JPS59194431A - 半導体基板へのイオン注入方法 - Google Patents
半導体基板へのイオン注入方法Info
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- JPS59194431A JPS59194431A JP6861383A JP6861383A JPS59194431A JP S59194431 A JPS59194431 A JP S59194431A JP 6861383 A JP6861383 A JP 6861383A JP 6861383 A JP6861383 A JP 6861383A JP S59194431 A JPS59194431 A JP S59194431A
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- Japan
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- forming
- ion implantation
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- semiconductor substrate
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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
- H01L21/26—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】
体であるGaAsの基体に不純物を注入する方法に関す
るものである。
るものである。
最近、GaAsを中心とする化合物半導体の特質を生か
した高速集積化デバイスの開発が活発でちる。中でもG
aAsは門に比べて5〜6倍の電子移動度が得られかつ
Cr等の深い準位を形′成するアクセプター不純物で補
償すネことによシ高抵抗基板が得られる為にマイクロ漢
ICや超高速論理IC用基板として適している。特に本
質的に量産性及び均一性に優れた局所イオン注入法によ
り能動層を形成する技術は従来気相成長法等により!@
動層を形成する方法に比べて均一性、コスト、高集積化
等いずれにおいても優ると考えられ、事実上記方法によ
り1000ゲート規模のロジックICが開発され実用化
されようとしている。
した高速集積化デバイスの開発が活発でちる。中でもG
aAsは門に比べて5〜6倍の電子移動度が得られかつ
Cr等の深い準位を形′成するアクセプター不純物で補
償すネことによシ高抵抗基板が得られる為にマイクロ漢
ICや超高速論理IC用基板として適している。特に本
質的に量産性及び均一性に優れた局所イオン注入法によ
り能動層を形成する技術は従来気相成長法等により!@
動層を形成する方法に比べて均一性、コスト、高集積化
等いずれにおいても優ると考えられ、事実上記方法によ
り1000ゲート規模のロジックICが開発され実用化
されようとしている。
しかしながら、上記半絶縁性基板へのイオン注入法によ
る導電層形成も問題がないわけではない。
る導電層形成も問題がないわけではない。
イオン注入技術そのものについてはほぼ確立された技術
と考えられているがイオン注入を行なう半するアニール
技術になお問題が残されている。
と考えられているがイオン注入を行なう半するアニール
技術になお問題が残されている。
特に、イオン注入用基板に要求される条件は■ 高電気
抵抗 ■ 高熱安定性 ■ 高均一性 ■ 大面積−円形 ■ 低価格 ■ 高純度 等といわれておシ、現状ではすべてを満足することは難
かしいがイオン注入用基板製造法として従来から使用さ
れてきた水平ブリッジマン法よシはLEC法(Liqu
id Encapsulation Czkralsh
y)と呼ばれる液体カプセル引上法が主流になっていく
ものと考えられる。LEC法による半絶縁性基板にはC
r添加(Cr−doped )と無添加(undope
d)があシ、両者ともBNルツボ(ボロンナイトライド
ルツボ)を用いてG a A sを直接合成した基板は
残留不純物(tffK S i等)が少なく、熱的に安
定でsbかつイオン注入導電層の移動度が高いといわれ
ている。
抵抗 ■ 高熱安定性 ■ 高均一性 ■ 大面積−円形 ■ 低価格 ■ 高純度 等といわれておシ、現状ではすべてを満足することは難
かしいがイオン注入用基板製造法として従来から使用さ
れてきた水平ブリッジマン法よシはLEC法(Liqu
id Encapsulation Czkralsh
y)と呼ばれる液体カプセル引上法が主流になっていく
ものと考えられる。LEC法による半絶縁性基板にはC
r添加(Cr−doped )と無添加(undope
d)があシ、両者ともBNルツボ(ボロンナイトライド
ルツボ)を用いてG a A sを直接合成した基板は
残留不純物(tffK S i等)が少なく、熱的に安
定でsbかつイオン注入導電層の移動度が高いといわれ
ている。
しかしながら、LEC結晶にイオン注入を施して得られ
る導電層は宮沢らが報告している様に、Crを含むもの
(Cr−doped )及びCrを含まないもの(un
doped )基板とも、基板の電気的特性の均質性に
劣るものでめった。第1図(a) 、 (b)に基板中
心から外方にむかってIds(FETのun ga t
ed時のドレイン電流値)を示すように、基板面内で
Idsが小さな振幅をもって凹凸を繰シ返しながらCr
を含む基板同図(b)では周辺部で小さくなるような傾
向を見せている。特に径方向に対して小さい振幅にてI
ds等が変化すると高集積な回路を基板に形成する場合
FETの閾値電圧等が1チツプ内でパラツク為に回路動
作が困難となる。しかも今後この種の基板を用いてより
高集積化を推進する場合チップサイズの大型化及び回路
消費電力の低減化は増々進んでいくと考えられ、基板に
要求される低閾値電圧でのミクロ領域での均一性を含め
た基板の高均一性が重要視されている。次に、第2図(
a)〜fd)を参照して従来一般に行っている半艶、隊
性基板に局所イオン注入を行なって導電層を形成する方
法を説明する。まず、鏡面研磨の施された半絶縁性基板
11をH2SO4:H20z :H2Oの所定混合液に
て基板表面の汚染層や研磨加工等による歪層等をエツチ
ング除去した後(a図)、写真蝕刻法による所望注入領
域をパターニングして注入領域以外に注入イオン種が浸
入しない様にマスキング層12を施しくb図)、然る後
に注入層表面層の洗浄を行なうことにより注入時所定イ
オン種以外の不純物がノックオン効果等によりたたき込
まれるのを極力防いだ後に、所望イオン種を所定量所定
深さに注入して注入領域13を形成する(0図)。次い
で、フォトレジスト等のマスキング層12を除去した後
に、ポストイオン注入アニール保護膜として種々の方法
によ多形成したシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜等の
絶縁膜15を該基板表面に被着させた後に、600〜1
000℃程度の高温熱処理を所定時間窒素、水素、アル
ゴン等の雰囲気中で行なうか若しくはポストイオン注入
アニール技術膜(15)は被着せずにアルシン(ASH
3)ガス等の砒素雰囲気下で所定温度及び時間高温熱処
理を施す(d図)。
る導電層は宮沢らが報告している様に、Crを含むもの
(Cr−doped )及びCrを含まないもの(un
doped )基板とも、基板の電気的特性の均質性に
劣るものでめった。第1図(a) 、 (b)に基板中
心から外方にむかってIds(FETのun ga t
ed時のドレイン電流値)を示すように、基板面内で
Idsが小さな振幅をもって凹凸を繰シ返しながらCr
を含む基板同図(b)では周辺部で小さくなるような傾
向を見せている。特に径方向に対して小さい振幅にてI
ds等が変化すると高集積な回路を基板に形成する場合
FETの閾値電圧等が1チツプ内でパラツク為に回路動
作が困難となる。しかも今後この種の基板を用いてより
高集積化を推進する場合チップサイズの大型化及び回路
消費電力の低減化は増々進んでいくと考えられ、基板に
要求される低閾値電圧でのミクロ領域での均一性を含め
た基板の高均一性が重要視されている。次に、第2図(
a)〜fd)を参照して従来一般に行っている半艶、隊
性基板に局所イオン注入を行なって導電層を形成する方
法を説明する。まず、鏡面研磨の施された半絶縁性基板
11をH2SO4:H20z :H2Oの所定混合液に
て基板表面の汚染層や研磨加工等による歪層等をエツチ
ング除去した後(a図)、写真蝕刻法による所望注入領
域をパターニングして注入領域以外に注入イオン種が浸
入しない様にマスキング層12を施しくb図)、然る後
に注入層表面層の洗浄を行なうことにより注入時所定イ
オン種以外の不純物がノックオン効果等によりたたき込
まれるのを極力防いだ後に、所望イオン種を所定量所定
深さに注入して注入領域13を形成する(0図)。次い
で、フォトレジスト等のマスキング層12を除去した後
に、ポストイオン注入アニール保護膜として種々の方法
によ多形成したシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜等の
絶縁膜15を該基板表面に被着させた後に、600〜1
000℃程度の高温熱処理を所定時間窒素、水素、アル
ゴン等の雰囲気中で行なうか若しくはポストイオン注入
アニール技術膜(15)は被着せずにアルシン(ASH
3)ガス等の砒素雰囲気下で所定温度及び時間高温熱処
理を施す(d図)。
かかる方法に従うかぎシでは、前述第1図(a)(b)
に示された如きミクロ領域での不均一性を改善する為に
は、半絶縁性基板そのものの不均一性の原因を除去する
以外には改善の余地さえ残されていない。持論、上記根
本原因を究明してかか′る欠点を牛絶縁性基板結晶成長
時に竹せる7が今後とも最も重要と考えられるが現時点
ではこのような方法は見いだされていない。
に示された如きミクロ領域での不均一性を改善する為に
は、半絶縁性基板そのものの不均一性の原因を除去する
以外には改善の余地さえ残されていない。持論、上記根
本原因を究明してかか′る欠点を牛絶縁性基板結晶成長
時に竹せる7が今後とも最も重要と考えられるが現時点
ではこのような方法は見いだされていない。
そこで本発明の目的はかかるミクロ領域での均一性を高
め゛しかも高純度な基板に改善し、かつ高電気抵抗外を
増進させる為の処方を提供することによシ高品質高歩留
り、再現性向上はもとより高集積低電力化デバイス製造
の為の局所イオン注入による閾値電圧制御性の向上を計
らしめることにある。
め゛しかも高純度な基板に改善し、かつ高電気抵抗外を
増進させる為の処方を提供することによシ高品質高歩留
り、再現性向上はもとより高集積低電力化デバイス製造
の為の局所イオン注入による閾値電圧制御性の向上を計
らしめることにある。
本発明によれば、かかるミクロ領域にrける不均一性を
、導電層形成部以外の領域に高抵抗化不純物をイオン注
入することによりeらげ、かつ血金属汚染不純物等素子
性能上好まし力・らざる不純物を除去してかつ所望導電
層領域以外の領域は高抵抗性を増進させるイオン注入方
法を得る。
、導電層形成部以外の領域に高抵抗化不純物をイオン注
入することによりeらげ、かつ血金属汚染不純物等素子
性能上好まし力・らざる不純物を除去してかつ所望導電
層領域以外の領域は高抵抗性を増進させるイオン注入方
法を得る。
次に、本発明を、第3図(a)〜fi)を参照してよシ
詳細に説明を行々う。
詳細に説明を行々う。
先づ、通常一般に行なわれている鏡面研磨の施されたG
aAs半絶縁性半導体基板1(裏面は鏡面研磨仕上げで
も化学エツチング仕上げでも構わない)を硫酸と過酸化
水素と水の所定混合比(例えは各々3:1:1)又は臭
素とメタノール混合液で2〜10μm程度表面エツチン
グして半導体基板1の表面汚染層及び加工歪み層をエツ
チング除去しくa図)、然る後に、半導体基板1と60
0〜1000℃水素雰囲気中で10分〜60分程度熱処
理を施す(b図)。次いで、再度上記硫酸と過酸化水素
と水の混合液又は臭素とメタノール混合液にて2〜10
μm程度半導体基板1の表面及び裏面を化学エツチング
によシ除去する(0図)。かかる工程を施すことによシ
、半絶縁性半導体基板1の結晶引上後に行なわれるスラ
イシングや研磨等で導入される欠陥や研磨剤及び重金属
汚染等の不純物を先づ除去しておく。
aAs半絶縁性半導体基板1(裏面は鏡面研磨仕上げで
も化学エツチング仕上げでも構わない)を硫酸と過酸化
水素と水の所定混合比(例えは各々3:1:1)又は臭
素とメタノール混合液で2〜10μm程度表面エツチン
グして半導体基板1の表面汚染層及び加工歪み層をエツ
チング除去しくa図)、然る後に、半導体基板1と60
0〜1000℃水素雰囲気中で10分〜60分程度熱処
理を施す(b図)。次いで、再度上記硫酸と過酸化水素
と水の混合液又は臭素とメタノール混合液にて2〜10
μm程度半導体基板1の表面及び裏面を化学エツチング
によシ除去する(0図)。かかる工程を施すことによシ
、半絶縁性半導体基板1の結晶引上後に行なわれるスラ
イシングや研磨等で導入される欠陥や研磨剤及び重金属
汚染等の不純物を先づ除去しておく。
次いで、第3図dに示す如く、高濃度イオン注入用のマ
スクとしてCVD5i02等の絶縁膜2左所望厚さ形成
後、通常フォトレジスト工程によシ能動層形成領域のみ
にマスク3を施こす。然る後に通常の化学エツチング法
によF) CVD5 i02’等の絶縁膜2をエツチン
グしてイオン注入マスク層を形成する(e図)。次いで
、半導体基板1の表面と裏面にAr、B、0等のG a
A sに対して高抵抗層を形成する注入核種(N型、
P型等にならないイオン種)を1′o1−1以上の注入
量イオン注入を施し、注入領域4を形成する(f図)。
スクとしてCVD5i02等の絶縁膜2左所望厚さ形成
後、通常フォトレジスト工程によシ能動層形成領域のみ
にマスク3を施こす。然る後に通常の化学エツチング法
によF) CVD5 i02’等の絶縁膜2をエツチン
グしてイオン注入マスク層を形成する(e図)。次いで
、半導体基板1の表面と裏面にAr、B、0等のG a
A sに対して高抵抗層を形成する注入核種(N型、
P型等にならないイオン種)を1′o1−1以上の注入
量イオン注入を施し、注入領域4を形成する(f図)。
然る後に、イオン注入マスクとして利用したフォトレジ
ストによるマスク3及びCVD5iOz等の絶縁膜2を
通常の化学処理によシ除去する。次いで再度能動層形成
の為の7オトレジストエ程によシ能動層形成用イオン注
入のパターニングを行ないフォトレジスト層3′を形成
し、所望のドース量及び加速電圧によシ能動層形成の為
のシリコン、セレン等のイオン注入領域5を形成しくg
図)、その後、通常のレジスト除去工程を行ない、次い
でイオン注入アニール保護膜8の形成(例えばCVD5
i02等)後、所定温度にて所定時間熱処理を行ない能
動領域5′を形成する(h図)。
ストによるマスク3及びCVD5iOz等の絶縁膜2を
通常の化学処理によシ除去する。次いで再度能動層形成
の為の7オトレジストエ程によシ能動層形成用イオン注
入のパターニングを行ないフォトレジスト層3′を形成
し、所望のドース量及び加速電圧によシ能動層形成の為
のシリコン、セレン等のイオン注入領域5を形成しくg
図)、その後、通常のレジスト除去工程を行ない、次い
でイオン注入アニール保護膜8の形成(例えばCVD5
i02等)後、所定温度にて所定時間熱処理を行ない能
動領域5′を形成する(h図)。
然る後、通常のリソグラフィー技術によジオ−ミック電
極6及びゲート電極7を設けてGaAs八fEへFET
を製作する(i図)。
極6及びゲート電極7を設けてGaAs八fEへFET
を製作する(i図)。
しかる工程を施すことによシ出来る能動層領域5′は前
述第1図に示す如き径方向に於けるIds等のミクロ領
域におけるバラツキが小さく緩やかなバラツキとなる。
述第1図に示す如き径方向に於けるIds等のミクロ領
域におけるバラツキが小さく緩やかなバラツキとなる。
本発明は基本的には高抵抗層形成のイオン注入によって
形成される注入欠陥層を能動層領域以外の基板表面層と
基板裏面層に設けて、熱処理を施すことによシ、本来基
板中に局在していた重金属等の汚染物質を注入欠陥層に
ゲッタリングすることを利用、しているものである。尚
本発明は前述実施例に限られることなく本発明の主旨を
遂行するものであればあらゆる半導体装置の製造工程に
適用しうるものである。
形成される注入欠陥層を能動層領域以外の基板表面層と
基板裏面層に設けて、熱処理を施すことによシ、本来基
板中に局在していた重金属等の汚染物質を注入欠陥層に
ゲッタリングすることを利用、しているものである。尚
本発明は前述実施例に限られることなく本発明の主旨を
遂行するものであればあらゆる半導体装置の製造工程に
適用しうるものである。
第1図(a) 、 (b)はCrを含ま々いLEC結晶
とCrを含むLEC結晶との基板の不均一性を示したも
ので、ドレイン電流(Ids)と基板中心からの距離と
の関係を示すグラフである。 第2図ja)〜(d)は従来のイオン注入方法を゛工程
順に示す断面図である。 第3図(a)〜(i)は本発明の一実施例を工程順に示
す断面図である。 1・・・・・・半絶縁性半導体基板、2・・・・・・絶
縁膜、3・・・・・・マスクζ 3′・・・・・・フォ
トレジスト、4・・・・・・イオン注入領域、5・・・
・・・イオン注入領域、5′・・・・・・能動層領域、
6・・・・・・オーミック電極、7・・・・・・ゲート
電極、8・・・・・・アニール保護膜、11・・・・・
・半絶縁性半導体基板、12・・・・・・マスキング層
、13・・・・・・注入領域、14・・・・・・低抵抗
能動領域、15・・・・・・アニール保譲膜 りf5t 図 (θ) 第 1
だ勺 ミノ(α)口1// 2 第2図 ((1)−]/ (1)ノ [IIIII]=IIE−−−−/(C)
/
とCrを含むLEC結晶との基板の不均一性を示したも
ので、ドレイン電流(Ids)と基板中心からの距離と
の関係を示すグラフである。 第2図ja)〜(d)は従来のイオン注入方法を゛工程
順に示す断面図である。 第3図(a)〜(i)は本発明の一実施例を工程順に示
す断面図である。 1・・・・・・半絶縁性半導体基板、2・・・・・・絶
縁膜、3・・・・・・マスクζ 3′・・・・・・フォ
トレジスト、4・・・・・・イオン注入領域、5・・・
・・・イオン注入領域、5′・・・・・・能動層領域、
6・・・・・・オーミック電極、7・・・・・・ゲート
電極、8・・・・・・アニール保護膜、11・・・・・
・半絶縁性半導体基板、12・・・・・・マスキング層
、13・・・・・・注入領域、14・・・・・・低抵抗
能動領域、15・・・・・・アニール保譲膜 りf5t 図 (θ) 第 1
だ勺 ミノ(α)口1// 2 第2図 ((1)−]/ (1)ノ [IIIII]=IIE−−−−/(C)
/
Claims (2)
- (1) 半導体基板の所定部に該半導体基板を高抵抗
化する第一の不純物をイオン注入する工程と、前記半導
体基板の所定高以外の領域に前記半導体基板を低抵抗化
する第二の不純物をイオン注入する工程とを含むことを
特徴とする半導体基板へのイオン注入方法。 - (2)前記半導体基板は[1−V族化合物半導体であシ
、前記第1の不純物はアルゴン、ボロン、酸素、クロム
からなる群から選ばれるものである特許請求の範囲第1
項記載の半導体基板へのイオン注入方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6861383A JPS59194431A (ja) | 1983-04-19 | 1983-04-19 | 半導体基板へのイオン注入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6861383A JPS59194431A (ja) | 1983-04-19 | 1983-04-19 | 半導体基板へのイオン注入方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59194431A true JPS59194431A (ja) | 1984-11-05 |
Family
ID=13378783
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6861383A Pending JPS59194431A (ja) | 1983-04-19 | 1983-04-19 | 半導体基板へのイオン注入方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59194431A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4701422A (en) * | 1986-04-07 | 1987-10-20 | Rockwell International Corporation | Method of adjusting threshold voltage subsequent to fabrication of transistor |
-
1983
- 1983-04-19 JP JP6861383A patent/JPS59194431A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4701422A (en) * | 1986-04-07 | 1987-10-20 | Rockwell International Corporation | Method of adjusting threshold voltage subsequent to fabrication of transistor |
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