JPS61220341A - 半導体材料特性の制御方法 - Google Patents
半導体材料特性の制御方法Info
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- JPS61220341A JPS61220341A JP6169585A JP6169585A JPS61220341A JP S61220341 A JPS61220341 A JP S61220341A JP 6169585 A JP6169585 A JP 6169585A JP 6169585 A JP6169585 A JP 6169585A JP S61220341 A JPS61220341 A JP S61220341A
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-
- 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
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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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】
〔発明の技術分野〕
本発明は半導体材料の電気的・光学的特性を制御する半
導体材料特性の制御方法に関するものである。
導体材料特性の制御方法に関するものである。
半導体の電気的・光学的特性を制御する最も一般的な方
法はバンドギャップ中にエネルギ準位を導入することで
ある。エネルギ準位の導入はアクセプタ（シリコンを例
にとれば■族元素）あるいはドナ（Ｖ族元素）を不純物
として添加することにより行なわれ、これによ９２厘あ
るいはＮｆｉの半導体基板はそれぞれ作られる。この基
板にさらに局所的にエネルギ準位を導入し、面内および
厚さ方向に隣接した微細なＰ型やＮ型の領域、即ちＰＮ
接合を形成することによりＬＳＩに代表される半導体素
子は作製される。そこで、素子作製に当りては、エネル
ギ準位を空間約に選択性高くかつ高精度に基板に導入・
消去する必要がちシ、このため素子作製技術には、上記
の不純物を局所的に必要な濃度だけ導入できることが要
求されている。
法はバンドギャップ中にエネルギ準位を導入することで
ある。エネルギ準位の導入はアクセプタ（シリコンを例
にとれば■族元素）あるいはドナ（Ｖ族元素）を不純物
として添加することにより行なわれ、これによ９２厘あ
るいはＮｆｉの半導体基板はそれぞれ作られる。この基
板にさらに局所的にエネルギ準位を導入し、面内および
厚さ方向に隣接した微細なＰ型やＮ型の領域、即ちＰＮ
接合を形成することによりＬＳＩに代表される半導体素
子は作製される。そこで、素子作製に当りては、エネル
ギ準位を空間約に選択性高くかつ高精度に基板に導入・
消去する必要がちシ、このため素子作製技術には、上記
の不純物を局所的に必要な濃度だけ導入できることが要
求されている。
従来の素子製作技術ではＰ型あるいはＮ型基板の表面を
局所的に被覆しドナあるいはアクセプタをイオン注入あ
るいは拡散により必要な濃度になるまで導入し、ＰＮ接
合を局所的に形成していた。しかし、このＰＮ接合形成
のための不純物添加の工程は、基板全体を高温で熱処理
する工程を含むため材料特性の劣化を生じる、伝導型の
反転に多量の不純物導入による電荷の補償を用いるため
基板の電気特性を劣化させる、局所的な不純物添加に複
雑な工程が必要とな〕製品コストが高くなる、大炎シな
装置が必要となるため製品コストが高くなる、等の工程
に起因する欠点に加え、イオン注入や拡散等による不純
物の侵入深さが浅いため、基板表面から深い領域におよ
ぶ半導体接合が作製できないという本質的な問題点もあ
りだ。
局所的に被覆しドナあるいはアクセプタをイオン注入あ
るいは拡散により必要な濃度になるまで導入し、ＰＮ接
合を局所的に形成していた。しかし、このＰＮ接合形成
のための不純物添加の工程は、基板全体を高温で熱処理
する工程を含むため材料特性の劣化を生じる、伝導型の
反転に多量の不純物導入による電荷の補償を用いるため
基板の電気特性を劣化させる、局所的な不純物添加に複
雑な工程が必要とな〕製品コストが高くなる、大炎シな
装置が必要となるため製品コストが高くなる、等の工程
に起因する欠点に加え、イオン注入や拡散等による不純
物の侵入深さが浅いため、基板表面から深い領域におよ
ぶ半導体接合が作製できないという本質的な問題点もあ
りだ。
ＰＮ接合の形成にドナ不純物を用いない方法として、シ
リコン中のドナタイプの欠陥を活用する次のような方法
が提案された。シリコン中の酸素は単独ではエネルギ準
位を形成しないが、複数個集合し結晶欠陥を形成すると
ドナ（酸素ドナ欠陥）となることおよび高温の熱処理に
よ）消去することができることが知られている。
リコン中のドナタイプの欠陥を活用する次のような方法
が提案された。シリコン中の酸素は単独ではエネルギ準
位を形成しないが、複数個集合し結晶欠陥を形成すると
ドナ（酸素ドナ欠陥）となることおよび高温の熱処理に
よ）消去することができることが知られている。
提案者はＰ型引上げ結晶中の酸素濃度を育成条件により
周期的に変化させ、然る後に酸素ドナを発生させる熱処
理を施すことにより酸素ドナ欠陥濃度の周期的変動を結
晶引上げ方向に形成したカイその他、アイイイイ・トラ
ンサクシ。
周期的に変化させ、然る後に酸素ドナを発生させる熱処
理を施すことにより酸素ドナ欠陥濃度の周期的変動を結
晶引上げ方向に形成したカイその他、アイイイイ・トラ
ンサクシ。
ンズＥＤ−２７，１３０６，１９８０（Ｃｈｌ ａｔ
ａｌ、ＩＬｌｌｉｍ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＥＤ−
２７，１３０６（１９８０））、これにより結晶育成時
に均一に導入したアクセプタと酸素ドナ欠陥によりＰＮ
接合を形成した。提案者はさらに、Ｐｉ基板に酸素をイ
オン注入し酸素ドナ欠陥を形成することにより、同様に
ＰＮ接合の形成を報告しているカイその他、アプライド
・フィジックス。
ａｌ、ＩＬｌｌｉｍ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＥＤ−
２７，１３０６（１９８０））、これにより結晶育成時
に均一に導入したアクセプタと酸素ドナ欠陥によりＰＮ
接合を形成した。提案者はさらに、Ｐｉ基板に酸素をイ
オン注入し酸素ドナ欠陥を形成することにより、同様に
ＰＮ接合の形成を報告しているカイその他、アプライド
・フィジックス。
レター４０，４２０．１９８２（Ｃｂｌ ａｔ ｉｌ、
Ａｐｐｌ、Ｐｂｙｓ、Ｌｅｔｔ。
Ａｐｐｌ、Ｐｂｙｓ、Ｌｅｔｔ。
４０．４２０（１９８２））、しかし、いずれの方法も
酸素ドナ欠陥の導入のみを活用したもので、この欠陥の
持つ電荷補償を用いずに熱処理によル消去できるという
特徴を生かしていない。また前者においては酸素濃度不
均一分布が結晶育成時の育成速度変動によって導入され
るため基板径方向においてＦｉＰＮ接合を形成すること
ができず、酸素ドナ欠陥分布形成の空間的な制御精度が
低く、後者においては、その精度は高いもす喀オン注入
装置を使用する点で従来の手法と大きな相違はない。
酸素ドナ欠陥の導入のみを活用したもので、この欠陥の
持つ電荷補償を用いずに熱処理によル消去できるという
特徴を生かしていない。また前者においては酸素濃度不
均一分布が結晶育成時の育成速度変動によって導入され
るため基板径方向においてＦｉＰＮ接合を形成すること
ができず、酸素ドナ欠陥分布形成の空間的な制御精度が
低く、後者においては、その精度は高いもす喀オン注入
装置を使用する点で従来の手法と大きな相違はない。
また基板面内の局所的な領域を深いところまでＰＮ接合
を作製したというような報告はない。
を作製したというような報告はない。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、所謂ドナ
不純物を用いずに、かつ任意の深さに半導体接合を作製
し得る半導体材料特性の制御方法を提供することを目的
とするものでア）。
不純物を用いずに、かつ任意の深さに半導体接合を作製
し得る半導体材料特性の制御方法を提供することを目的
とするものでア）。
以下に図面について詳細に説明する。
、 第５図および第６図は本発明者により明らかにされ
たシリコン中の酸素ドナ欠陥の最大濃度の熱処理温度依
存性およびこの最大濃度に達するに要する熱処理時間を
それぞれ示しているフィジカル・レビュー・Ｂ−３０，
５８８４，１９８４（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｌｅｗ
Ｂ−３０，５８８４（１９８４））。基板の酸素濃度
が０．５．１，２Ｘ１０ ｅＭ の場合を示してい
る。これらの図より低温はど酸素ドナ欠陥の濃度は高く
なること、また最大濃度に達するに必要な時間が長くな
ることが定量的に示される。例えば、４５０度Ｃの熱処
理では約１ｏ”ｂｔｉ３の酸素ドナ欠陥が約８０時間で
発生すること、また、発生したドナ欠陥は１４００度Ｃ
の熱処理では１０−５秒穆度の短時間で１０ ” ｏｎ
−３程度の低濃度に低減されることが分る。したがって
、これらの図忙示される条件で低温の熱処理を行なうこ
とｋよ）酸素ドナ欠陥をシリコン中に必要な濃度だけ意
図的に導入し１次に同図に示される条件で高温の熱処理
を局所的に行なうことにより酸素ドナ欠陥濃度分布を局
所的に制御することができる。このための手順を第１図
に示す。
たシリコン中の酸素ドナ欠陥の最大濃度の熱処理温度依
存性およびこの最大濃度に達するに要する熱処理時間を
それぞれ示しているフィジカル・レビュー・Ｂ−３０，
５８８４，１９８４（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｌｅｗ
Ｂ−３０，５８８４（１９８４））。基板の酸素濃度
が０．５．１，２Ｘ１０ ｅＭ の場合を示してい
る。これらの図より低温はど酸素ドナ欠陥の濃度は高く
なること、また最大濃度に達するに必要な時間が長くな
ることが定量的に示される。例えば、４５０度Ｃの熱処
理では約１ｏ”ｂｔｉ３の酸素ドナ欠陥が約８０時間で
発生すること、また、発生したドナ欠陥は１４００度Ｃ
の熱処理では１０−５秒穆度の短時間で１０ ” ｏｎ
−３程度の低濃度に低減されることが分る。したがって
、これらの図忙示される条件で低温の熱処理を行なうこ
とｋよ）酸素ドナ欠陥をシリコン中に必要な濃度だけ意
図的に導入し１次に同図に示される条件で高温の熱処理
を局所的に行なうことにより酸素ドナ欠陥濃度分布を局
所的に制御することができる。このための手順を第１図
に示す。
即ち、基板には？ロン濃度が１ｏ１５α−３で酸素ドナ
欠陥の原因となる酸素濃度が１０ ’ ”ｃｍ−’のＰ
型シリコン基板１を用いた。次に、熱処理工程２で酸素
ドナ欠陥を発生させるため基板をアルゴン雰囲気中で４
５０度Ｃで７０時間熱処理した。
欠陥の原因となる酸素濃度が１０ ’ ”ｃｍ−’のＰ
型シリコン基板１を用いた。次に、熱処理工程２で酸素
ドナ欠陥を発生させるため基板をアルゴン雰囲気中で４
５０度Ｃで７０時間熱処理した。
この処理により基板を酸素ドナ欠陥濃度１０ ”ｃｍ−
３のＮ型シリコン基板３にした。次にレーデ照射工程４
で第２図に示すように酸素ドナ欠陥を局所的に消去する
ためＹＡＧレーザ（波長０．５３μｍ。
３のＮ型シリコン基板３にした。次にレーデ照射工程４
で第２図に示すように酸素ドナ欠陥を局所的に消去する
ためＹＡＧレーザ（波長０．５３μｍ。
強度４０ ｍＷ ）のビーム（径： ０．１ ｗｍ ）
４ 子基板３上を０．２ｍの間隔でスキャンすること
（スキャン速度：１ｍ／秒）により局所的な熱処理を行
なった。５／ｆｉレーデ照射領域でるる、最後釦、抵抗
測定（ＳＲ）工程６でスキャンの方向と直角に基板のキ
ャリア濃度の変動を拡がシ抵抗測定（ＳＲ）法により測
定した。第２図の基板３はチ璽りラルスキ法によル育成
したＰ型シリコン結晶である。この例では基板３がシリ
コンの融点、るように１０−５秒間レーザ・母ルスを繰
返し照射しながら、レーザビームをスキャンした。第３
図はレーザ照射後、基板３のレーデ照射領域（Ｐ領域）
５およびレーデ非照射領Ｍ（Ｎ領域）３のキャリヤ濃度
をＳＲ法により測定した結果を示している。レーザ照射
領域５は酸素ドナ欠陥が低減されて１０ ｃｍ の
Ｐ型となシ、照射・非照射領域の間九ＰＮ接合７ができ
ている。このことから、複雑なマスク工程なしＩ／ｃＰ
Ｎ接合を形成することができることがわかる。さらに。
４ 子基板３上を０．２ｍの間隔でスキャンすること
（スキャン速度：１ｍ／秒）により局所的な熱処理を行
なった。５／ｆｉレーデ照射領域でるる、最後釦、抵抗
測定（ＳＲ）工程６でスキャンの方向と直角に基板のキ
ャリア濃度の変動を拡がシ抵抗測定（ＳＲ）法により測
定した。第２図の基板３はチ璽りラルスキ法によル育成
したＰ型シリコン結晶である。この例では基板３がシリ
コンの融点、るように１０−５秒間レーザ・母ルスを繰
返し照射しながら、レーザビームをスキャンした。第３
図はレーザ照射後、基板３のレーデ照射領域（Ｐ領域）
５およびレーデ非照射領Ｍ（Ｎ領域）３のキャリヤ濃度
をＳＲ法により測定した結果を示している。レーザ照射
領域５は酸素ドナ欠陥が低減されて１０ ｃｍ の
Ｐ型となシ、照射・非照射領域の間九ＰＮ接合７ができ
ている。このことから、複雑なマスク工程なしＩ／ｃＰ
Ｎ接合を形成することができることがわかる。さらに。
この例に示されるようにＰ塵に回復した領域の幅はレー
デビーム４の直径、０．１■に対応していたことから、
レーデビーム４の径を絞ることにより微細な酸素ドナ欠
陥の濃度分布を形成しうる。さらに酸素ドナ欠陥を発生
させたシリコン基板にリソグラフィによりアルミニウム
のノぐターンを形成し、その上を同じレーデビーム２で
全面照射しても、同様の結果が得られることから、この
方法を用りれば、フラッシュランプ等の加熱領域の大き
い方法によっても、リソグラフィ等の手段の併用により
、局所的ＫＰＮ接合を作製することができる。
デビーム４の直径、０．１■に対応していたことから、
レーデビーム４の径を絞ることにより微細な酸素ドナ欠
陥の濃度分布を形成しうる。さらに酸素ドナ欠陥を発生
させたシリコン基板にリソグラフィによりアルミニウム
のノぐターンを形成し、その上を同じレーデビーム２で
全面照射しても、同様の結果が得られることから、この
方法を用りれば、フラッシュランプ等の加熱領域の大き
い方法によっても、リソグラフィ等の手段の併用により
、局所的ＫＰＮ接合を作製することができる。
一方、上記の例ではＰＮ接合の位置を基板を斜研磨して
ＰＮ接合の深さを測定した結果、ＰＮ接合は深いところ
で基板表面からおよそｌ−の領域に存在していた。次に
ＹＡＧレーザの１．０６μｍの発振波長を用い第１図の
ように局所的に熱処理した基板におけるＰＮ接合の深さ
を測定した結果を第４図に示す。表面から５０μｍの領
域ＫＰＮ接合が形成されていることが分る。これはシリ
コン結晶が０．５３μｍの波長の光よ、！７１．０６踊
の光を良く透過させる性質を持つことに起因している。
ＰＮ接合の深さを測定した結果、ＰＮ接合は深いところ
で基板表面からおよそｌ−の領域に存在していた。次に
ＹＡＧレーザの１．０６μｍの発振波長を用い第１図の
ように局所的に熱処理した基板におけるＰＮ接合の深さ
を測定した結果を第４図に示す。表面から５０μｍの領
域ＫＰＮ接合が形成されていることが分る。これはシリ
コン結晶が０．５３μｍの波長の光よ、！７１．０６踊
の光を良く透過させる性質を持つことに起因している。
これまでこれほど深いＰＮ接合が形成された例はなく、
本方法によりて初めて実現されたものである。この例で
明らかなようにシリコン結晶の透過率の波長依存性を考
慮して照射する光の波長や強度を選択することによ、９
ＰＮ接合を表面近傍に局在化させたシ、あるいは基板内
部にまで形成することができる。
本方法によりて初めて実現されたものである。この例で
明らかなようにシリコン結晶の透過率の波長依存性を考
慮して照射する光の波長や強度を選択することによ、９
ＰＮ接合を表面近傍に局在化させたシ、あるいは基板内
部にまで形成することができる。
本実施例ではシリコン中の酸素ドナ欠陥を用いる場合の
みの説明をしてきたが、その他の欠陥でも熱処理によっ
てその濃度を増減しうる欠陥（発生・消滅する欠陥）で
あれば、当然本手法が有効なことは言うまでもない。
みの説明をしてきたが、その他の欠陥でも熱処理によっ
てその濃度を増減しうる欠陥（発生・消滅する欠陥）で
あれば、当然本手法が有効なことは言うまでもない。
また、上記実施例では局所的な熱処理としてレーザビー
ムによる光照射の場合について説明したがこれに限らず
、他の熱処理、あるいは応力印加、電流注入等の処理に
より欠陥を局所的に必要な濃度に低減することができる
。
ムによる光照射の場合について説明したがこれに限らず
、他の熱処理、あるいは応力印加、電流注入等の処理に
より欠陥を局所的に必要な濃度に低減することができる
。
以上述べたように本発明によれば、複雑な工程を用いた
ルすることなく、また大炎シな不純物添加装置を用いた
〕することなく、シリコン中にＰＮ接合を任意の深さに
形成することができる。さらに高温熱処理や電荷補償を
使わないため、材料特性の劣化が生じない等、大きな利
点が生じる。また、深い領域におよぶＰＮ接合が形成で
きることは、従ｉ：〈＋’ｊ！めて困難なことであシ、
多方面に亘る応用が考えられるが、その−例として、素
子間分離用に深くシャープなＰＮ接合を利用することに
より素子の高密度化に大きなインパクトを与える。
ルすることなく、また大炎シな不純物添加装置を用いた
〕することなく、シリコン中にＰＮ接合を任意の深さに
形成することができる。さらに高温熱処理や電荷補償を
使わないため、材料特性の劣化が生じない等、大きな利
点が生じる。また、深い領域におよぶＰＮ接合が形成で
きることは、従ｉ：〈＋’ｊ！めて困難なことであシ、
多方面に亘る応用が考えられるが、その−例として、素
子間分離用に深くシャープなＰＮ接合を利用することに
より素子の高密度化に大きなインパクトを与える。
第１図は本発明の一実施例で半導体基板の処理手順を示
す図、第２図は本発明に係る基板中のエネルギ準位の濃
度分布を制御するためのレーザ照射の一例を示す模式図
、第３図は本発明に係るＳＲ法によ力測定されたＹＡＧ
、レーザを照射し酸素ドナ欠陥を消去した基板表面の電
子濃度分布の一例を示す図、第４図は本発明に係るレー
ザの波長を変えた場合のＰＮ接合の形成された深さの一
例を示す図、第５図は熱処理により発生する酸素ドナ欠
陥濃度の最大値の熱処理時間依存性の一例を示す図、第
６図は酸素ドナ欠陥濃度の最大値に達するに要する熱処
理時間の熱処理温度依存性の一例を示す図である。 ３・・・ＮＷシリコン基板、４−・・レーザビーム、５
・・・レーデ照射領域。 ＄ １ ｇ４ 第４図 巴肘先９技長（７ｕｍ ） 第ＳｙＪ λ好穆喋皮 （０Ｃ） 一炉Ｊ￥私叉 （Ｋ）
す図、第２図は本発明に係る基板中のエネルギ準位の濃
度分布を制御するためのレーザ照射の一例を示す模式図
、第３図は本発明に係るＳＲ法によ力測定されたＹＡＧ
、レーザを照射し酸素ドナ欠陥を消去した基板表面の電
子濃度分布の一例を示す図、第４図は本発明に係るレー
ザの波長を変えた場合のＰＮ接合の形成された深さの一
例を示す図、第５図は熱処理により発生する酸素ドナ欠
陥濃度の最大値の熱処理時間依存性の一例を示す図、第
６図は酸素ドナ欠陥濃度の最大値に達するに要する熱処
理時間の熱処理温度依存性の一例を示す図である。 ３・・・ＮＷシリコン基板、４−・・レーザビーム、５
・・・レーデ照射領域。 ＄ １ ｇ４ 第４図 巴肘先９技長（７ｕｍ ） 第ＳｙＪ λ好穆喋皮 （０Ｃ） 一炉Ｊ￥私叉 （Ｋ）
Claims (3)
- （１）半導体のバンドギャップ中にエネルギ準位を形成
しかつ熱処理等の処理により発生・消滅する欠陥を、あ
らかじめ必要な密度に達するまで半導体に発生させ、然
る後に局所的な熱処理、応力印加、電流注入等の処理に
より当該欠陥を局所的に必要な濃度に低減し、半導体の
バンドギャップ中に必要とするエネルギ準位密度の空間
的分布を制御することを特徴とする半導体材料特性の制
御方法。 - （２）半導体がＰ型シリコンで、欠陥が酸素ドナ欠陥で
、局所的な処理が光照射である特許請求の範囲第（１）
項記載の半導体材料特性の制御方法。 - （３）照射する光の波長や強度を選択することによりそ
の光の到達深さを変え酸素ドナ欠陥の濃度低減領域の深
さを変化させることによりＰＮ接合の深さを制御する特
許請求の範囲第（２）項記載の半導体材料特性の制御方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6169585A JPS61220341A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 半導体材料特性の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6169585A JPS61220341A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 半導体材料特性の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61220341A true JPS61220341A (ja) | 1986-09-30 |
Family
ID=13178640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6169585A Pending JPS61220341A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 半導体材料特性の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61220341A (ja) |
Cited By (5)
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| JPH05302889A (ja) * | 1992-04-27 | 1993-11-16 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 赤外吸収法による格子間酸素濃度測定方法 |
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-
1985
- 1985-03-26 JP JP6169585A patent/JPS61220341A/ja active Pending
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