JPS61248521A - 半導体活性層の形成方法 - Google Patents
半導体活性層の形成方法Info
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- JPS61248521A JPS61248521A JP9135285A JP9135285A JPS61248521A JP S61248521 A JPS61248521 A JP S61248521A JP 9135285 A JP9135285 A JP 9135285A JP 9135285 A JP9135285 A JP 9135285A JP S61248521 A JPS61248521 A JP S61248521A
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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
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はイオン注入法を用いて半導体活性層を形成する
方法に関する。
方法に関する。
近年、半導体集積回路の高速化を目的として、ガリウム
砒素（以下Ｇ ａ Ａ ｓと記す）半導体を活性層に用
いるＧａＡｓ集積回路の開発が活発に行われている。Ｇ
ａＡｓ集積回路の基本素子としては電界効果トランジス
タが一般に用いられているが、かかる素子はＧａＡｓ基
板にｎ形不純物をイオン注入して形成したｎ形活性層上
に形成される。ＧａＡｓのｎ形不純物としては、８ ｙ
８ｅｊＴｅに代表されるＶＩ族元素がよく知られてい
る。
砒素（以下Ｇ ａ Ａ ｓと記す）半導体を活性層に用
いるＧａＡｓ集積回路の開発が活発に行われている。Ｇ
ａＡｓ集積回路の基本素子としては電界効果トランジス
タが一般に用いられているが、かかる素子はＧａＡｓ基
板にｎ形不純物をイオン注入して形成したｎ形活性層上
に形成される。ＧａＡｓのｎ形不純物としては、８ ｙ
８ｅｊＴｅに代表されるＶＩ族元素がよく知られてい
る。
ＶＩ族元素のイオン注入によシｎ形ＧａＡｓ層を形成す
る場合の問題点としては、注入不純物の電気的活性化に
必要なアニール温度が比較的高いことが挙げられる。Ｔ
、 Ｉｎａｄａ等はジャーナル・オプ・アプライド・フ
ィツクス（Ｊ、 ＡｐｐＪ、 Ｐｈｙｓ 、 ）１９７
８年第４９巻４５７１ページにおいてＢｅイオン注入Ｇ
ａ Ａ ｓの活性化には９００℃以上のアニール温度
が必要であることを報告している。またλＫｗｏｒ等は
ジャーナル・オプ・アプライド・フィツクス（Ｊ、 Ａ
ｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、） １９８２年第５３巻４７８
６ページにおいて、Ｓイオン注入Ｇ ａ Ａ ｓの活性
化にも９００℃以上のアニール温度が必要であることを
報告している。しかも、このように高いアニール温度を
用いても８ ｅ ＋８イオン注入層で得られる活性化率
は通常５０％以下と低い。これは、アニール時にＧ ａ
Ａ ｓ中に熱的に生成されるＡｓ空孔の量が注入され
たＶＩ族不純物濃度に比べて十分でないためＶＩ族不純
物の活性化に必要な人Ｓ空孔への不純物の置換が円滑に
行われないことによる。したがって、 ＶＩ族不純物の
Ａｓ空孔への置換を促進し活性化率を上げるためには、
アニール時のＧ ａ Ａ ｓのストイキオメトリをＧａ
過剰な状態にして多くの人Ｓ空孔をＧ ａ Ａ ｓ中に
生成させればよい。
る場合の問題点としては、注入不純物の電気的活性化に
必要なアニール温度が比較的高いことが挙げられる。Ｔ
、 Ｉｎａｄａ等はジャーナル・オプ・アプライド・フ
ィツクス（Ｊ、 ＡｐｐＪ、 Ｐｈｙｓ 、 ）１９７
８年第４９巻４５７１ページにおいてＢｅイオン注入Ｇ
ａ Ａ ｓの活性化には９００℃以上のアニール温度
が必要であることを報告している。またλＫｗｏｒ等は
ジャーナル・オプ・アプライド・フィツクス（Ｊ、 Ａ
ｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、） １９８２年第５３巻４７８
６ページにおいて、Ｓイオン注入Ｇ ａ Ａ ｓの活性
化にも９００℃以上のアニール温度が必要であることを
報告している。しかも、このように高いアニール温度を
用いても８ ｅ ＋８イオン注入層で得られる活性化率
は通常５０％以下と低い。これは、アニール時にＧ ａ
Ａ ｓ中に熱的に生成されるＡｓ空孔の量が注入され
たＶＩ族不純物濃度に比べて十分でないためＶＩ族不純
物の活性化に必要な人Ｓ空孔への不純物の置換が円滑に
行われないことによる。したがって、 ＶＩ族不純物の
Ａｓ空孔への置換を促進し活性化率を上げるためには、
アニール時のＧ ａ Ａ ｓのストイキオメトリをＧａ
過剰な状態にして多くの人Ｓ空孔をＧ ａ Ａ ｓ中に
生成させればよい。
Ｇ ａ Ａ ｓのストイキオメトリを制御しつつ、不純
物をイオン注入する方策として、半導体結晶の構成元素
と不純物の共注入法が従来提案されている。
物をイオン注入する方策として、半導体結晶の構成元素
と不純物の共注入法が従来提案されている。
例えば、Ｔ、 Ｉｎａｄａ等は、ラディエイション・エ
フェクツ（Ｒａｄｉａｔ、 Ｅｆｆｅｃｔｓ ） １９
８０年４８巻９１ページにおいて、ＧａＡｓへのＳｅお
よびＧａの共注入を報告している。 。
フェクツ（Ｒａｄｉａｔ、 Ｅｆｆｅｃｔｓ ） １９
８０年４８巻９１ページにおいて、ＧａＡｓへのＳｅお
よびＧａの共注入を報告している。 。
（香寸〒彼等はＧａイオンの注入によシ生じたＡｓ空孔
がＳｅイオンの活性化を促進するため、Ｓｅイオンの活
性化率が単独注入の場合より高くなることを実験的に確
認している。しかしながら、共注入ではイオン注入に際
して２塊類のイオン源を準備して２回のイオン注入工程
が必要であるため、製造工程が複雑になり生産性が上が
らない欠点を有していた。
がＳｅイオンの活性化を促進するため、Ｓｅイオンの活
性化率が単独注入の場合より高くなることを実験的に確
認している。しかしながら、共注入ではイオン注入に際
して２塊類のイオン源を準備して２回のイオン注入工程
が必要であるため、製造工程が複雑になり生産性が上が
らない欠点を有していた。
本発明の目的は、前記製造工程の複雑化に起因する欠点
を除去せしめて、ｖＩ族元素からなるｎ形不純物の１回
のイオン注入工程によシ高い活性化率および高いチャリ
ア濃度を有するｎ形Ｇ ａ Ａ ｓ層を形成する方法を
提供することにある。
を除去せしめて、ｖＩ族元素からなるｎ形不純物の１回
のイオン注入工程によシ高い活性化率および高いチャリ
ア濃度を有するｎ形Ｇ ａ Ａ ｓ層を形成する方法を
提供することにある。
本発明によれば、Ｘ−Ｖ族半導体単結晶基板にｎ形不純
物となり得る■族元素をイオン注入する工程において、
該半導体基板表面を■族元素よりなる窒化膜で覆ったの
ち、イオン注入を行うことを特徴とする半導体活性層の
形成方法が得られる。
物となり得る■族元素をイオン注入する工程において、
該半導体基板表面を■族元素よりなる窒化膜で覆ったの
ち、イオン注入を行うことを特徴とする半導体活性層の
形成方法が得られる。
本発明は、多層膜より成るターゲット材料にイオン注入
した時に生じる反跳原子（以後リコイル原子と記す）に
よるイオン注入（以後リコイル注入と記す）を利用する
ものである。
した時に生じる反跳原子（以後リコイル原子と記す）に
よるイオン注入（以後リコイル注入と記す）を利用する
ものである。
例として、二層構造（半導体基板上に表面膜を被着させ
た構造）より成るターゲットに一部イオンが入射する場
合を考える。表面膜中に入射した一部イオンは表面膜を
構成する元素と核衝突を起こし、自らのエネルギの一部
を放出すると同時に表面膜の構成元素にその放出エネル
ギを与えてリコイル原子をつくる。このリコイル原子の
エネルギが抄面膜中を貫通し得るだけの投影飛程を与え
る場合、このリコイル原子は半導体基板内に到達し、リ
コイル注入が起こる。
た構造）より成るターゲットに一部イオンが入射する場
合を考える。表面膜中に入射した一部イオンは表面膜を
構成する元素と核衝突を起こし、自らのエネルギの一部
を放出すると同時に表面膜の構成元素にその放出エネル
ギを与えてリコイル原子をつくる。このリコイル原子の
エネルギが抄面膜中を貫通し得るだけの投影飛程を与え
る場合、このリコイル原子は半導体基板内に到達し、リ
コイル注入が起こる。
本発明では、ＧａＡｓ基板上に被着した窒化ガリウム（
以後、ＧａＮと記す）膜を通して■族元素（例えばＳｅ
）をイオ宅人し、Ｓ ｅ ｆ：ＧａＡｓにイオン注入す
ると同時にＧａＡｓ膜からＧａ原子がＧ ａ Ａ ｓに
リコイル注入される効果を利用する。
以後、ＧａＮと記す）膜を通して■族元素（例えばＳｅ
）をイオ宅人し、Ｓ ｅ ｆ：ＧａＡｓにイオン注入す
ると同時にＧａＡｓ膜からＧａ原子がＧ ａ Ａ ｓに
リコイル注入される効果を利用する。
以下に本発明を実験事実とともに、第１図に示す実施例
を用いて説明する。使用した基板は面方位（１ｏｏ）の
Ｌ Ｆｉ Ｃ（Ｌｉｇｕｉｄ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅ
ｄＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ）法アンドーグＧａＡｓ
基板である。
を用いて説明する。使用した基板は面方位（１ｏｏ）の
Ｌ Ｆｉ Ｃ（Ｌｉｇｕｉｄ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅ
ｄＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ）法アンドーグＧａＡｓ
基板である。
ＧａＮ膜の形成には、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）と
アンモニア（ＮＨ３）の７００°Ｃにおける熱分解Ｃｖ
′Ｄ法を用い、ＧａＡｓ基板１上にＧａＮ膜２を８０
ｎｍ堆積させる（第１図ａ）。その後、ＧａＮ膜２を通
してＳｅイオン３ ｆ ２００ ＫｅＶでＩ Ｘ １０
Ｉ４ｃＴｎ”室温で注入し、イオン注入層４を形成する
（第１図ｂ）。イオン注入後、ＧａＮ膜２を除去しく第
１図ｃ）、新たにアニール保挿膜５としてＣＶＤシリコ
ン窒化膜を１００ ｎｍ堆積する（第１図ｄ）。なお、
アニール保護膜としては、ＧａＮ膜２を除去せずそのま
ま使用してもよい。アニールは９００℃で１５分間、純
化水素雰囲気中で行い、アニール後、保護膜を除去し第
１図（ｅ）、ホール測定によりシートキャリア濃度を測
定した。得られたシートキャリア濃度は３，１〜３．５
ＸＩＱ＋ｓｃＭ−２であり、ＧａＮ膜中に打ち込まれた
Ｓｅの注入量を考慮して活性化率を見積ると４１〜４６
チとなる。一方、ＧａＮ膜を通さず直接ＧａＡｓＫＳｅ
イオンを注入した場合の活性化率は約２０俤である。
アンモニア（ＮＨ３）の７００°Ｃにおける熱分解Ｃｖ
′Ｄ法を用い、ＧａＡｓ基板１上にＧａＮ膜２を８０
ｎｍ堆積させる（第１図ａ）。その後、ＧａＮ膜２を通
してＳｅイオン３ ｆ ２００ ＫｅＶでＩ Ｘ １０
Ｉ４ｃＴｎ”室温で注入し、イオン注入層４を形成する
（第１図ｂ）。イオン注入後、ＧａＮ膜２を除去しく第
１図ｃ）、新たにアニール保挿膜５としてＣＶＤシリコ
ン窒化膜を１００ ｎｍ堆積する（第１図ｄ）。なお、
アニール保護膜としては、ＧａＮ膜２を除去せずそのま
ま使用してもよい。アニールは９００℃で１５分間、純
化水素雰囲気中で行い、アニール後、保護膜を除去し第
１図（ｅ）、ホール測定によりシートキャリア濃度を測
定した。得られたシートキャリア濃度は３，１〜３．５
ＸＩＱ＋ｓｃＭ−２であり、ＧａＮ膜中に打ち込まれた
Ｓｅの注入量を考慮して活性化率を見積ると４１〜４６
チとなる。一方、ＧａＮ膜を通さず直接ＧａＡｓＫＳｅ
イオンを注入した場合の活性化率は約２０俤である。
これより、本発明の方法を用いることにより約２倍の活
性化率の改善が得られておシ、本発明の有用性が実証さ
れた。
性化率の改善が得られておシ、本発明の有用性が実証さ
れた。
本発明は、リコイル注入により半導体結晶のストイキオ
メトリを制御するものであシ、この原理は、Ｎ−Ｖ族半
導体結晶固有のものである。したがって、本発明はＧ
ａ Ａ ｓ以外の他のＮ−Ｖ族半導体、例えば、ＩｎＰ
やＧａＡ／Ａｓ等にも適用できることは言うまでもない
。
メトリを制御するものであシ、この原理は、Ｎ−Ｖ族半
導体結晶固有のものである。したがって、本発明はＧ
ａ Ａ ｓ以外の他のＮ−Ｖ族半導体、例えば、ＩｎＰ
やＧａＡ／Ａｓ等にも適用できることは言うまでもない
。
本発明の方法を用いれば、イオン注入層の活性化率を上
昇させることができ、キャリア補償が少なく高チャリア
濃度で高移動度をもつれ形イオン注入層を得るこ−とが
できる。これらの特長は、デバイスの高性能化、高信頼
化に大きく寄与するものである。しかも本発明では上記
した多くの特長をたった１回のイオン注入工程によシ実
現することができ、従来の２重注入法に比べて製造上の
工数を大巾に短縮することができる。
昇させることができ、キャリア補償が少なく高チャリア
濃度で高移動度をもつれ形イオン注入層を得るこ−とが
できる。これらの特長は、デバイスの高性能化、高信頼
化に大きく寄与するものである。しかも本発明では上記
した多くの特長をたった１回のイオン注入工程によシ実
現することができ、従来の２重注入法に比べて製造上の
工数を大巾に短縮することができる。
１・・・・・・Ｇ ａ Ａ ｓ基板
２・・・・・・窒化ガリウム膜
３・・・・・・注入イオン
４・・・・・・イオン注入層
５・・・・・・アニール保護膜
、−ｍ−
亭 １
言〒
１二１
〒１
０囚歪■Ｓ嬰双釈
１ミミ玉 イオン注入層
ト：
Ｌニ
ド４
Claims (1)
- III−Ｖ族半導体単結晶基板にｎ形不純物となり得るVI
族元素をイオン注入する工程において、該半導体基板表
面をIII族元素よりなる窒化膜で覆ったのち、イオン注
入を行うことを特徴とする半導体活性層の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9135285A JPS61248521A (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | 半導体活性層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9135285A JPS61248521A (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | 半導体活性層の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61248521A true JPS61248521A (ja) | 1986-11-05 |
Family
ID=14024005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9135285A Pending JPS61248521A (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | 半導体活性層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61248521A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100674576B1 (ko) * | 2000-07-07 | 2007-01-25 | 학교법인연세대학교 | ｐ형 Ⅲ－Ⅴ족 질화물계 화합물 반도체의 도핑농도 향상방법 |
-
1985
- 1985-04-26 JP JP9135285A patent/JPS61248521A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100674576B1 (ko) * | 2000-07-07 | 2007-01-25 | 학교법인연세대학교 | ｐ형 Ⅲ－Ⅴ족 질화물계 화합물 반도체의 도핑농도 향상방법 |
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