JPH02249275A - 半導体装置の製造方法 - 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、半導体装置の製造方法に係り、特に、静電誘
導トランジスタ（ＳＩＴ）や静電誘導サイリスタ（５Ｉ
Ｔｈｙ）における不純物拡散に関する。

（従来の技術〕 電圧の増大に対して電流が飽和するバイボーラトランジ
スタや電界効果トランジスタ等の従来の飽和形半導体装
置に加え、近年、電圧と共に電流が増大する初めての不
飽和形半導体装置として、静電誘導トランジスタが提案
され、出力特性に優れている上、極めて低い電流値まで
増幅係数が一定に保たれる等の優れた性質を有している
ことから、広く開発が進められている。

静電誘導トランジスタは空乏層となった領域への多数キ
ャリア注入を動作の本質としているが、両側から電子お
よびホールを注入させる構造を導入すればサイリスタ動
作を行わせ、静電誘導サイリスタとして使用することも
可能である。

このような静電誘導トランジスタは、例えば、第４図（
ａ）乃至第４図（Ｃ）に示すように、ドレインへのオー
ミックコンタクト層および電荷注入層としてのｐ土層１
を裏面側に有するｐ−シリコン基板２の表面に、ストラ
イブ状に形成されゲートを構成するｎ中層３と、このｎ
中層３を埋め込むようにこの上層に形成され、ｐ−シリ
コン基板２と共にチャネル領域を構成するｐ−エピタキ
シャル層４と、ｐ−エピタキシャル層４の表面に形成さ
れたソースへのオーミックコンタクト層および電流取り
出し層としてのｐ中層５とから構成され、このｐ土層１
およびｐ中層５の表面にドレイン電極６およびソース電
極７を形成すると共に、前記ｎ土層３の基板表面に露呈
する領域にゲート電極８を形成している。

また、静電誘導サイリスタは、構造として異なるのは、
ｐ−シリコン基板２の裏面にｐ土層１に代えてｎ÷十層
Ｓを形成したもので、他部の構造としては、全く同様で
ある。

すなわち、その−例を、第５図（ａ＞乃至第５図（Ｃ）
に示すように、裏面にｎ＋ｌ１ｉ５１ｓを有するｐ−シ
リコン基板２の表面に、ストライブ状に形成されゲート
を構成する０１層３と、このｎ中層３を埋め込むように
この上層に形成されたｐ−エピタキシャル層４と、ｐ−
エピタキシャル層４の表面に形成されたｐ中層５とから
構成され、このｎ＋十層Ｓおよびｐ中層５の表面にそれ
ぞれカソード電極６およびアノード電極７を形成すると
共に、前記ｎ土層２の基板表面に露呈する領域にゲート
電極８を形成している。

このような静電誘導トランジスタおよび静電誘導サイリ
スタは、同様にして形成されるが０、静電誘導トランジ
スタを例にとると、第６図（ａ＞乃至第６図（ｄ）に示
すようにして形成される。

まず、第６図（ａ）に示すように、ｐ−型シリコン基板
２上にエピタキシャル成長法により、はう素（Ｂ）など
のｎ型不純物を添加したｐ÷エピタキシャル層１を形成
する。あるいは、ｐ−シリコン基板２に、ｎ型不純物を
拡散し、高濃度のｐ土層１を形成して、ｐ土層１を備え
たｐ−シリコン基板２を形成する。

ついで、第６図（ｂ＞に示すように、ｐ−シリコン基板
２の表面にマスクを介してリン（Ｐ）などのｎ型不純物
を拡散し、ストライブ状のｎ中層３を形成する。この領
域が埋め込み領域となる。

続いて、第６図（Ｃ）に示すように、該ｎ＋層３を埋め
込むためのｐ−エピタキシャル層４を積層する。さらに
、ｐ−エピタキシャル層４の表面に、ｎ型不純物を熱拡
散あるいはイオン注入法で添加してｏ＋　ｔ１５を形成
する。

この後、第６図（ｄ）に示すように、電極取り出しのた
め、ｐ−エピタキシャル層４とその表面に形成したｐ中
層５の不必要な部分をエツチング除去し、最後にアルミ
ニウムなどの金属薄膜からなる電極６．７．８を形成す
ることによって第４図（ａ＞乃至第４図（Ｃ）、に示し
たような静電誘導トランジスタが完成する。

また、静電誘導サイリスタの製造に関してもほぼ同様の
方法で行われている。

ところで、ソースあるいはカソード部分のｐ÷十層は、
増幅動作時の電流密度を増やし、かつ、電極８とのコン
タクト性を高めるために、高濃度の不純物領域であるこ
とが望ましい。

通常、このソースあるいはカソード部分のｐ中層５の形
成は熱拡散法によってなされる。

この熱拡散法は、不純物を含むガス雰囲気中でシリコン
基板を１０００〜１１００℃程度の高温に加熱すること
により、基板内に不純物を拡散するものである。

この場合、ｐ十領域を形成する場合のように高濃度に不
純物拡散を行うには、加熱温度を通常より高くしなくて
はならない。

このような熱拡散によるｐ中層５の形成工程は当然なが
ら、埋め込み領域であるｎ土層３がすでに形成された後
に行うので、拡散時の加熱によりｎ土層内の不純物も再
拡散を起こし、ｎ＋層よりも分布が広がってしまう。

このため、チャンネル抵抗が増大し、増幅動作を行う際
にソースからドレインへ流れる電流の通路をふさいでし
まう。

一方、この再拡散を防止するために、拡散温度を下げる
と、ｐ＋十層に充分な量の不純物拡散を行うことができ
なくなり、ｐ中層５とソース電極８とのコンタクトが充
分になされず、コンタクト抵抗が高くなり、十分な動作
電流を得ることができない。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、熱拡散法を用いると、結果とじてオン抵抗
が充分に低減できず、十分な動作電流を得ることができ
ないという問題があった。

そこで、イオン注入法によりρ土層５を形成する方法も
提案されているが、この方法でも、イオン注入後に１０
００℃程度に加熱する必要があり、再拡散を防止するの
は困難であった。また、装置が極めて高価であるという
問題もあった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、製造が簡
便で、オン抵抗の低い静電誘導トランジスタおよび静電
誘導サイリスタを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ そこで本発明では、高濃度の第１又は第２導電型を有す
る第１の半導体層を形成してなる第１導電型の半導体基
板の主表面にゲートとなる複数個の第２導電型の埋め込
み領域を形成すると共に、さらに前記半導体基板の主表
面に高濃度の第１導電型を有する第２の半導体層を形成
し半導体装置を形成するに際し、このＷ５２の半導体層
の形成を、基板表面に不純物を吸着させる第１工程と、
該基板へレーザー照射する第２工程とからなるレーザド
ーピング法によって行うようにしている。

すなわち、高濃度の第１１１電型を有する第１の半導体
層を備えた第１導電型の半導体基板を出発材料として用
いた場合は、この第１の半導体層をドレイン領域とする
静電誘導トランジスタが形成されるが、ここで、本発明
の方法では、ソース領域となる高濃度の第２の半導体層
の形成をレーザドーピング法によっておこなうようにし
ている。

また、高濃度の第２導電型を有する第１の半導体層を備
えた第１導電型の半導体基板を出発材料として用いた場
合は、この第１の半導体層をカソードとする静電誘導サ
イリスタが形成されるが、ここで、本発明の方法では、
アノード領域となる高濃度の第２の半導体層の形成をレ
ーザドーピング法によっておこなうようにしている。

〔作用〕

この方法によれば、高濃度の埋め込み領域の形成後に、
高濃度の半導体層を形成するに際し、レーザドーピング
法を用いるようにしているため、高温工程を経ることな
く形成でき、再拡散を招くことなく高濃度の半導体層を
形成することができる。

（実施例〕 次に、本発明の実施例として、静電誘導トランジスタの
製造方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図（ａ）乃至第１図（ｄ）は、本発明の第１の実施
例の静電誘導トランジスタの製造工程を示す図である。

この方法では、ｐチャネルの静電誘導トランジスタのソ
ースへのオーミック接触層および電荷注入層となる高濃
度のｐ型不純物領域の形成をレーザドーピング法によっ
て行うようにしたことを特徴とするもので、レーザドー
ピングに際しては、第２図に概念図を示すようなレーザ
ー照射装置のを使用する。

このレーザ照射装置は、真空槽１１と、真空槽１１にガ
スを導入するガス導入系１２と、真空槽１１を排気する
ための排気系１３と、真空槽１１の外部に配設され、レ
ーザーを発振するレーザー装置１４と、真空槽１１の所
定の領域に設けられたレーザー透過用の石英窓１５とを
備え、このレーザー装置１４から出力されたレーザ光１
６をこの石英窓１５を介して真空槽１１内に設置された
基板１８へ照射されるようにしたものである。

この装置では、レーザー光１６あるいは基板１８が移動
可能となっており、いずれかを移動させることにより、
任意の位置へ照射することができるようになっている。

また、このレーザー装置１４は、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ等の
１キシマレーザーＡｒレーザー、ＹＡＧレーザーなどの
中から、拡散深さや濃度にあわせ適当な波長をもつもの
が選択され、照射時間、パルス回数をコントロールして
所望の不純物導入を行うものである。

まず、第１図（ａ）に示すように、ｐ−型シリコン基板
２の裏面にエピタキシャル成長法により、はう素（Ｂ）
などのｎ型不純物を添加したｐ十エピタキシャル層１を
形成する。あるいは、ｐ−シリコン基板２に、ｎ型不純
物を拡散し、高濃度のｐ中層を形成して、はう素ｍ度１
×１０１８〜５×１０２０／ｃ１１３のｐ＋Ｉ１１と、
同濃度１×１０１３〜５×１０１４／ｃｌＩ３のｐ−領
域２とを備えたシリコン基板を形成する。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、ｐ−型シリコン基
板２の表面にマスクを介してリン（ｐ＞などのｎ型不純
物を拡散して、リン濃度１×１０１８〜１×１０２１／
ｃＩＩ３のストライブ状のｎ−層３を形成する。この領
域が埋め込み領域となる。

さらに、第２図（Ｃ）に示すように、ＳｉＨ４を原料ガ
スとしたＣＶＤ法により、該ｎ−層３を埋め込むための
ｐ−エピタキシャル層４をガを梢する。このとき基板温
度は９５０℃とし、膜厚は５〜１０μｍ、はう１ＡＩ１
１度１×１０１４〜１×１０１８／α３とする。

こののち、第１図（ｄ）に示すように、レーザドーピン
グを行い、該ｐ−エピタキシャル層４表面にｐ十層５を
形成する。

形成に際しては、まず、該ｐ−エピタキシャル層４の形
成された基板１８をレーザー照射装置の真空４！１１に
設置する。

そして該真空１１１内を一旦真空にした後Ｈ２希釈の５
％８２　Ｈ６を５０　Ｔｏｏｒ導入する。

次に１石英窓１５を通して基板の該ｐ−１ビタキシャル
層４へ垂直にＸｅＣＩエキシマレーザ−光（波長３０８
ｒ＋ｎ　）　９を照射する。照射エネルギーは１Ｊ／ｃ
ｉ・５ｈｏｔで、−回照射することにより、はう素濃度
が３×１０２０／ｃ１１３、深さ０．１μｍのｐ十層５
が形成される。

尚、不純物濃度を高くする場合は照射回数を多くし、拡
散深さを深くする場合はレーザーのエネルギーを高くす
ればよい。

またレーザー照射前に８２１１６を除去してもよい。

この後、第１図（ｅ）に示すように、電極取り出しのた
め、ｐ−１ビタキシャル層４とその表面に形成したｐ＋
十層の不必要な部分をエツチング除去し、最後にアルミ
ニウムなどの金属薄膜からなる電極６，７．８を形成す
ることによって、静電誘導トランジスタが完成する。

この方法では、オーミックコンタクト層および電荷注入
層としての高濃度の不純物層であるｐ十層５の形成が、
高温工程を経ることなくなされ得る。従って、従来のよ
うに、拡散時の加熱によりｎ土層内の不純物が再拡散を
起こし、チャンネル抵抗が増大し、増幅動作を行う際に
ソースからドレインへ流れるＭ流の通路をふさいでしま
う等の不都合を生じることなく、ｐ十層５に充分な石の
不純物拡散を行うことができ、ｐ十層５とソース電極８
とのコンタクト抵抗かを低減し、十分な動作ｆｆｆＦを
得ることができ、トランジスタ特性の向上をはかること
ができる。

実施例２ 次に、本発明の第２の実施例の静電誘導トランジスタの
製造方法について説明する。

第３図（ａ）乃至第３図（ｆ）はｐチャンネル静電誘導
トランジスタの製造工程図である。

この例は、高濃度のｐ十層５の形成工程に特徴を有する
もので、ゲート埋め込み後、ｐ−エピタキシャル層４を
形成するまでの工程は、第１図（ａ）乃至第１図（Ｃ）
に示した前記第１の実施例の工程で示したのと全く同様
にして行う。

すなわち、第３図（ａ）乃至第３図（Ｃ）に示したよう
に、ｐ−シリコン基板２の裏面に、ｐ型不純物を拡散し
、ｐ１層１を形成し、ざらにｐ−シリコン基板２の表面
に埋め込み領域となるストライブ状のｎ十層３、ｎ＋十
層を埋め込むためのｐ−エピタキシャル層４を順次積層
する。

こののち、第３図（ｄ）に示すように、該ｐ−エピタキ
シャル層４の表面に、スピンコード法によりホウ素を含
んだ５ｉ０２系被膜形成用塗布液を塗布し、ｐ型不純物
拡散源膜としてのホウ素を含んだ５ｉ０２系被膜１０を
形成する。ここでｎ型拡散源膜としては、（ＳｉＨ４＋
Ｂ２Ｈ６＋０２＞ガスを原料ガスとして用いたＣＶＤ法
により形成した（　Ｂ２Ｏ３＋５ｉ０２）膜１０または
、プラズマＣＶＤ法で（８２Ｈ６＋８２）ガスを原料と
してＢＮ膜、あるいはＢ２ｔ１６ガスを原料として形成
したアモルファス水素化硼素（ａ−ＢＨ）膜を用いても
よい。

しかるのちに、該拡散源Ｉｇ１１０が形成された基板を
レーザー照射装置の真空槽１１に設置する。

そして該真空槽１１内を一口真空にしだ後Ｈ２希釈の５
％８２Ｈ８を５０　Ｔｏｏｒ導入する。

次に、石英窓１５を通して基板の該ｐ−エピタキシャル
層４へ垂直にＸｅＣｌエキシマレーザ−光（波長３０８
　ｒ＋Ｉりを照射する。照射エネルギーは、１Ｊ／ｃｄ
・５ｈｏｔで一回照射とした。このようにして、はう素
濃度が３×１０　　口　、深さ０６１μｍのｐ十層５が
形成される。

この後、第３図（ｅ）に示すように、レーザー照射後、
この拡散源膜１０をフッ酸等でエツチング除去する。

そして最後に、第１の実施例と同様に、第３図（ｆ）に
示すごとり、電極取りＥｌｊ　ｔ、のため、ｐ−エピタ
キシャル層４とその表面に形成したｐ十層５の不必要な
部分をエツチング除去し、最後にアルミニウムなどの金
属薄膜からなる電極６．７゜８を形成することにより、
静電誘導トランジスタが完成する。

この方法でも、前記第１の実施例と同様に、ｐ十層５が
レーザードーピングを用いて形成される事により、同工
程は常温で行うことができる。

従って、埋め込み層であるｎ＋層は形成後に加熱工程を
経ることなく完成されるので再拡張など起こすことなく
設計どおりの特性を得ることができる。　尚、静電誘導
サイリスタについても、出発材料として、裏面にｎ土層
を形成したｐ−シリコン基板を用いるのみで、後は第１
および第２の実施例で示した静電誘導トランジスタと全
く同様の方法で製造可能である。

なお、レーザドーピングに際し、前記第１の実施例では
、拡散源として、水素化硼素Ｂ２　Ｈ６を基板表面に吸
着させるようにし、前記第２の実施例では、基板表面に
不純物を含有した膜（拡散源膜）を形成するようにした
が、これらはその−例であり、他の方法を用いるように
しても良い。

すなわち、不純物拡散源を基板表面に形成する第１工程
には、次の２つの方法に大、別される。

その第１の方法は、基板表面にガス状の不純物を吸着さ
せる方法であり、第２の方法は、基板表面に不純物を含
有した膜（拡散源膜）を形成する方法である。

第１の方法では、基板を真空槽に設置後、真空槽内を排
気し、不純物含有ガスを導入して、真空槽内を不純物含
有雰囲気にすると、不純物は基板表面に吸着される。

この状態で、レーザー照射を行うが、このレーザー照射
は、ガス雰囲気中で行ってもよいし、ガスを除去後真空
中で行ってもよい。

例えば、ｐ型層を形成する時は、はう素（Ｂ）を含有し
たガス（８２Ｈ６、ＢＦ３等）を、ｎ型層を形成する時
は、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）を含有したガス（ＰＨ３
、＾ｓＨ３等）を用いる。

また、第２の方法では、基板表面に真空蒸着法、プラズ
マＣＶＤ法あるいはスピンコード法等により、拡散源膜
を形成する。

例えば、プラズマＣＶＤ法で形成されるｎ型拡散源膜と
しては、ａ−ＢＨ膜、ＢＮ膜、ｎ型拡散源膜としては、
ａ−ＰＨ膜や、ＰＮ膜等が用いられる。

また、スピンコード法を用いて拡散源膜を形成する場合
は、例えば、ｎ型拡散源膜用としてはほう素（Ｂ）を含
有した被膜形成用塗布液を、ｎ型拡散源膜用としてはリ
ンを含有したＳｉＯ２系被膜形成用塗布液を用いる。こ
れらはいずれも、添加剤（拡散用不純物、ガラス質形成
剤等）を有機溶剤（アルコール系）に溶解している液体
状物質で、スピンコード法等で基板上へ簡単に塗布でき
る。溶液の濃度やスピンコードにおける回転数を変える
ことにより膜厚を制御して、基板中へのドーピング量、
濃度を制御することができる。

このようにして拡散源膜を形成した基板に対し、拡散源
膜を介してレーザー照射を行うと基板内へ不純物が拡散
され、その後拡散源膜を除去するようにすればよい。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、高濃度の第１又は第２導電型を
有する第１の半導体層を備えた第１導電型の半導体基板
の主表面にゲートとなる複数個の第２ｍ電型の埋め込み
領域を形成すると共に、さらに前記半導体基板の主表面
に高濃度の第１導電型を有する第２の半導体層を形成し
半導体装置を形成するに際し、高濃度の埋め込み領域の
形成後に、高濃度の第２の半導体層を形成するに際し、
レーザドーピング法を用いるようにしているため、高温
工程を経ることなく所望の濃度の高濃度層を形成でき、
オン抵抗が低い静電誘導トランジスタあるいは静電誘導
サイリスタを形成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至第１図（ｅ）は本発明の第１の実施例
の静電誘導トランジスタの製造工程図、第２図は本発明
の第１の実施例の静電誘導トランジスタの製造工程で用
いられるレーザー照射装置の概念図、第３図（ａ）乃至
第３図（予）は本発明の第２の実施例の静電誘導トラン
ジスタの製造工程図、第４図（ａ）乃至第４図（Ｃ）は
、静電誘導トランジスタを示す図、第５図（ａ）乃至第
５図（Ｃ）は、静Ｎ誘導サイリスタを示す図、第６図（
ａ）乃至第６図（ｄ＞は従来例のＷｐルミ誘導トランジ
スタ製造工程図である。 １・・・ｐ土層、１Ｓ・・・ｎ中層、２・・・ｐ−シリ
コン基板、３・・・ｎ中層、４・・・ｐ−エピタキシャ
ル層、５・・・ｐ＋層、６・・・ドレイン電極、７・・
・ゲート電極、８・・・ソース電極、１１・・・真空槽
、１２・・・ガス導入系、１３・・・排気系、１４・・
・レーザー装置、１５・・・石英窓、１６・・・レーザ
ー光、１８・・・基板。 忙） （ｄ） （ｅ） 第１図 第２図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） （ｅ） （ｆ） 第３図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） 第６図 手続補正書 （方式） ％式％ ７、補正の内容 本願明細書の添付図面の第５図を別紙のごとく訂正する
。 事件の表示 昭和６３年特許願第２６５５７４号 発明の名称 半導体装置の製造方法 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （１２３）株式会社小松製作所 埋入 （〒１０４）東京都中央区銀座２丁目１１番２号銀座大
作ビル６階　電話０３−５４５−３５０８　（代表）平
成２年３月１２日 （発送日　平成２年３月２７日）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）裏面側に第１導電型高濃度領域を具備してなる第
   １導電型の半導体基板の表面に、所定の間隔で複数個の
   第２導電型埋め込み領域を形成する埋め込み工程と、 前記半導体基板の主表面に第１導電型エピタキシャル層
   を成長させるエピタキシャル成長工程と、 この表面に第１導電型高濃度領域を形成する高濃度領域
   形成工程と、 からなる半導体装置の製造方法において、 前記高濃度領域形成工程が、 基板表面に不純物を吸着させる第１工程と、該基板へレ
   ーザー照射する第２工程とからなることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. （２）裏面側に第２導電型高濃度領域を具備してなる第
   １導電型の半導体基板の表面に、所定の間隔で複数個の
   第２導電型埋め込み領域を形成する埋め込み工程と、 前記半導体基板の主表面に第１導電型エピタキシャル層
   を成長させるエピタキシャル成長工程と、 この表面に第１導電型高濃度領域を形成する高濃度領域
   形成工程と、 からなる半導体装置の製造方法において、 前記高濃度領域形成工程が、 基板表面に不純物を吸着させる第１工程と、該基板へレ
   ーザー照射する第２工程とからなることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。