JPH0640592B2 - ｐｎ接合近傍の不純物濃度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はｐｎ接合近傍の不純物濃度制御方法に係わり、
特に、ｐｎ接合近傍の不純物濃度分布を精密に制御して
該ｐｎ接合を含む半導体素子を所望の特性に一致させる
ことのできる不純物濃度の制御方法に関する。

〈従来の技術〉 一般にｐｎ接合の両側に広がる空乏層の幅は、ｐｎ接合
両側の不純物濃度分布に関連しており、したがってｐｎ
接合の両側に形成される空乏層を利用する半導体素子で
はｐｎ接合両側の不純物濃度分布を精密に制御すること
が必要である。特に可変容量ダイオードのように、素子
の仕様が容量変化比（低印加電圧時の容量値／高印加電
圧時の容量値）で規定されている場合は、半導体層の深
さ方向の不純物濃度分布を精密に制御できないと与えら
れた仕様を満足することができない。

それで、まず、従来の可変容量ダイオードの製造方法を
通して従来の不純物濃度分布の制御方法を説明する。標
準的な可変容量ダイオードは、第３図に示されているよ
うに、ｎ＋型のシリコン半導体基板１上にｎ−型のエピ
タキシャル層３を成長させ、該エピタキシャル３の表面
部にｐ型の不純物領域７を形成する。この不純物領域７
にはエピタキシャル層３の表面に成長させられた二酸化
シリコン膜９に穿設されたコンタクト孔を介して電極１
１が接続されており、半導体基板１の裏面に被着された
金属メタル１３との間に逆バイアス電圧が印加される。

かかる構造の可変容量ダイオードのエピタキシャル層３
の不純物濃度は、エピタキシャル層３表面のシート抵抗
を４深針法で測定し、その測定値を過去の経験値に照ら
してエピタキシャル層３の不純物濃度を推定する。エピ
タキシャル層３に導入すべき不純物量はこのようにして
推定された不純物濃度に基づき算出され、エピタキシャ
ル層３に導入される不純物量が定められると、逆バイア
ス電圧の変化に伴い不純物領域７とエピタキシャル層３
とで形成されるｐｎ接合の両側に広がる空乏層の幅が予
測されるので、該空乏層幅の変化に基づき上記容量変化
比を求め、上記仕様に対するその最適化を図るものであ
る。。

〈発明の解決しようとする問題点〉 しかしながら、一般に高不純物濃度の半導体基板上に低
濃度のエピタキシャル層を成長させると、半導体基板と
の接合面近傍の不純物濃度分布は一定しない。これはエ
ピタキシャル層の成長時に発生するオートドーピング
が、半導体基板の濃度のばらつきや、エピタキシャル成
長の時間、温度、さらにはエピタキシャル成長炉中の残
留不純物等の影響を受けるためと考えられている。

このようにオートドーピングが複雑な因子により支配さ
れているので、エピタキシャル層３表面のシート抵抗か
ら経験値に基づきエピタキシャル層３内部の不純物分布
を予測しようとしても、誤差が大きく、高印加電圧時に
半導体基板との接合面近傍にまで広がる空乏層に基づく
容量値は制御困難であった。その結果、低印加電圧時の
容量値をエピタキシャル層３に導入される不純物量でし
か制御できず、この不純物量だけでの制御では高印加電
圧時と低印加電圧時との２点の相対的関係で定まる容量
変化比を使用に一致させがたい。その結果、不良品の発
生率が高くなり、この歩留りの低下が製造原価を上昇さ
せていた。

したがって、本発明の目的は印加化電圧時の容量値だけ
でなく、高印加電圧時の容量値をも制御可能にしたｐｎ
接合近傍の不純物濃度制御方法を提供することである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、高不純物濃度の第１導電型半導体基板上に重
畳された低不純物濃度の第１導電型半導体層の不純物濃
度分布をその深さ方向に測定する工程と、所定深さにお
ける上記半導体層の不純物濃度を半導体基板から不純物
を拡散させて所定の値に調整する工程と、上記半導体層
の表面部に上記所定深さの不純物濃度に基づき算出され
た量の第２導電型の不純物を導入して第２導電型領域を
形成する工程とを含むことを特徴としている。

〈作用および効果〉 本発明によるｐｎ接合近傍の不純物濃度制御方法にあっ
ては、半導体層の不純物濃度分布をその深さ方向に測定
して、後に形成されるｐｎ接合近傍の不純物濃度分布を
正確に把握する。この測定結果が、半導体基板と半導体
層との接合近傍の不純物濃度が予定より低いことを示し
ているなら、半導体基板を加熱する等して半導体基板か
ら不純物を半導体層に拡散させ所定深さにおける不純物
濃度を調整する。こうして所定深さの不純物濃度が調整
できると、高印加電圧時の空乏層の幅を正確に予測する
ことができ、しかも所定深さにおける正確な不純物濃度
に基づき半導体層に導入すべき不純物量を定められるの
で、低印加電圧時の空乏層の幅も正確に予測できる。こ
のように低印加電圧時の空乏層の幅だけでなく、高印加
電圧時の空乏層の幅をも正確に予測できるので、このよ
うな空乏層を含む半導体素子の特性を精密に制御するこ
とができる。

〈実施例〉 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。この
一実施例は本発明を可変容量ダイオードの製造方法に適
用したものであり、第１図の実線Ａで示されている電
圧、容量特性の可変容量ダイオードを製造しようとする
場合を例にして説明する。

この場合、まず、ｎ＋型の半導体基板上にｎ−型のエピ
タキシャル層を成長させ、この後、ＭＯＳ法によりエピ
タキシャル層の電圧、容量特性を測定する。

ＭＯＳ法による測定では、エピタキシャル層の表面に約
１０００Åの熱酸化膜を成長させ、続いて、水銀プロー
ブ法により上記熱酸化膜の上に電極を形成する。この電
極に電圧を印加し、これを徐々に増加させてゆけば、半
導体基板からエピタキシャル層にかけて空乏層が広が
る。この空乏層容量を印加電圧の増加に対応させて測定
してゆけば、半導体基板からエピタキシャル層にかけて
の不純物濃度分布を正確に把握することができる。な
お、半導体基板からエピタキシャル層にかけての不純物
濃度分布は破壊的にも測定できるが、ＭＯＳ法は非破壊
測定なので、ロット毎に測定しても生産量の低下となら
ない。

こうして得られた不純物の濃度分布が、第２図の実線Ｂ
で示されているように予定値（破線Ｃで示す）より低い
場合には、半導体基板を所定時間の間、約１１００℃に
加熱して半導体基板からエピタキシャル層に不純物を拡
散させて不純物の濃度分布を破線Ｃで示された予定値に
一致させる。このように不純物の濃度分布を全体的に上
方に修正するということは、第１図の破線Ｄ上の点ｄ１
で示されている容量値を実線Ａの仕様点ａ１に移動させ
ることになる。

続く工程では、測定した不純物の濃度分布に基づき、エ
ピタキシャル層に導入すべきｐ型の不純物量を算出し、
該算出された量ｐ型の不純物をイオン打ち込みしてｐ型
の不純物領域を形成する。このイオン打ち込み時の不純
物注入量を適宜選択してエピタキシャル層中の所定位置
にｐｎ接合を形成する。低印加電圧時においてはｐ型の
不純物領域側に広がる空乏層の影響が大きいので、エピ
タキシャル層に導入するｐ型の不純物量を適宜選択する
と、第１図の破線Ｄ上の点ｄ２で示されている容量値を
実線Ａの仕様点ａ２に移動させることができる。

このように、低印加電圧点における容量値ｄ２だけでな
く、高印加電圧点における容量値ｄ１をも仕様点ａ２，
ａ１にそれぞれ一致させられるので、可変容量ダイオー
ドの特性を仕様と精密に一致させることができ、歩留ま
りを向上させることができる。その結果、不良品の発生
を低下させることができ、可変容量ダイオードの製造原
価の低下も図ることができる。

なお、上記一実施例では本発明を可変容量ダイオードの
製造方法に適用した場合を示したが、本発明は可変容量
ダイオードの製造方法に限定されるものではなく、ｐｎ
接合近傍の不純物濃度分布を精密に制御しなければなら
ない場合全て、例えばショツトキバリアダイオードの製
造においても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変容量ダイオードに印加される逆バイアス電
圧とその結果発生する空乏層容量との関係を示すグラ
フ、第２図は半導体基板上に重畳されたエピタキシャル
層の表面からの深さと不純物濃度との関係を示すグラ
フ、第３図は従来の可変容量ダイオードの構造を示す断
面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高不純物濃度の第１導電型半導体基板上に
   重畳された低不純物濃度の第１導電型半導体層の不純物
   濃度分布をその深さ方向に測定する工程と、所定深さに
   おける上記半導体層の不純物濃度を半導体基板から不純
   物を拡散させて所定の値に調整する工程と、上記半導体
   層の表面部に上記所定深さの不純物濃度に基づき算出さ
   れた量の第２導電型の不純物を導入して第２導電型領域
   を形成する工程とを含むｐｎ接合近傍の不純物濃度制御
   方法。