JPH0147003B2 - - Google Patents

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JPH0147003B2
JPH0147003B2 JP3599285A JP3599285A JPH0147003B2 JP H0147003 B2 JPH0147003 B2 JP H0147003B2 JP 3599285 A JP3599285 A JP 3599285A JP 3599285 A JP3599285 A JP 3599285A JP H0147003 B2 JPH0147003 B2 JP H0147003B2
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JP
Japan
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silicon nitride
film
diffusion
forming
layer
Prior art date
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JP3599285A
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JPS61194827A (ja
Inventor
Akihiro Hashimoto
Masao Kobayashi
Takeshi Kamijo
Takeshi Takamori
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P32/00Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices

Landscapes

  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はGaを含む化合物半導体基板に不純
物を拡散させて拡散層を形成するために用いる拡
散保護膜を形成する方法に関する。
(従来の技術) 従来から半導体基板に拡散層を形成して種々の
構造の半導体素子を製造している。この拡散層を
形成するに際し、例えばプレーナ型発光素子や或
いは高密度発光素子の場合には、拡散保護膜とし
てAl2O3膜或は常圧CVD法により作られた窒化珪
素膜或は窒化酸化珪素膜を用いて、熱拡散による
不純物の選択拡散を行つていた。
これらAl2O3膜及び窒化珪素膜そして窒化酸化
珪素膜のような絶縁膜の形成方法は、例えば文献
(「半導体ハンドブツク(第2版)」(昭和56年6月
30日)、オーム社pp289〜291)に開示されてい
る。
又、窒化酸化珪素膜の形成方法は、例えば文献
(「半導体プラズマプロセス」(昭和55年7月10
日)、産業図書P.336〜349)に開示されている。
Al2O3膜の場合には、拡散窓の形成に乾式エツ
チングが困難であるため、通常は熱リン酸を用い
た湿式エツチングを行つていた。
一方常圧CVD法による窒化珪素膜の場合には、
成長させて窒化珪素膜を拡散保護膜として用いる
ために、成長温度を通常は500〜600℃或いはそれ
以上の高温にして行つていた。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、湿式エツチングは乾式エツチン
グに比べてAl2O3膜のエツチング形状の制御が劣
つているため、不純物拡散層の領域の形状の制御
が困難であり、素子の高密度化が達成することが
出来ず、しかも、各素子間での発光出力にバラツ
キが生じてしまうという欠点があつた。
又、湿式エツチングでは、エツチング工程後、
エツチング液が基板面上に残留するため、次工程
に悪影響を及ぼし、これがため、製造歩留が低下
してしまう欠点もあつた。
一方、窒化珪素膜の場合には、上述したような
高温成長により得られた窒化珪素膜の室温での内
部応力は〜109dyn/cm2程度とかなり大きいので、
クラツクが発生したり、この応力によつて下地の
基板結晶に結晶欠陥が生じ易く、よつて得られた
素子の信頼性が低下するという欠点があつた。
又、窒化酸化珪素膜の場合には、この膜の組成
により窒化酸化珪素膜中へGa(GaAsやGaAsP等
の基板中のGa)が拡散する現象が起こり、界面
方向に異常拡散が起こるという欠点があつた。
この発明の目的はこのような従来の欠点に鑑
み、エツチング形状を正確かつ容易に制御出来、
素子の信頼性を向上させ、しかも、製造歩留りを
向上させる拡散保護膜形成方法を提供することに
ある。
(問題点を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明によれ
ば、特にGaを含む化合物半導体基板に不純物の
拡散を行うための拡散保護膜を形成するに当り、 反応ガスをモノシラン、アンモニア、笑気ガス
としたプラズマ気相成長によりこの基板上に、第
一層としてモノシランとアンモニアを用いて窒化
珪素膜を形成し、この窒化珪素膜上に第二層とし
てモノシランとアンモニアと笑気ガスを用いて窒
化酸化珪素膜を形成し、この窒化珪素膜と窒化酸
化珪素膜に拡散窓を開けて拡散保護膜を形成した
ことを特徴とする。
この発明の実施に当つて、第一層の窒化珪素膜
の膜厚を300Å〜500Åとし、第二層の窒化酸化珪
素膜の膜厚を1000Å〜2000Åとするのが好適であ
る。
この発明の実施に当つて、第一層の窒化珪素膜
の成膜に当り反応ガス中のモノシランとアンモニ
アの流量比を1:2〜3とし、第二層の窒化酸化
珪素膜の成膜に当り反応ガス中のモノシランとア
ンモニアの流量比及びモノシランと笑気ガスの流
量比を1:0.2〜0.8とするのが好適である。
さらにこの発明の実施に当つて、プラズマ気相
成長を250〜300℃の基板温度で行うのが好適であ
る。
(作 用) このように構成することにより、プラズマ
CVD法により成長させた窒化珪素膜と窒化酸化
珪素膜を拡散保護膜として用いるので、乾式エツ
チングを行え、エツチング形状の制御が極めて正
確にかつ容易となる。
さらに、拡散窓の形成に際し、乾式エツチング
を用いることが出来るので、従来のようなエツチ
ング液の残留という問題は生ぜず、従つて、素子
の製造歩留りが向上する。
さらに、得られた窒化珪素膜及び窒化酸化珪素
膜の室温における内部応力は〜108dyn/cm2以下
と小さく、かつ上層の窒化酸化珪素膜が下層の窒
化珪素膜の応力を緩和しているため、基板結晶に
応力の悪影響を与えることがない。
さらに、この発明によれば、下層の窒化珪素膜
が上層の窒化酸化珪素膜中へのGaの拡散を阻止
するため選択拡散の場合の横方向への異常拡散を
著しく減少させることができる。
上述したように、この窒化珪素膜と窒化酸化珪
素膜から成る二層の拡散保護膜を介して不純物熱
拡散を行つて得られる拡散層の領域は状態が良好
となり、よつて素子の信頼性が高まる。
(実施例) 以下、図面を参照して、この発明の実施例につ
き説明する。
第1図A〜Eはこの発明の拡散保護膜形成方法
の一実施例を説明するため、半導体素子の製造工
程を示す図である。これら図は主要段階でのウエ
ハの状態を略線的に示している。また、これら図
において、同一構成成分については同一の符合を
付して示すと共に、断面を表わすハツチング等を
一部分省略している。
半導体基板として、n型のGaAsP/GaAs基板
を用いた例につき説明する。
先ず、基板1のGaAs層1aに積層させた
GaAsP層1b上に、モノシランとアンモニアを
用いたプラズマCVD法によつて300〜500Å窒化
珪素膜2を成膜し、次にモノシランとアンモニア
と笑気ガスを用いたプラズマCVD法により窒化
酸化珪素膜3を1000〜2000Å成膜して、第1図A
に示すような構造のウエハを得る。この窒化珪素
膜2の成膜と窒化酸化珪素膜3の成膜は、例えば
次のようにして順次行う。
この成膜に際し、基板1のGaAsP層1bの表
面の残留歪層を除去するため、トリクロルエチレ
ン、メタノールアルコール等を用いて表面の有機
洗浄を行つた後、H2SO4:H2O:H2O2=4:
1:1のエツチング液で室温で数分間エツチング
を行つて清浄する。
次に、窒化珪素膜を成膜するため、プラズマ
CVD装置の反応室内に基板1をセツトした後、
反応ガスを流す。その場合、反応ガスのモノシラ
ンと純アンモニアとのガス流量比を1:2.0〜
1:3.0とし、反応室のガス圧を0.4〜1Torrとし、
基板温度を250〜300℃という低温とし、高周波出
力パワーを0.1〜1W/cm2という条件の下で窒化珪
素膜2の膜厚が300〜500Åと成るまで成長を行わ
せる。
次に、窒化酸化珪素膜を成膜するため、モノシ
ランと純アンモニアとのガス流量比を1:2.0〜
1:3.0とし、モノシランと笑気ガスとのガス流
量比を1:0.2〜1:0.8とし、反応室のガス圧を
0.4〜1Torrとし、基板温度を250〜300℃という
低温とし、高周波出力パワーを0.1〜1W/cm2とい
う条件の下で窒化酸化珪素膜3の膜厚が1000〜
2000Åと成るまで成長を行わせる。
以上のようにすれば第1図Aに示すような、窒
化珪素膜2と窒化酸化珪素膜3から成る二層の拡
散保護膜を有する構造のウエハが得られる。
次に、窒化酸化珪素膜3上にレジストを塗布し
た後、フオトリソグラフイー技術を用いてこのレ
ジストに、拡散保護膜を所望パターンにエツチン
グするためのレジストパターン4を形成し窒化酸
化珪素膜の一部分3aを露出させれば、第1図B
のような構造のウエハを得る。
次に、例えばCF4ガスとその他の好適な反応性
ガスを用いた乾式エツチング法により、このレジ
ストパターン4をマスクとして用いて、先ず露出
している窒化酸化珪素膜の一部分3aをエツチン
グし、これにより下層から露出してくる窒化珪素
膜2の一部分を連続してエツチングする。
これにより窒化酸化珪素膜3と窒化珪素膜2に
選択拡散用の拡散窓6を形成し、拡散保護膜5を
形成する。然る後、残留しているレジストパター
ン4を除去して第1図Cに示すような拡散窓6を
有する拡散保護膜5を得る。
ここで、窒化珪素膜の膜厚を300〜500Åとし、
窒化酸化珪素膜の膜厚を1000〜2000Åとしそして
これら二つの膜を形成する際の各工程でのガス流
量比を上述したような条件としたのは、成膜の際
の内膜応力の低減や膜内欠陥(例えばピンホー
ル)を低減し、これにより熱処理した際のクラツ
クの発生を防止するためである。
又、窒化珪素膜2と窒化酸化珪素膜3とからな
る二層構造とした理由は横方向への拡散の広がり
をおさえるためである。
このようにして形成された窒化珪素膜2及び窒
化酸化珪素膜3は何れも乾式エツチングが可能で
あり、ピンホールが発生しない良質の膜であり、
内部応力も〜108dyn/cm2程度と従来拡散保護膜
として用いられていた窒化珪素膜の約1/10以下と
なつているので下地の基板に及ぼす影響が小さく
なつている。
次に、この発明の方法により形成された拡散保
護膜5を用いて、半導体素子を形成するための次
工程につき説明する。
先ず、適当な熱拡散法、例えば封管熱拡散法、
によりこの拡散窓6を介してこの場合p型不純物
(例えば、亜鉛その他の不純物)を基板1の
GaAsP層1bに拡散し、この層1b中にp型拡
散層7を形成する。この拡散層はp型半導体層で
あるので、n型基板1とpn接合を形成する。こ
の場合の拡散条件は所要に応じて適切に設定する
ことが出来る。続いて、拡散保護膜5の全面に、
適当な方法、例えばCVD法により、絶縁膜8を
形成し、続いて、この絶縁膜8の表面から拡散層
7に達する深さの、p側電極形成用の溝9をエツ
チングして形成し、第1図Dに示すようなウエハ
構造を得る。
次に、一方の電極であるp側電極10として
Al電極を蒸着すると共に、基板1の反対側の面
に他方の電極であるn側電極11としてAu−Ge
−Ni等を蒸着してこれらを合金化する(第1図
E)。
尚、上述した実施例では基板としてGaAs系の
半導体素子につき説明したが、これに限定される
ものではなく、例えばInP系、その他の半導体素
子であつても良く、さらに、素子構造も上述した
構造のものに限定されるものではない。又、導電
型も半導体素子に適合した任意の導電型の組み合
わせであつても良い。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明
によれば、プラズマCVD法により、低温で成長
させた窒化珪素膜及び窒化酸化珪素膜を拡散保護
膜として利用しているので、乾式エツチングを行
うことが出来る。従つて、エツチング制御が正確
かつ容易となり、よつて、拡散窓の形成が設計通
りの形状に出来ると共に、拡散窓を介する下地へ
の不純物の拡散、特に、熱拡散により得られる拡
散層の領域の断面形状も正確かつ奇麗となる。こ
れがため、例えば、発光素子を従来よりも高密度
化出来ると共に、各素子間の発光出力のバラツキ
を従来よりも著しく低減することが出来る。
さらに、これらの窒化珪素膜及び窒化酸化珪素
膜の室温における内部応力は〜108dyn/cm2以下
と小さく、かつ上層の窒化酸化珪素膜が下層の窒
化珪素膜の応力を緩和しているため、ピンホール
のない良質の拡散保護膜が得られると共に、本構
造では内部応力は従来の拡散保護膜の内部応力の
約十分の一程度かそれ以下となるので、クラツク
の発生或いは結晶欠陥の発生が著しく減少する。
これがため、拡散により得られた拡散層の領域が
良質な状態となり、よつて素子の信頼性が従来よ
りも著しく向上する。
さらに、この発明によれば、下層の窒化珪素膜
が上層の窒化酸化珪素膜中へのGaの拡散を阻止
するため選択拡散の場合の横方向への異常拡散を
著しく減少させることができる。
さらに、この発明によれば、乾式エツチングが
可能であるので、湿式エツチングの場合のような
基板上にエツチング液が残留することがなく、従
つて、エツチング工程がその後の半導体素子の製
造工程に悪影響を及ぼすことがないので、結局は
素子の製造歩留りは従来よりも著しく向上する。
このようにして得られた拡散保護膜は、上述した
熱拡散にのみ使用が限定されるものではなく、イ
オン注入による場合にも使用出来ること勿論であ
る。
この発明は上述したような利点を有するので、
プレーナ型の半導体素子、特に半導体発光素子や
高密度発光素子の製造の際に適用して好適であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜Eはこの発明の拡散保護膜形成方法
を説明に供する、半導体素子の製造工程を示す工
程図である。 1…半導体基板(GaAsP/GaAs基板)、1a
…GaAs層、1b…GaAsP層、2…窒化珪素膜、
3…窒化酸化珪素膜、3a…窒化酸化珪素膜の一
部分、4…レジストパターン、5…拡散保護膜、
6…拡散窓、7…拡散層、8…絶縁膜、9…溝、
10…一方の電極、11…他方の電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Gaを含む化合物半導体基板に不純物の拡散
    を行うための拡散保護膜を形成するに当り、 反応ガス系をモノシラン、アンモニア、笑気ガ
    スとしたプラズマ気相成長により、 前記基板上に、第一層としてモノシランとアン
    モニアを用いて窒化珪素膜を形成し、 該窒化珪素膜上に第二層としてモノシランとア
    ンモニアと笑気ガスを用いて窒化酸化珪素膜を形
    成し、 該窒化珪素膜と該窒化酸化珪素膜に拡散窓を開
    けて拡散保護膜を形成したこと を特徴とする拡散保護膜形成方法。 2 前記第一層の窒化珪素膜の膜厚を300Å〜500
    Åとし、 前記第二層の窒化酸化珪素膜の膜厚を1000Å〜
    2000Åとしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の拡散保護膜形成方法。 3 前記第一層の窒化珪素膜の成膜に当り前記反
    応ガス中のモノシランとアンモニアの流量比を
    1:2〜3とし、 前記第二層の窒化酸化珪素膜の成膜に当り前記
    反応ガス中のモノシランとアンモニアの流量比及
    びモノシランと笑気ガスの流量比を1:0.2〜0.8
    としたことを特徴とする特許請求の範囲第2項記
    載の拡散保護膜形成方法。 4 前記プラズマ気相成長を250〜300℃の基板温
    度で行うことを特徴とする特許請求の範囲第3項
    記載の拡散保護膜形成方法。
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