JPH03136235A - Ｐｎ接合形成法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＰＮ接合形成法に関する。

［従来の技術］ 従来、特定の元素をＳｉウェーハなどの表面に打ち込む
ことによってドーピングを行なう方法として、イオン注
入法が知られている。即ち、基板であるＳｉウェーハに
Ｂ、Ｐ、Ａｓなどの元素をイオン注入することにより、
所定の半導体接合素子を形成するのである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のイオン注入法では、注入されたイ
オンが基板表面の一定の深さのところに偏って集るとい
う問題があり、必ずしも電気的特性の点で満足すべきも
のとはならなかった。そこで、注入されたイオンを均一
拡散させる処理がさらに必要となる。しかし、注入層の
みを確実に均一拡散する処理は必ずしも容易ではなく、
十分なものとはなり難かった。

上記従来技術の課題に鑑み、本発明の目的は、Ｐ型半導
体、たとえばＳｉウェーハなどの表面に均一なミキシン
グ層を形成し、電気的に安定で優れた薄膜状のＮ型半導
体を作成することによりＰＮ接合を形成する方法を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明にかかるＰＮ接合形成
法の特徴構成は、Ｐ型半導体表面上にイオンの注入と真
空蒸着を同時に行なうことにより薄膜状のＮ型半導体層
を形成する点にある。

このうち、Ｐ型半導体表面上に形成される薄膜状のＮ型
半導体層がＡＩＮからなるとともに、Ｎ／Ａｌが２．０
〜１５．０の比率であると、とくに好ましい ［作用・効果］ つぎに、本発明にがかるＰＮ接合形成法の作用効果を説
明する。

本発明にがかるＰＮ接合形成法は、Ｐ型半導体表面上に
イオンの注入と真空蒸着を同時に行なうことによる。こ
のような方法として、いわゆるダイナミックミキシング
法あるいはＩ　Ｖ　Ｄ　（Ｊｏｎ　ａｎｄＶａｐｏｒ　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と称されるもの（Ｍ、　５ａ
ｔｏｕ。

Ｋ、Ｆｕｋｕｉ　ａｎｄ　Ｆ、Ｆｕｊｉｍｏｔｏ、Ｐｒ
ｏｃ、、５ｔｈ　Ｓｙｍｐ、　ｌ５ＩＡＴ。

３４９頁）がある、この方法であると、注入イオンが特
定の深さのところで偏って集ることがない。

即ち、この方法では、真空蒸着とイオン注入とが同時に
行なわれるので、薄膜形成の過程で蒸着原子と注入イオ
ンとが均一に混合されながら所定の厚みの薄膜が形成、
成長するのである（第２図）。

同図で、１は基板を形成する原子、２は注入イオン、３
は蒸着原子である。したがって、蒸着原子と注入イオン
の混合比も一定の関係が維持されることとなる。

さらに、基板の表層は、蒸着原子と注入イオン及び基板
原子とが十分にミキシングされ混合層を形成するので、
基板と薄膜との密着性が極めて強固なものとなっている
。

蒸着原子と注入イオンの混合比は、イオン注入の条件あ
るいは蒸着条件を制御することにより、精度よく容易に
調整することができる。

本発明が、注入する元素の選択が容易であり、目的に応
じて各種の表層を形成することができるのみならず表層
形成元素の一部がイオン状態であることから極めて活性
であるという、イオン注入技術を利用しているので、ミ
キシングされた基板との一体性が良く、２種以上のイオ
ンをミキシングしても基板に確実に所望の金属間化合物
層を形成させることができるのである。

本発明による方法によれば、ＣＶＤ法によるＰＮ接合形
成法のような加熱の必要がないので、必要な熱処理を行
った後に薄膜形成処理を行うことができる。

Ｐ型半導体表面上に形成される薄膜状のＮ型半導体層が
ＡＩＮからなるとともに、Ｎ／Ａｌが２゜０〜１５．０
の比率であると、好ましい整流特性が得られる。

［実施例］ 以下に、本発明にかかるＰＮ接合形成法の一実施例を、
図面を参照して詳細に説明する。

基板としては、面方位が（１００）であるＰ型Ｓｔウェ
ーハ単結晶を用い、この表面に窒化アルミニウム薄膜層
を形成する方法を例にとった。

まず、本発明に用いたイオン注入装置について説明する
。

第１図に、本発明に用いたイオン注入装置の概略構成を
示す、この装置は、イオン源（５）として冷陰極型イオ
ン源を用い、このイオン源（５）から出たイオンは質量
分析系（６）によって注入したいイオンのみを取り出し
て試料台（１７）に載置された試料（７）に注入するよ
うになっている。したがって、予定していない不純物元
素は質量分析系（６）によってふるい分けられ、試料（
７）には不純物元素が混入しないのである。さらに、選
択したイオンの電流密度を制御することによって、試料
表層で形成される化合物薄膜の組成比を制御できるよう
になっている。

図中（１４）はバルブであり、（８）は試料（７）に照
射されるイオン電流を正確に知るための追い返し電極で
、これに試料（７）における電流密度および均質な照射
領域を得るためのレンズ作用を持たせたものである０図
中（９）は、試料（７）に照射されるイオン電流を測定
するための電流積算計である。

他方、イオン源（５）からのイオンとともに、試料（７
）の表層に別イオンをミキシングさせるため、チャンバ
ー（ｌＯ）内に電子ビーム蒸着装置（１１）を設置しで
ある。電子ビーム蒸着装置（１１）を用いれば、蒸着速
度を電子ビーム電流の調整により容易に制御できて都合
がよい、チャンバー（１０）内には、電子ビーム蒸着装
置（１１）による試料表層の蒸着量を測定するため、石
英板を備えた水晶振動型膜厚計（１２）も設置されてい
る。これは水晶振動子の振動数変化によって蒸着膜厚を
正確に測定できるのである０図中（１３）は、チャンバ
ー（１０）内を排気するための細流分子ポンプ（図示せ
ず）に接続する排気口で・ある、もっとも、別イオンを
混合させるための蒸着装置は、上記したように電子ビー
ム蒸着装置に限られず、通常の蒸着装置であってもよい
。

次に、上記イオン注入装置を用いて、Ｐ型半導体表面上
に薄膜状のＮ型半導体層を形成する方法を説明する。

超音波洗浄が施されたＰ型Ｓｔウェーハ単結晶をイオン
注入方向に向けて試料台に設置する。装置内を密封した
後、ターボ分子ポンプによって５Ｘ　１０　＝Ｔｏｒｒ
程度になるまで排気した。ついで、蒸着物質であるＡ１
に吸蔵されている気体分子を除去するため、基板にシャ
ッターをしたま５蒸着装置に載置されたＡＩを予備加熱
した。しかる後、Ａ１蒸着量は膜厚計で、またＮイオン
量は電流積算計で夫々調整しながらシャッターを開放し
てミキシング処理を実施した。

Ｐ型Ｓｉウェーハ上に作成したＡ　Ｉ　Ｎｌ膜の各種作
成条件を第１表に示す。

上記条件でＰ型Ｓｉウェーハ上に形成したＡＩＮ薄膜に
ついて、−１９６，２０，１００℃の各温度にて電気的
特性（電圧−電流特性）を測定した。その結果を第３図
〜第７図に示す。

いずれの試料も−１９６，２０℃の各温度においては、
顕著な整流特性を示すことがわかる。

尚、Ｐ型Ｓｉウェーハ上に形成されたＡＩＮ薄膜がＮ型
であることは、熱電効果によって確認された。

本発明を実施するＳＬウェー八への結晶方位が、（１０
０）に限られるものでないことは言うまでもない。

更に、Ｐ型半導体としてはＰ型Ｓｉウェーハに限られず
、Ｎ型半導体層としてはＡＩＮからなるものに限られる
ものではない、Ｎ型半導体層として、例えばＭｇ、Ｉ　
ｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｓｂ。

Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属原子とＮ原子とのミキシン
グ層が形成されたものからなるものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に用いたイオン注入装置の概略構
成図、 第２図は第１図の装置により基板にミキシング層が形成
される状態を示す模式図、 第３図は試料Ａの電圧−電流曲線を表す図、第４図は試
料Ｂの電圧−を流面線を表す図、第５図は試料Ｃの電圧
−電流曲線を表す図、第６図は試料りの電圧−電流曲線
を表す図、第７図は試料Ｅの電圧−を流面線を表す因で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｐ型半導体表面上にイオンの注入と真空蒸着を同時
   に行なうことにより薄膜状のＮ型半導体層を形成するＰ
   Ｎ接合形成法。
2. ２．Ｐ型半導体表面上に形成される薄膜状のＮ型半導体
   層がＡＩＮからなるとともに、Ｎ／Ａｌが２．０〜１５
   ．０の比率である請求項１記載のＰＮ接合形成法。