンスおよ
び雑音特性をうるために分類しなければならない。

これはあまシ経済的ではない。という訳は、生産高の分
布は一般に市場需要の分布と一致しないからである。特
に人気のある１セツトのツェナー特性の十分な供給金得
るためには、あまシ人気のないツェナー特性全有する他
のデバイスを必然的に製造しなければならない。時には
これらの製品を廃棄しなければならないこともある。従
って、所望する目標規格に対してよシ予想可能な、制御
可能な、反復可能な製造歩留Ｄ’に有するツェナーダイ
オードのための改良された装置および方法に対する必要
性が絶えず存在する。

先行技術のデバイスに伴う特定の問題は雑音指数である
。ツェナーダイオードは多数の回路応用例においてその
有用性全制限する電気的雑音を発生させる。この雑音゛
は他にも原因はあるが、降伏プロセス（ｂｒｅａｋ　ｄ
ｏｗｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ）における微細な変動から起き
ると考えられている。ある程度の雑音はすべてのデバイ
スにおいて避けられないが、先行技術のツェナーダイオ
ードの一般的な雑音レベルは所望するレベルよシ高いも
のとなっていた。

一部の先行技術ダイオードが特定の範囲の電圧を有する
ことができるのと丁度同じように一部の先行技術のツェ
ナーダイオードは比較的低い雑音を示すことができるが
、一定且つ均等な低雑音特性をもったツェナーダイオー
ドを高歩留シで製造する方法は先行技術にはなかった。

発明の目的 従って、本発明の目的は、改善され厳密に分類された特
性を有するツェナーダイオードのための改良された装置
およびその製造方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、先行技術によって一般に見
られる雑音よシ低雑音を有するツェナーダイオードのた
めの改良された装置およびその製造方法を提供すること
である。

本発明のもう１つの目的は、一定のツェナー電圧に対し
先行技術で一般に得られる動作インピーダンスと等しい
か又はそれよシ低い動作インピーダンスを有するツェナ
ーダイオードのための改良された装置およびその製造方
法を提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は、生産量の大部分が先行
技術でえられる雑音および／又は動作インピーダンスよ
シ低い雑音および／又は動作インピーダンスを有するツ
ェナーダイオードのための改良された装置およびその製
造方法全提供することである。

本発明のもう１つの目的は、上記の諸口的が同時に達成
されるツェナーダイオードのだめの装置およびその製造
方法を提供することである。

発明の要約 これらの、およびその他の目的および利点は、低雑音半
導体接合の製造、特に十分に制御され反復可能な特性を
有する低雑音ツェナーダイオードの製造のための改良さ
れた工程が提供されている本発明によって達成さ、れる
ものでちゃ、前記工程は、 半導体基板金偏える工程と、 基板に不純物原子を所定の添加量（ｄｏｓｅ　）および
深度（ｄｅｐｔｈ）ｔで注入し、接合における注入不純
物原子の傾斜定数（ｇｒａｄｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　）
の減少を避ける一方で、イオン注入不純物原子を活性化
し注入損傷全アニール（ａｎｎｅａｌ　）するのに十分
な上昇した温度にまでイオン注入基板をきわめて急速に
加熱する工程と、 その後イオン注入基板を急速に冷却して不純物原子の著
しいそれ以上の拡散を停止させる工程と、金具える。

好ましい実施例においては、加熱および冷却ステップは
、イオン注入基板ｋ　１０００℃を超えるピーク活性化
温度にまで急速に加熱し、冷却することによって行われ
る。シリコンに注入した硼素イオンの場合には、基板温
度は３０秒以内に室温から約１０００℃以上に高められ
、例えば約１１５０℃のピーク温度にまで達する。その
後イオン注入基板は、不“細物原子の連続的拡散による
傾斜定数の減少を避けるために１０００℃以下にまで急
速に冷却される。

５秒以内に１０００℃以下にまで冷却することが好まし
い。よシ低い雑音および同等又はよシ低い動作インピー
ダンスを有するツェナー接合がそれによって得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は上部表面１１ａ　ｆ有する基板１１．基板電極
１２　、上部表面１１ａ上の誘電体層１３．拡散領域１
４゜拡散領域１４ヲ貫通して基板１１内に達してらる合
金領域１５および頂部表面接点１６からなる先行技術の
ツェナーダイオードの概略的断面図を示す。拡散領域は
深さ１４ａ　＠有し、合金領域１５は深さ１４ａよシ深
い深さ１５ａ　ｆ有する。典型的な構造では、基板１１
はＮ形シリコンであシ、拡散領域１４は大量にドープさ
れたｐ形であシ、合金領域１５は著しく（ｓｔｒｏｎｇ
ｌｙ）ドープされたｐ形である。アルミニウムは合金領
域１５ヲ形成するのに便利な材料でラシ、硼素は拡散領
域１４ヲドープするのに便利な不純物であシ、二酸化珪
素は誘電体層１３用に用いられ、金属層１６はＴｉ−Ｎ
ｉ−Ａｇ又はその他の金属とするのが便利である。基板
電極１２はまたＴｉ　−Ｎｉ　−Ａｇ又はその他の金属
で作ってもよい。１．８〜約１０ボルトの範囲のツェナ
ー電圧を有するデバイスはこの寸法で容易に製作される
。よシ高電圧のデバイスを製作するためには、領域１５
ヲ省略し、ｐ−ｎ接合を基板１１と拡散領域１４との間
に形成する。 第２図は本発明によシ作られた同等のツェナーダイオー
ドの断面図全概略図で示す。ダイオード加は上部表面３
１ａ　′ｆ：有する基板３１および下部電極３２ｔ−含
む。上部表面３１ａはその上に誘電体層おおよび上部電
極３６ｆ、有する。基板３０がシリコンでできている場
合には、二酸化珪素又は窒化珪素が誘電体３３に有用で
あシ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｇが上部電極３６および下部電極
３２に有用であるが、その他の材料も使用できる。一般
に拡散されているドープされた領域別は表面３１ａから
基板３１内へ貫通している。 ドープされた領域あは一般にガードリングと云われる。 領域あは一般に円形又は丸い角をもった矩形であるが、
これは絶対に必要なことではない。 領域別は任意の閉じた環状の形をしていてもよい。 イオン注入し活性化されたドープ領域あけドープした領
域３４内で側方に位置しておシ、上部電極あと接触して
いる。イオン注入し活性化されたドープ領域あの深さ３
５ａはドープした領域あの深さ３４＆よシ浅い。ドープ
した領域あは、領域あが表面３１ａと交差する箇所の近
くの領域あの周辺部においてではなくドープした領域あ
と基板３１との間の中央のｐ−ｎ接合インタフェース３
５ｂにおいて降伏が起きることを保証する。中央のｐ−
ｎ接合インタフェース３５ｂは環状のドープした領域詞
内において側方に位置している。 第３図Ａ〜第３図りは第２図に示した半導体接合を形成
する好ましい方法を示す。第３図Ａにおいては、基板３
１はその上に開口部２３ａ　ｔ−有する従来のマスキン
グ層２３ｔ−載せておシ、この開口部２３ａｔ−通して
ドープした領域あが一般的には拡散によって形成される
。次にマスク２３は、その周囲がドープした領域あよυ
上に出ている開口部３３ａ　ｔ−有する誘電体・層およ
゛びマスクあによって置換される（第３図Ｂ参照）。層
おは一般的には酸化珪素および／又は窒化珪素でできて
いる。矢印によって示されているイオン２８は従来のイ
オン２８は従来のイオン注入方法を用いて基板３１の表
面３１ａに向けられている。基板３１がＮ形である場合
には、硼素が便利なｐ形ドーパントであシ、これを技術
上周知の方法によシイオン注入してもよい。不純物イオ
ン２８は、その値が所望するツェナー特性に依存する所
定の用量まで領域２５０基板３１に注入される。典型的
な例、抵抗率０．０６７　ｏｈｍ−ｃｍのＮ形シリコン
の基板では、硼素　Ｂを約１００℃又はそれ以下の温度
で約ｌＸｌ０’／ａｍ”の用量まで８０ｋｅＶでイオン
注入した。これらの条件下では、注入された硼素は表面
３１ａの下部０．２８ミクロンのところでそのピーク濃
度を有する。注入された硼素濃度は、深さ２５ａにおけ
る破線２５ｂによって示されているように、約０．６５
ミクロンのところの背景基板の不純物濃度（例えば２　
Ｘ　１０　”／　ａｍ”　Ｎ形）に等しいレベルにまで
減少する。 不純物イオン囚が第３図Ｃに省着かれているように領域
２５の基板３１内に浸入すると、それらのイオンは中和
されて不純物イオンをつくる。注入が低温度で行われる
と、領域２５におけるこれらの注入不純物原子のうちで
電気的に活性なものは殆んどない、。更に、かなシの量
の注入損傷（ｉｍｐｌａｎｔｄａｍａｇｅ　）　、即ち
それがなければ殆んど完全な基板３１の結晶格子に対す
る活性イオン（ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｉｏｎｓ）　２８の
衝撃によって生じる損傷がある。注入されたま＼のデバ
イス（ａｓ−ｉｍｐｌａｎｔｅｌ　ｄｅｖｉｃｅ）は注
入不純物全活性化し注入損傷をアニールするために加熱
しなければならないというのは技術上周知である。この
活性化プロセスは、注入した原子が主として無作為の位
置から基板の結晶格子の置換位置へ移行できるようにす
ると考えられている。その結果は第３図りに概略的に示
されておシ、そこでは活性化加熱プロセスの結果として
深さあａの活性注入領域あが深さ２５ａの不活性注入領
域部から作られる。こ＼で用いである“活性化する”又
は”活性化″という術語は、イオン注入損傷をアニール
すること、および／又は注入されｆｃ原子を電気的に活
性にしてそれらの原子がドナー又はアクセプタとして機
能するようにすることを含むことが意図されている。両
方のプロセスははｙ同時に起きると考えられている。 半導体接合、特にツェナーダイオードの特性は活性化プ
ロセスが行われる速度によって影響されることが発見さ
れている。特に、活性化プロセスが数１０秒〜数秒又は
それ以下の程度の非命に短い時間で行われると優れた特
性のツェナーダイオードが得られることが発見されてい
る。このことは以前には知られておらず、又は認識され
てぃなかった。こ＼で用いられている術語”急速活性化
”は、活性化加熱が数１０秒又はそれ以下で行われるデ
バイス又はプロセス全天う。 本発明の方法によってえられる優れた特性は、非常に急
速な活性化が用いられるとイオン注入不純物分布が以前
には予想されなかった方法で変化する故に生じるものと
考えられる。特に、きわめて大きい傾斜定数が得られる
。傾斜定数とは、接合、即ち注入濃度が背景濃度と等し
い箇所における注入不純物濃度の傾斜でおる。 注入不純物が基板内によシ深く拡散しても傾斜定数は急
速活性化プロセスによって減少しないことが観察されて
いる。傾斜定数は増大するように思われる。このことは
予想しなかった結果であり、傾斜定数は注入後加熱の期
間中に注入不純物が基板内によシ深く拡散するにつれて
必然的に減少するという従来の考えと矛盾するものであ
る。本発明方法の結果として得られる非常に低い雑音パ
フォーマンスおよび改善された動２作インピーダンスも
また予想されなかった。という訳は、そのようなパフォ
ーマンスは、報告されている実験結果又は理論的解析に
基づくと、本発明の製作方法の結果として起きることは
先行技術においてはこれまでに知られている限シにおい
ては観察、示唆又は予測されていないからである。 第４図は本発明の方法による半導体接合、特にツェナー
ダイオードの急速活性化および特定の半導体−ドーパン
ト組合せに対する代表的な温度一時間プロフィール４０
゛ヲ示す。第４図の時間および温度はシリコン中硼素（
”Ｂ）の急速活性化に対するものである。硼素は１００
０〜１３００℃の間の温度に対して０．０８〜１．５　
ｍ１ｃｒｏｎ”７時間の範囲のシリコン中拡散率（ａｔ
ｆｆｕａｔｖｔｔｙ）　？有する。こ＼に教示したとこ
ろを基礎にして当業者は半導体および／又はその他のド
ーパントの他の選択に対しどのようにして温度一時間プ
ロフィールを作るかを理解するであろう。 実施例 下記はいくつかの相異なる条件について本発明の方法を
実施した実施例でおる。 一般に半導体ウェハであるイオン注入基板は最初ははＭ
ｕ温にある。例えば米国マサチューセッツ州グロスター
にあるパリアン−エクストリオン社（Ｖａｒｉａｎ−Ｅ
ｘｔｒｉｏｎ　）　Ｊｌｌ’のｌＡ２０Ｇ型急速等温ア
ニーリング装置のような急速加熱装置が、ウェハを急速
に加熱、冷却するのに用いられる。その他の市販されて
いるシステムも使用できる。ｌＡ２００装置においては
、加熱は排気された室に基板を入れることによって一般
に行われるので、基板は最初の接近では（ｔｏ　ａ　ｆ
ｉｓｔ　ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）放熱的に（ｒａ
ｄｉａｔｉｖｅｌｙ）その周囲に結合しているにすぎな
い。基板は低温、一般的にははｙ室温にある呈によって
取囲まれている。基板のイオン注入面は可動シャッタに
面している。シャッタのうしろには放射熱源があｐ、こ
の放射熱源は基板と同じか又はそれよ多大きい面積を有
し、その温度は所望する活性化温度と等しいか又はそれ
よシも高い。熱源の温度は目標温度と云われる。ウェハ
に供給される熱パルスの持続時間はシャッタを開閉する
ことによって制御される。 その他の型の装置は急速等温加熱を行うためにや＼異な
った方法を用いる。例えば強力な閃光電球（ｆｌａｓｈ
　ｌａｍｐ　）がしばしば用いられる。エネルギー全急
速に結合させるために閃光の持続時間および／又は強度
全変化させるので、ウェハを同等な方法で急速に加熱お
よび冷却することができる。 この型の装置では、排気された室は不必要である。 下記の説明においては、ｌＡ２００型装置に対応する方
法を述べである。゛これは単に例として述べているだけ
であシ、同等な温度一時間プロフィールは他の市販され
ている装置を用いて達成できることを当業者は理解する
であろう。 第４図のプロフィール４Ｏａ−Ｃは３つの相異なる目標
温度およびヒータ暴露時間に対するウエノ・温度一時間
プロフィールを示す。フロフィール４０ａの目標温度は
１２００℃、プロフィール４０ｂの目標温度は１１５０
℃、プロフィール４０ｃの目標温度は１１５０℃であっ
た。第４図に示しである温度は基板の背面、即ちシャッ
タおよびヒータの反対側の基板表面をみている光温度計
によって測定されている。 これらの試験に用いた温度計は約８７５℃以下の温度を
読取ることはできなかった。従って、第４図における実
線に対応する観察された温度プロフィール４０ａ−ｃは
約８７５℃から始っているが、第４図の破線によって示
されているように実線のウエノ・温度ははソ呈温から上
昇する。 ｌＡ２００装置のシャッタは速やかに開くので、基板の
イオン注入面は放射熱源に突然に暴露される。 シャッタの開きは第４図の時間１＝０に対応する。 閃光電球型システムの場合には、１＝０は閃光の開始に
対応する。ウェハ形基板の熱質量は非常に小さく、基板
は熱伝導的にはその周囲から絶縁されている。従って、
基板の温度は放射熱源の温度に向って非常に急速に上昇
する。約４秒以内に基板温度は温度計によって測定可能
な最低温度（８７５℃）以上に上昇する。 例えば１１５０℃の目標温度を有する温度一時間プロフ
ィール４０ｂについて考えてみよう。基板３１の温度は
温度一時間曲線４（ｌｋ＋の部分４０　ｂ　（ｕ）によ
って示されているように時間間隔４２ｂの期間中に活性
化温度４１ｂにまで上昇する。時間間隔４２ｂは時間零
から基板温度が所定の活性化温度４１ｂに達するまでの
間になっている。基板３１として直径１００ｍｍ。 厚さ２０ミル（０，５ｍｍ　）のシリコンウェハを用い
ると、基板３１は約８秒はどの短時間にはＶ室温から１
０５０〜１２００℃の範囲の活性化温度に加熱できるこ
とが発見された。目標温度が高ければ高い程、よυ速や
かに一定のピーク温度に達する。このことは温度一時間
プロフィール４０ａおよび４０ｂを比較すると判る。 時間４２ｂにおいてＩＡ　２００装置のシャッタは急速
に閉じるので、基板３１はもはやヒータに暴露されない
。閃光電球システムにおいては、閃光は時間４２ｂにお
いて消光又はしゃ断される。こ＼に用いられている６開
放シャッタ時間“という術語は、時間ｔ＝ｏから例えば
曲＃Ｊ４０ｂ、時間４２ｂＶｃオケるようにシャッタが
閉じられ又は閃光電球が消されてウェハへの熱入力がし
ゃ断されるまでの時間間隔を一般に云う。 熱入力が曲線４０ｂ上の時間４２ｂにおいてしゃ断゛さ
れると、ウェハ基板３１は活性化温度４１ｂに達してい
る。シャッタが閉じると、基板は再び低温環境にとシ囲
まれ、温度一時間曲線４０ｂの部分４０ｂ（ｄ）によっ
て示されるように基板３１の温度は今度は急速に低下す
る。温度が急速に低下するのは、基板３１は僅かな熱質
量と広い放熱面金有するからである。基板温度は例えば
シャッタを閉じることにょシ又は閃光電球をしゃ断する
ことによって放射熱エネルギー人力が終った後約２秒ま
でに９５０　ｕ以下に低下する。約９５０℃以下では温
度計は温度又は温度変化の速度を正確に測定できない。 実際の基板温度は破線によって概略的に示すように室温
に向って低下しつづける。 基板３１の温度が室温にまで完全に低下する必要はない
。不純物原子の再分布速度は成る臨界温度４３において
温度変化速度と比べると無視してもよい程の速度にまで
低下する。冷却速度は注入不純物原子が急速活性化後に
もはや著しくは移動しないようになるのに十分な程急速
であることが重要である。さもないと通常の拡散による
再分布が傾斜係数を減少させる。従って、基板３１の温
度が時間４４ａ−ｃにおいて臨界温度以下に急速に低下
することが重要である。シリコン中硼素の場合には、臨
界温度４３は９００〜１０００℃の範囲にある。臨界温
度４３に対応する時間４４ａ−ｃはヒータしゃ断時間４
２１Ｌ−ｅの２〜３秒以内に達しうろことが温度プロフ
ィール４０ａ−ｃから判る。基板温度は約５秒以内、で
きれば２〜３秒以内に９００〜１０００℃以下に低下す
ることが望ましい。基板３１は温度が基板３１の著しい
酸化が起きうる温度以下になった後の任意の時に悪影響
なしにシステムから除去することができる。基板３１の
著しい酸化が起きうる温度はシリコンでは約５００℃で
ある。 第５図は、８０ｋｅＶ　Ｂイオン　ｆ　Ｉ　Ｘ　１０　
ｔｏｎｓ／ａｍ”の用量まで８　Ｘ　１０”／　Ｃｍ５
Ｎ−ドープしたシリコンに注入した場合の濃度（ａ、ｔ
ｏｍｓ／Ｃｍ”）対深【（ミクロン）のグラフを示す。 曲線力は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）ｔ−用いて
測定した注入したま＼の濃度プロフィールである。曲線
５１および５２は第４図に関連して説明したような急速
活性化ステップ後に測定した濃度プロフィールである。 曲線５１は目標温度１１００℃で２０秒の開放シャッタ
時間に対する急速活性化に対応する。曲線５２ｉ目標温
度１２００℃で１５秒の開放シャッタ時間に対する活性
化に対応する。曲線５１および５２はＳＩＭＳ全用いて
測定した。ＳＩＭＳ技術は技術上周知である。線、５４
はＮ形基板の背景ドーピング密度を示し、この密度はこ
れらのサンプルでは約８　Ｘ　１０’／ａｍ”であった
。 傾斜定数１ａ”は下記の式によって与えられる。 ａ　＝　−ｄ　（Ｃ（Ｘ戸／ｄＸ、　ａｔ　ｘ＝Ｘｊ但
し、Ｃ（Ｘ）は濃度、Ｘは表面からの距離、ＸｊはＣ（
増か背景濃度ＣＢに等しい深度である。 Ｃ（Ｘ）　ｔ−第５図におけるようにグラフに描くと、
傾斜定数１４．　ａ　＝−２，’３　ｍ　ＣＢによって
与えられることが証明できる。但し、ｍは基板濃度ＣＢ
における濃度プロフィールに対する接線の傾斜である。 接線５０ａ＋　５１ａおよび５２ａはそれぞれ濃度プロ
フィール犯、５１および５２に対して示されている。 従来の拡散理論から予想されるように、第５図の活性化
プロフィール５１および５２のピーク濃度は注入された
ま＼のプロフィール犯のピーク濃度よシ低い。同じ〈従
来の理論から予想されるように、注入された不純物はひ
ろがシ、基板内に殆んど０．２ミクロンはどよシ深く拡
散する。 通常は不純物プロフィールの傾斜も同じく小さくなるも
のと予想される。予想に反してこのことは観察されなか
った。接線５１ａおよび５２ａは接線５０ａよシ大きい
傾斜を有することは第５図から明らかである。その差は
少なくとも５０％はある。急速活性化加熱後の傾斜定数
は注入されたま＼のプロフィールの傾斜定数よシ大きい
。傾斜定数の増大は最初の注入量に依存し、注入量が多
ければ多いほど傾斜定数の増大かえられる可能性が犬と
なシその増加も大きくなることが更に測定された。 注入量が少ないと、傾斜定数は増大しないかもしれない
。ピーク注入温度は１０　”ａｔｏｍｓ／　ｃｍ”以上
とすることが望ましい。発明されたプロセスによって得
ることができる大きな傾斜定数は優れた性質のツェナー
ダイオードを製作するのに有利である。 接合を作るのに急速活性化イオン注入不純物を用いると
、非常に低雑音の接合が得られることが発見されている
。第６図Ａ〜第６図Ｂは特定の雑音電圧金有する製造ロ
ットにおけるツェナーダイオード数の代表的ヒストグラ
ムを示す。第６図Ａは先行技術によって作ったデバイス
についてのものであシ、第６図Ｂは本発明によシ作った
デバイスについてのものである。第６図Ａのデータは拡
散によって製造したデバイスからとった。第６図Ｂのデ
ータは約Ｉ　Ｘ　１０　ａｔｏｍｓ／　ｅｍ”で８０　
ｋｅＶでシリコンに注入し約１５秒の開放シャッタ時間
に対し目標温度１２００℃で急速活性化した硼素（ｉｉ
　ｎ　）　＋用いて得た。両セットのデバイスははソ同
じツェナー電圧（約１２ボルト）ヲ有し、同じ方法によ
シそれぞれの製造ロットからぬきとり、不偏サンプルと
考えられるものが作られるようにした。これらのサンプ
ル全技術上周知の技術を用いて同じ方法で試験した。 雑音電圧Ｎｖは利得１００ヲ有する前置増幅器・加００
Ｈ２に中心のある２０００Ｈｚ帯域幅帯域フィルタおよ
びマイクロボルトの目盛のある真のＲＭ８電圧計を用い
て２５０マイクロアンペアの導電電流で測定した。雑音
密度Ｎｄは通常はマイクロボルト／サイクルの平方根帯
域幅で表わされる。第６図Ａ〜第６図Ｂの横軸に示され
ている測定された雑音電圧Ｎｖをマイクロボルト／サイ
クルの平方根帯域幅で表わされる雑音密度に変換するた
めには、銀の値（ボルト）に１　／　Ｃ１００Ｘ　（２
０００）％）　＝　２．２４　Ｘ　１０−’を乗算する
。第６図Ａ〜゛第６図Ｂのヒストグラムを構成している
データのサンプル数（ｎ）、平均値（Ｎｖ）およびアン
プル標準偏差（ｓ）は図に示されている。 先行技術デバイスからのヒストグラム（第６図Ａ）は雑
音電圧の幅広い分布を示しているが、本発明の教示によ
って作ったデバイスからのヒストグラム（第６図）はそ
れよりはるかに狭い分布の雑音電圧およびはるかに低い
全体的雑音電圧値を示している。下記の表においてデー
タが比較されている。 ５　１．１　０　５０ １０　２．２　０　６５ ２０　４．５　１０　７４ ４０　８．９　２９　８３ ６０　１３．４　４５　８７ 本発明は、低雑音電圧および非常に範囲が狭い雑音電圧
値グループ化を有するデノ（イスの非常に高い歩留シを
与えることは明らかである。同じサンプルからの他のツ
ェナーダイオ−トノくラメータの標準測定値は、本発明
の方法によシ作られたデバイス拡先行技術の方法によっ
て作られたデノ（イスに匹敵するか、又はより優れてい
ることを示した。他の点が同等であるとしても、ツェナ
ー特性の急激な変化点（ｋｎｅｅ）で測定した動作イン
ピーダンスＺｚｋ　ｔｒｉ本発明の方法によシ作ったデ
ノくイスの方が一般にや＼低かった。ツェナーダイオー
ドの特徴づけに一般に用いられるＺｚｋおよびその他の
パラメータの定義は、米国アリシナ州、フェニックスに
あるモトローラ社が１９８０年に発行したモトローラツ
ェナーダイオードマニアルに見出すことができる。　、 従って、本発明により低雑音半導体接合、特にツェナー
ダイオード接合のための改良された装置および方法が提
供されていることは明らかである。 更に、先行技術にお゛けるよシも低く狭い範咄に分類さ
れた雑音電圧（又は雑音値）および動作インピーダンス
値、および低雑音密度と動作インピーダンスでのよシ高
い歩留ルが他のデバイス特性又は歩留ｐの低下なしに得
られる改良された特性を有するツェナーダイオードのた
めの装置および方法が提供されている。 本発明金一部の推奨された材料、不純物およびデバイス
構成に関して説明したが、本発明の装置および方法は、
改良された性質、特に低雑音半導体接合を得ることが所
望される場合には、他の基・板および不純物材料、他の
形、および他のデバイス構成についても有用なことが当
業者によって理解されるであろう。更に、温度および時
間はシリコン中の硼素について示されているが、より大
きい傾斜定数および低雑音接合を得るためにイオン注入
不純物の非常に高速な活性化を用いるという本発明に教
示されている原理は多種類の半導体基板およびドーパン
ト材料および相異なる活性化装置に一般に適用可能であ
シ、他の材料および装置に対する活性化温度および時間
はこ＼に含壕れる教示を用いて決定できること紘当業者
には明らかであろう。従って、本発明の範囲内に入るも
のとしてそのようなすべての変形を含むことが意図され
ている。 第１図は、先行技術によって作られた合金ツェナーダイ
オードの断面図を概略図で示す。 第２図社、本発明によるイオン注入−急速活性化ツェナ
ーダイオードの断面図を概略図で示す。 第３図Ａ〜第３図りは、製造の相異なる段階における本
発明のイオン注入−急速活性化ツェナーダイオードの連
続断面図を概略図で示す。 第４図は、本発明によるツェナーダイオード又はその他
の半導体接合の急速活性化に対する温度一時間プロフィ
ールを示す。 第５図は、本発明の方法による注入した際のプロフィー
ルおよび急速活性化後のプロフィールに対するシリコン
中の硼紫の濃度対深度を示す。 第６図Ａ〜第６図Ｂは、先行技術によシ製造したデバイ
スおよび本゛発明によシ製造したデバイスに対する特定
の雑音電圧を有する製造ロット中のツェナーダイオード
数のヒストグラムを示す。 特許出願人　モトローラ・インコーボレーテツド代理人
弁理士　玉　蟲　久　五　部 （先行技術） 、ノ ニＥ”ｘｓａｓｃＥ 深　度（ミクロン） 二してｂココ−５ （ミリボルト）　Ｎｖ Ｉ工５　ａｓ　５’−２１ （ミ１ノボルト）　Ｎｖ −二Ｉ−テ５＝ｔ３Ｂ 第１頁の続き ｏ発　明　者　シト壷アール・ウィル ソン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の背景不純物濃度を有する半導体基板を準備す
   る工程と、 前記基板に不純物イオンを注入し、不純物原子の所定の
   注入したま＼の濃度プロフィールを得る工程と、 前記基板を上昇した温度にまで急速に加熱して前記不純
   物原子を活性化し、注入損傷を大幅にアニールし、前記
   背景濃度において前記不純物原子の濃度プロフィールの
   傾斜を小さくすることなしに前記濃度プロフィールの浸
   入深度を増大させる工程と、 その後で、前記基板中の前記の活性化不純物原子のそれ
   以上の拡散を終らせるほど急速に前記基板を冷却する工
   程と、を具備することを特徴とする低雑音半導体接合を
   作る方法。 ２、第１不純物の第１濃度の第１領域を有する半導体基
   板を準備する工程と、 第２不純物の第２濃度の第２領域を前記第１領域内にイ
   オン注入する工程と、 前記基板ヲ園秒以内に１０００℃を超える所望の活性化
   温度にまで加熱し、その後前記基板を５秒以内に１００
   ０℃以下に冷却する工程と、を具備することｔ−特徴と
   する低雑音半導体接合を作る方法。 ３、半導体基板を準備する工程と、 約１０”　ａｔｏｍｓ／　ａｍ’を超えるピーク値を有
   する濃度にまで不純物原子を前記基板内にイオン注入す
   る工程と、 約３０秒以下の第１時間の間、前記基板ｉ　１０００℃
   を超える温度にまで加熱し、前記不純物原子を活性化す
   る工程と、 その後前記基板を約５秒以下の第２時間にて約１０００
   ℃以下に冷却する工程と、を具備することを特徴とする
   半導体接合の傾斜定数を増大させる方法。