JPH09162136A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH09162136A JPH09162136A JP7324211A JP32421195A JPH09162136A JP H09162136 A JPH09162136 A JP H09162136A JP 7324211 A JP7324211 A JP 7324211A JP 32421195 A JP32421195 A JP 32421195A JP H09162136 A JPH09162136 A JP H09162136A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】シリコン半導体素子のライフタイムの局所的制
御のために、基板中へのプロトン等の粒子線照射におい
て、サイクロトロン等の超高エネルギー加速器を用いる
ことなく、通常の半導体製造用イオン打ち込み装置で実
施する方法。 【解決手段】シリコン基板の結晶方位、〈１１０〉等に
整合させてイオン打ち込みし、チャンネリング現象を利
用することにより、低エネルギーでも深いイオン打ち込
みを可能とする。 【効果】超高エネルギー加速器が不要である。また、イ
オンの侵入深さの偏差の制御や結晶欠陥の発生分布の制
御が可能となる。
御のために、基板中へのプロトン等の粒子線照射におい
て、サイクロトロン等の超高エネルギー加速器を用いる
ことなく、通常の半導体製造用イオン打ち込み装置で実
施する方法。 【解決手段】シリコン基板の結晶方位、〈１１０〉等に
整合させてイオン打ち込みし、チャンネリング現象を利
用することにより、低エネルギーでも深いイオン打ち込
みを可能とする。 【効果】超高エネルギー加速器が不要である。また、イ
オンの侵入深さの偏差の制御や結晶欠陥の発生分布の制
御が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコン半導体装置
の製造方法に係り、特にシリコン単結晶基板の局所的な
ライフタイムの制御のための、荷電粒子の注入（照射）
方法に関する。
の製造方法に係り、特にシリコン単結晶基板の局所的な
ライフタイムの制御のための、荷電粒子の注入（照射）
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン単結晶基板の少数キャリアのラ
イフタイムの局所的制御方法として、プロトン（水素イ
オン）やヘリウムイオン等の軽元素イオンの注入（照
射）方法が知られている。軽元素イオンを高エネルギー
でシリコン結晶中に注入すると、結晶中の電子との非弾
性衝突や原子核との弾性衝突を引き起こす。特に原子核
との弾性衝突では、シリコン原子を格子点から弾き飛ば
し、多大の結晶欠陥を発生させる。そして、この結晶欠
陥を発生させた場所のライフタイムを局所的に低下させ
ることができるためである。イオンの注入（照射）エネ
ルギーの選定により、シリコン結晶の表面からの深さ
（位置）を、イオンの注入（照射）量の選定により結晶
欠陥の量、即ちライフタイムの低下の程度を制御でき
る。この方法に関連するものには、特公昭60−8632号，
特公平6−71078号，特開平1−162368 号，特開平4−214
674号，特開平6−350110号等が挙げられる。特に、特公
平6−71078号にはイオンの注入（照射）エネルギーとシ
リコン結晶中への侵入深さの関係が詳細に説明されてい
る。
イフタイムの局所的制御方法として、プロトン（水素イ
オン）やヘリウムイオン等の軽元素イオンの注入（照
射）方法が知られている。軽元素イオンを高エネルギー
でシリコン結晶中に注入すると、結晶中の電子との非弾
性衝突や原子核との弾性衝突を引き起こす。特に原子核
との弾性衝突では、シリコン原子を格子点から弾き飛ば
し、多大の結晶欠陥を発生させる。そして、この結晶欠
陥を発生させた場所のライフタイムを局所的に低下させ
ることができるためである。イオンの注入（照射）エネ
ルギーの選定により、シリコン結晶の表面からの深さ
（位置）を、イオンの注入（照射）量の選定により結晶
欠陥の量、即ちライフタイムの低下の程度を制御でき
る。この方法に関連するものには、特公昭60−8632号，
特公平6−71078号，特開平1−162368 号，特開平4−214
674号，特開平6−350110号等が挙げられる。特に、特公
平6−71078号にはイオンの注入（照射）エネルギーとシ
リコン結晶中への侵入深さの関係が詳細に説明されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】シリコン単結晶基板中
の所定の深さにプロトン等の軽元素イオンを注入するた
めには、数ＭｅＶ以上の高い加速電圧が必要であり、サ
イクロトロンやタンデム型バンデグラフなどの加速器が
用いられてる。これらの装置設備は近年コンパクト化さ
れたとはいえ、建屋や放射線管理施設も含めて通常の半
導体工場内では容易に使用することはできない。
の所定の深さにプロトン等の軽元素イオンを注入するた
めには、数ＭｅＶ以上の高い加速電圧が必要であり、サ
イクロトロンやタンデム型バンデグラフなどの加速器が
用いられてる。これらの装置設備は近年コンパクト化さ
れたとはいえ、建屋や放射線管理施設も含めて通常の半
導体工場内では容易に使用することはできない。
【０００４】本発明の目的は、通常の半導体製造装置を
用いて、即ち高い加速エネルギーを用いずに、シリコン
単結晶基板中の所定の深さにプロトン等の軽元素イオン
を注入する方法を提供することにある。また、ダメージ
が小さくｐｎ接合のリーク電流が少ない軽元素イオンの
注入方法を提供することにある。
用いて、即ち高い加速エネルギーを用いずに、シリコン
単結晶基板中の所定の深さにプロトン等の軽元素イオン
を注入する方法を提供することにある。また、ダメージ
が小さくｐｎ接合のリーク電流が少ない軽元素イオンの
注入方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、プロトン等
の軽元素イオンを注入する加速エネルギーを、通常の半
導体製造プロセスで用いられている数１００ｋｅＶ以下
の加速エネルギーのイオン打ち込み装置（イオンビーム
の偏向角度を広げる改造のみで使用可）で実施すること
により達成される。このため、チャンネリング効果を利
用する。打ち込まれるイオンの方向を単結晶基板の結晶
軸と一致させると、イオンが基板の結晶格子の間をくぐ
りぬけて奥深く入り込むことが知られている。通常のイ
オン打ち込みでは不純物（ドーパント）の分布を高精度
にするために、基板面を傾けたり、基板表面に薄いシリ
コン酸化膜などの非晶質膜を形成したりして、このチャ
ンネリング効果を防止している。しかし、チャンネリン
グ効果を利用することによりイオン打ち込みの飛程を数
倍以上深くすることができる。換言すると、所定の深さ
のイオン打ち込みのエネルギーが数分の１以下にでき
る。
の軽元素イオンを注入する加速エネルギーを、通常の半
導体製造プロセスで用いられている数１００ｋｅＶ以下
の加速エネルギーのイオン打ち込み装置（イオンビーム
の偏向角度を広げる改造のみで使用可）で実施すること
により達成される。このため、チャンネリング効果を利
用する。打ち込まれるイオンの方向を単結晶基板の結晶
軸と一致させると、イオンが基板の結晶格子の間をくぐ
りぬけて奥深く入り込むことが知られている。通常のイ
オン打ち込みでは不純物（ドーパント）の分布を高精度
にするために、基板面を傾けたり、基板表面に薄いシリ
コン酸化膜などの非晶質膜を形成したりして、このチャ
ンネリング効果を防止している。しかし、チャンネリン
グ効果を利用することによりイオン打ち込みの飛程を数
倍以上深くすることができる。換言すると、所定の深さ
のイオン打ち込みのエネルギーが数分の１以下にでき
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は本発明によるサイリスタの
工程を示す断面模式図である。
工程を示す断面模式図である。
【０００７】(ａ)シリコン基板１０の品位は、製法Ｆ
Ｚ，直径５インチ，厚み１６００μｍ，抵抗率４５０〜
５００Ω−cm（中性子照射ドーピング），面方位〈１１
０〉でそれぞれの単結晶である。基板の表面は鏡面研磨
仕上げである。
Ｚ，直径５インチ，厚み１６００μｍ，抵抗率４５０〜
５００Ω−cm（中性子照射ドーピング），面方位〈１１
０〉でそれぞれの単結晶である。基板の表面は鏡面研磨
仕上げである。
【０００８】(ｂ)通常の拡散により、ｐｎｐｎ４層構造
を形成した。ｐ型層は金属アルミニウムをソースとした
真空拡散，ｎ型エミッタ層はオキシ三塩化リン（ＰＯＣ
ｌ3)をソースとした気相拡散であり、シリコン酸化膜１
１をマスクとした選択拡散で形成した。
を形成した。ｐ型層は金属アルミニウムをソースとした
真空拡散，ｎ型エミッタ層はオキシ三塩化リン（ＰＯＣ
ｌ3)をソースとした気相拡散であり、シリコン酸化膜１
１をマスクとした選択拡散で形成した。
【０００９】(ｃ)シリコンウエハプロセス完了後、アノ
ード面側から水素イオン１２（プロトン）を照射した。
半導体製造プロセス用イオン打ち込み装置を用い、ソー
スガスとして水素ガスを使用し、加速電圧１８０ｋｅ
Ｖ，ドーズ量１×１０11ions／cm2 である。この時、注
意する点は、シリコン単結晶の面方位とイオンの照射角
度を±０.５° 以内に整合させること、シリコン単結晶
のイオン打ち込み面には酸化膜やその他膜を除去してお
くことである。従って、図１(ｃ)においては、ウエハ表
面に対し略垂直に水素イオンが照射され、かつウエハの
照射面には単結晶面が露出している。
ード面側から水素イオン１２（プロトン）を照射した。
半導体製造プロセス用イオン打ち込み装置を用い、ソー
スガスとして水素ガスを使用し、加速電圧１８０ｋｅ
Ｖ，ドーズ量１×１０11ions／cm2 である。この時、注
意する点は、シリコン単結晶の面方位とイオンの照射角
度を±０.５° 以内に整合させること、シリコン単結晶
のイオン打ち込み面には酸化膜やその他膜を除去してお
くことである。従って、図１(ｃ)においては、ウエハ表
面に対し略垂直に水素イオンが照射され、かつウエハの
照射面には単結晶面が露出している。
【００１０】(ｄ)シリコンウエハの両主面の電極用のア
ルミニウムを厚み１０μｍ蒸着し、通常のホトリソグラ
フィによりパターニングした。その後、上記シリコン基
板を温度３８０±５℃，窒素と１０％水素の混合気流の
雰囲気中で１００min 加熱処理した。
ルミニウムを厚み１０μｍ蒸着し、通常のホトリソグラ
フィによりパターニングした。その後、上記シリコン基
板を温度３８０±５℃，窒素と１０％水素の混合気流の
雰囲気中で１００min 加熱処理した。
【００１１】温度の管理は以下の注意が必要である。電
極用アルミニウムをシリコン基板にシンタリングさせる
ためには、高温が適しており、３８０〜５２０℃が望ま
しい。一方、プロトン照射により形成されたシリコン結
晶中の欠陥のうち、低温で回復しやすい欠陥を取り除く
ためには３５０〜４２０℃付近が望ましい。これは、半
導体素子の動作温度及び保管温度は１５０℃及び２００
℃が保証されており、サージ電流などにより瞬時には３
００℃以上になるが、この程度の温度で素子特性が変動
することを防止するためである。また、シリコン中にｐ
ｎ接合形成時に拡散導入された酸素は、約４５０℃の熱
処理によりドナーとなりやすくシリコン結晶の抵抗率を
変動させるため、この近傍の温度を避けることが望まし
い。更に、これらの現象は熱処理温度のみならず処理時
間も因子であり、操作性や再現性を考慮して決められ
る。
極用アルミニウムをシリコン基板にシンタリングさせる
ためには、高温が適しており、３８０〜５２０℃が望ま
しい。一方、プロトン照射により形成されたシリコン結
晶中の欠陥のうち、低温で回復しやすい欠陥を取り除く
ためには３５０〜４２０℃付近が望ましい。これは、半
導体素子の動作温度及び保管温度は１５０℃及び２００
℃が保証されており、サージ電流などにより瞬時には３
００℃以上になるが、この程度の温度で素子特性が変動
することを防止するためである。また、シリコン中にｐ
ｎ接合形成時に拡散導入された酸素は、約４５０℃の熱
処理によりドナーとなりやすくシリコン結晶の抵抗率を
変動させるため、この近傍の温度を避けることが望まし
い。更に、これらの現象は熱処理温度のみならず処理時
間も因子であり、操作性や再現性を考慮して決められ
る。
【００１２】(ｅ)シリコン基板から所定の素子サイズの
ペレットに切り出し、その端面を所定の形状に加工しシ
リコーンゴムのパッシベーション膜を形成した。
ペレットに切り出し、その端面を所定の形状に加工しシ
リコーンゴムのパッシベーション膜を形成した。
【００１３】更に、通常の方法によりパッケージングさ
れる。
れる。
【００１４】この工程でも、加熱温度は上記の工程での
説明と同様、注意が必要である。
説明と同様、注意が必要である。
【００１５】図２に、この時の水素イオン（プロトン）
のシリコン中への侵入深さを示す。これは、拡散層のな
いシリコンウエハにイオン打ち込みした後、深さ方向の
抵抗率分布から求めたものである。飛程Ｒｐ＝５２μ
ｍ，偏差（広がり幅）σ＝１２μｍである。
のシリコン中への侵入深さを示す。これは、拡散層のな
いシリコンウエハにイオン打ち込みした後、深さ方向の
抵抗率分布から求めたものである。飛程Ｒｐ＝５２μ
ｍ，偏差（広がり幅）σ＝１２μｍである。
【００１６】なお、飛程Ｒｐ＝５２μｍを得るために
は、従来の方法では、プロトンの加速エネルギーは約
２.１ＭｅＶ であり、本発明の方法の１０倍以上の高エ
ネルギーが必要である。イオン打ち込み時にシリコン基
板支持台を液体窒素で冷却しシリコン基板の温度を低く
すると、結晶格子の熱振動は少なくなり、イオンの飛程
は大きくでき、偏差（広がり幅）は小さくできる。
は、従来の方法では、プロトンの加速エネルギーは約
２.１ＭｅＶ であり、本発明の方法の１０倍以上の高エ
ネルギーが必要である。イオン打ち込み時にシリコン基
板支持台を液体窒素で冷却しシリコン基板の温度を低く
すると、結晶格子の熱振動は少なくなり、イオンの飛程
は大きくでき、偏差（広がり幅）は小さくできる。
【００１７】更に、上機実施例では、偏差（広がり幅）
σ＝１２μｍと、従来の方法で製作した試料に比べて数
倍大きく、結晶中の深さ方向の制御性が一見劣るように
見える。しかし、この現象は素子特性上は不利にはなっ
ていない。むしろ、結晶欠陥の局所的集中発生を防止で
き、素子特性上有利な場合もある。例えば、ｐｎ接合の
逆方向のリーク電流は低減できる。従来の方法では、２
段階以上のエネルギーで照射して、プロトンの侵入深さ
の偏差（広がり幅）をより広げライフタイムを低減の分
布をなだらかにしている場合もあるのはこのためであ
る。
σ＝１２μｍと、従来の方法で製作した試料に比べて数
倍大きく、結晶中の深さ方向の制御性が一見劣るように
見える。しかし、この現象は素子特性上は不利にはなっ
ていない。むしろ、結晶欠陥の局所的集中発生を防止で
き、素子特性上有利な場合もある。例えば、ｐｎ接合の
逆方向のリーク電流は低減できる。従来の方法では、２
段階以上のエネルギーで照射して、プロトンの侵入深さ
の偏差（広がり幅）をより広げライフタイムを低減の分
布をなだらかにしている場合もあるのはこのためであ
る。
【００１８】また、本発明による方法では、整然と並ん
だ結晶格子間（チャンネル）を打ち込まれたイオンが通
過するのであるが、結晶欠陥のあるところではこの不規
則に配列した原子核と衝突することにより、結晶中の侵
入深さが浅くなってしまう。しかし、結晶欠陥のある個
所はもともとライフタイムが低い個所であり、プロトン
の照射を少なくすべき場所である。本発明のチャンネリ
ングを利用したイオン打ち込みでは、結晶欠陥の多い所
ではイオンの侵入深さが自己整合（セルフアライン）的
に浅く制御できる特徴がある。これは、従来の方法では
全く見られない特徴である。
だ結晶格子間（チャンネル）を打ち込まれたイオンが通
過するのであるが、結晶欠陥のあるところではこの不規
則に配列した原子核と衝突することにより、結晶中の侵
入深さが浅くなってしまう。しかし、結晶欠陥のある個
所はもともとライフタイムが低い個所であり、プロトン
の照射を少なくすべき場所である。本発明のチャンネリ
ングを利用したイオン打ち込みでは、結晶欠陥の多い所
ではイオンの侵入深さが自己整合（セルフアライン）的
に浅く制御できる特徴がある。これは、従来の方法では
全く見られない特徴である。
【００１９】上記の実施例では、〈１１０〉結晶方位の
シリコン単結晶に水素イオン（プロトン）を照射した例
を詳述したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
シリコン単結晶に水素イオン（プロトン）を照射した例
を詳述したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
【００２０】結晶方位は、〈１１１〉，〈１００〉等も
有効である。
有効である。
【００２１】照射イオンは、プロトンのみならず、重水
素イオン（2Ｈ+），水素ガスイオン（Ｈ2+），ヘリウム
イオン（3Ｈｅ++，4Ｈｅ++）等を用いること、また２種
類以上を併用することもできる。
素イオン（2Ｈ+），水素ガスイオン（Ｈ2+），ヘリウム
イオン（3Ｈｅ++，4Ｈｅ++）等を用いること、また２種
類以上を併用することもできる。
【００２２】イオンの照射量が多くなると、結晶中のイ
オン通過領域の結晶欠陥が多くなり、チャンネリング効
果が小さくなり、イオンの侵入深さが浅くなる。このた
め、イオンの照射量は１０13ions／cm2以下が望まし
く、更には５×１０12ions／cm2以下が理想的である。
オン通過領域の結晶欠陥が多くなり、チャンネリング効
果が小さくなり、イオンの侵入深さが浅くなる。このた
め、イオンの照射量は１０13ions／cm2以下が望まし
く、更には５×１０12ions／cm2以下が理想的である。
【００２３】また、半導体素子は、サイリスタのみなら
ず、他の構造、例えば、高周波ダイオード，高速スイッ
チング素子にも適用できる。
ず、他の構造、例えば、高周波ダイオード，高速スイッ
チング素子にも適用できる。
【００２４】
【発明の効果】本発明による半導体素子の粒子線照射に
よる特性制御方法の効果を列記する。 (１)特殊な高エネルギー加速器を使用することなく、通
常の半導体製造用イオン打ち込み装置が使用できる。従
って、半導体素子のコストダウンに貢献できる。
よる特性制御方法の効果を列記する。 (１)特殊な高エネルギー加速器を使用することなく、通
常の半導体製造用イオン打ち込み装置が使用できる。従
って、半導体素子のコストダウンに貢献できる。
【００２５】(２)プロトン等の照射粒子の侵入深さの偏
差（広がり幅）をコントロールすることが可能である。
差（広がり幅）をコントロールすることが可能である。
【００２６】(３)基板の結晶欠陥に対して、イオンの侵
入深さが自己整合(セルフアライン)的に制御できる。
入深さが自己整合(セルフアライン)的に制御できる。
【００２７】(４)結晶のダメージの分布が緩やかであ
り、ｐｎ接合の逆方法リーク電流を低減できる。
り、ｐｎ接合の逆方法リーク電流を低減できる。
【図１】本発明の半導体製造方法の実施例を示す断面模
式図である。
式図である。
【図２】本発明と従来の方法による、シリコン結晶中の
欠陥分布を示す模式図である。
欠陥分布を示す模式図である。
１０…シリコン単結晶基板、１２…水素イオン（プロト
ン）。
ン）。
Claims (3)
- 【請求項１】シリコン単結晶半導体基板の少なくとも一
主表面から不純物をイオン打ち込みし、シリコン基板の
不純物イオンが打ち込まれた近傍のライフタイムを局所
的に低下させる方法において、不純物のイオン打ち込み
はシリコン単結晶の結晶方位に沿ったチャンネリング現
象を用いたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】請求項１において、イオン打ち込みする不
純物は水素イオン(1Ｈ+ ），重水素イオン(2Ｈ+），水
素ガスイオン(1Ｈ2+），ヘリウムイオン（3Ｈｅ++，4Ｈ
ｅ++)のうちの１種または２種以上とし、照射量は１０
13ions／cm2 以下とすることを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項３】請求項１において、シリコン単結晶の結晶
方位は＜１１０＞，＜１１１＞，＜１００＞方向のうち
の１方向であることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7324211A JPH09162136A (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7324211A JPH09162136A (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09162136A true JPH09162136A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18163292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7324211A Pending JPH09162136A (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09162136A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001156299A (ja) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| WO2001073848A1 (fr) * | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procede de production de plaquettes de liaison et plaquettes de liaison ainsi produites |
| JP2002093813A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Toyota Motor Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2011249602A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 逆阻止型サイリスタ |
| US8975169B2 (en) | 2011-08-22 | 2015-03-10 | The University Of Surrey | Method of manufacture of an optoelectronic device and an optoelectronic device manufactured using the method |
| US10193000B1 (en) * | 2017-07-31 | 2019-01-29 | Ixys, Llc | Fast recovery inverse diode |
| JP2022000882A (ja) * | 2020-06-17 | 2022-01-04 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
-
1995
- 1995-12-13 JP JP7324211A patent/JPH09162136A/ja active Pending
Cited By (10)
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| CN109326654A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 艾赛斯有限责任公司 | 快速恢复反向二极管 |
| US10847658B2 (en) | 2017-07-31 | 2020-11-24 | Littelfuse, Inc. | Fast recovery inverse diode |
| CN109326654B (zh) * | 2017-07-31 | 2023-08-29 | 艾赛斯有限责任公司 | 快速恢复反向二极管 |
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