JPS582449B2 - 少数キヤリヤ拡散長の制御方法 - Google Patents
少数キヤリヤ拡散長の制御方法Info
- Publication number
- JPS582449B2 JPS582449B2 JP52122644A JP12264477A JPS582449B2 JP S582449 B2 JPS582449 B2 JP S582449B2 JP 52122644 A JP52122644 A JP 52122644A JP 12264477 A JP12264477 A JP 12264477A JP S582449 B2 JPS582449 B2 JP S582449B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffusion length
- minority carrier
- carrier diffusion
- ion implantation
- annealing
- Prior art date
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- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体基板中にプロトン、ヘリウム等の軽元素
から成るイオンを注入することにより、所望の深さにキ
ャリアの再結合中心を導入し、少数キャリアの拡散長を
短縮する少数キャリア拡散長の制御方法に関するもので
ある。
から成るイオンを注入することにより、所望の深さにキ
ャリアの再結合中心を導入し、少数キャリアの拡散長を
短縮する少数キャリア拡散長の制御方法に関するもので
ある。
イオン注入法は所望の深さに所望の濃度の不純物を導入
し得る有用な方法として一部半導体工業分野では従来の
熱拡散法に置き代わるまでに実用化されている。
し得る有用な方法として一部半導体工業分野では従来の
熱拡散法に置き代わるまでに実用化されている。
しかし、この方法はイオン化した不純物原子を高電界中
で加速して強制的に半導体基板中に打込むことによる必
然的結果として、入射エネルギーを失って静止するまで
の過程で基板構成原子と衝突してこれらを結晶格子位置
よりはじき出し、多量の空格子を誘起する。
で加速して強制的に半導体基板中に打込むことによる必
然的結果として、入射エネルギーを失って静止するまで
の過程で基板構成原子と衝突してこれらを結晶格子位置
よりはじき出し、多量の空格子を誘起する。
アニールの過程でこれらの空格子は互いに結びついたり
、基板構成原子、或いは不純原子と結合して空格子対空
格子一基板原子対、空格子一不純物原子対、等の複合欠
陥を形成する。
、基板構成原子、或いは不純原子と結合して空格子対空
格子一基板原子対、空格子一不純物原子対、等の複合欠
陥を形成する。
これらの欠陥は禁制帯内に種々のエネルギー準位をつく
り、キャリアのトラップ準位、或いは再結合中心となる
ことが予想される。
り、キャリアのトラップ準位、或いは再結合中心となる
ことが予想される。
本発明はイオン照射損傷によって発生した再結合中心を
積極的に利用して，少数キャリア拡散長を短縮する方法
を提供するものである。
積極的に利用して，少数キャリア拡散長を短縮する方法
を提供するものである。
この再結合中心の空間的分布は欠陥分布、換言すれば、
原子核衝突過程で放出されるエネルギーの分布と第一近
似的に同じ形をとると考えられる。
原子核衝突過程で放出されるエネルギーの分布と第一近
似的に同じ形をとると考えられる。
イオン注入時の欠陥密度分布の形状はイオン種、入射エ
ネルギー、ならびに基板構成原子と密度により異なるが
、一般に軽原子イオンが注入された場合には第１図に例
示した如く、欠陥分布は基板表面より内部に入るにつれ
て徐々に増加し、一次入射イオンの投影飛程（ＲＰ）よ
りわずかに浅い部分（ＲＤ）で最大値をとった後、急激
に減少する。
ネルギー、ならびに基板構成原子と密度により異なるが
、一般に軽原子イオンが注入された場合には第１図に例
示した如く、欠陥分布は基板表面より内部に入るにつれ
て徐々に増加し、一次入射イオンの投影飛程（ＲＰ）よ
りわずかに浅い部分（ＲＤ）で最大値をとった後、急激
に減少する。
従って、イオン注入直後の再結合中心の密度分布は第１
図の欠陥密度分布に相似する。
図の欠陥密度分布に相似する。
これに伴って少数キャリア拡散長の深さ方向分布は表面
より内部に入るにつれて減少し、ＲＤ位置で最短値をと
った後、増加して最終的にはイオン未注入時の値となる
。
より内部に入るにつれて減少し、ＲＤ位置で最短値をと
った後、増加して最終的にはイオン未注入時の値となる
。
次にアニールを行った場合について述べる。
アニールによって欠陥は消滅していくが、その過程は第
１図の欠陥密度の小さな部分より除々に進行し、ＲＤ位
置でその過程を終える。
１図の欠陥密度の小さな部分より除々に進行し、ＲＤ位
置でその過程を終える。
従って、適当なアニール条件の設定によりＲＤ位置にの
み再結合中心を残して、そこでの少数キャリア拡散長の
みを短縮することができる。
み再結合中心を残して、そこでの少数キャリア拡散長の
みを短縮することができる。
更に、多段イオン注入法を採用して、入射エネルギーと
注入量を制御することにより、ＲＤ位置と、そこでの再
結合中心密度を連続的に変化せしめ、所望の深さ方向少
数キャリア拡散長分布を得ることができる。
注入量を制御することにより、ＲＤ位置と、そこでの再
結合中心密度を連続的に変化せしめ、所望の深さ方向少
数キャリア拡散長分布を得ることができる。
第２図はＮ型ＧａＡＳ０．６２ ｐｏ．３８基板に２０
０ＫｅＶのＨ＋イオンを注入し、その後種々のアニール
を施して得られた基板のＲＤ近傍で測定された正孔拡散
長を示したものである。
０ＫｅＶのＨ＋イオンを注入し、その後種々のアニール
を施して得られた基板のＲＤ近傍で測定された正孔拡散
長を示したものである。
基板はＴｅドープＧａＡｓＯ．６２ Ｐ０．３３（１０
０）気相エビタキシャルウエハーであり、電気濃度は１
．９Ｘ１０１６Ｃｍ−３，移動度は４１５０ｃｍ２／Ｖ
・ｓｅｃであった。
０）気相エビタキシャルウエハーであり、電気濃度は１
．９Ｘ１０１６Ｃｍ−３，移動度は４１５０ｃｍ２／Ｖ
・ｓｅｃであった。
この基板に２００ＫｅＶのＨ＋イオンを１×１０１３Ｃ
ｍ−２注入する。
ｍ−２注入する。
この場合のＲＤは約１．５μでその位置での空格子密度
は約１．２Ｘ１０ｃｍ−３と推定される。
は約１．２Ｘ１０ｃｍ−３と推定される。
次に該基板をＮ２気流中で２００〜５００℃、約：５分
間のアニールを行う。
間のアニールを行う。
当然予想される如く、アニール温度の上昇に伴って欠陥
の消滅、即ち、再結合中心の減少が進行し、少数キャリ
アである正孔の拡散長は増加してい匂第２図はその様子
を示したもので、Ｈ十注入直後は０．６１μであつた拡
散長が２００℃，３００℃，５００℃と温度上昇につれ
て、それぞれ０．８９μ，０．９９μ，１．０９μと増
加し、更に高温のアニールで未注入時の値２．２０μに
近づくものと思われる。
の消滅、即ち、再結合中心の減少が進行し、少数キャリ
アである正孔の拡散長は増加してい匂第２図はその様子
を示したもので、Ｈ十注入直後は０．６１μであつた拡
散長が２００℃，３００℃，５００℃と温度上昇につれ
て、それぞれ０．８９μ，０．９９μ，１．０９μと増
加し、更に高温のアニールで未注入時の値２．２０μに
近づくものと思われる。
以上は２００ＫｅＶのＨ＋を１×１０１３ｃｍ−２注入
した場、合の結果である。
した場、合の結果である。
適当な入射エネルギー，注入量、ならびにアニール条件
を選択することにより、所望の深さで所望の値にまで少
数キャリア拡散長を短縮できることは云うまでもない。
を選択することにより、所望の深さで所望の値にまで少
数キャリア拡散長を短縮できることは云うまでもない。
次に、本発明に係る多段イオン注入法による少、数キャ
リア拡散長分布制御法について、実施例に基づき以下に
詳説する。
リア拡散長分布制御法について、実施例に基づき以下に
詳説する。
本実施例は視感度特性フォトダイオードの製造に際し成
されたもので、以下、工程を追って説明する。
されたもので、以下、工程を追って説明する。
ＳｉドープＮ十型ＧａＡｓ上に５０μのＴｅドープＮ型
ＧａＡｓＰｏ．３８（ｎ＝１．９×１０ｌ６ｃｍ−３）
を気相エビタキシャル成長させた基板に通常のＺｎ選択
拡散法、又は５０Ｋｅｖ，Ｚｎ＋イオンを１×１０１３
〜１×１０１４ｃｍ−２注入して、プレーナ型Ｐ−Ｎ接
合フォトダイオードを形成する。
ＧａＡｓＰｏ．３８（ｎ＝１．９×１０ｌ６ｃｍ−３）
を気相エビタキシャル成長させた基板に通常のＺｎ選択
拡散法、又は５０Ｋｅｖ，Ｚｎ＋イオンを１×１０１３
〜１×１０１４ｃｍ−２注入して、プレーナ型Ｐ−Ｎ接
合フォトダイオードを形成する。
これにより、０．１μ以下のＰ−Ｎ接合深さが実現する
がこのダイオードの分光感度特性は第３図で規格化して
示した曲線（ａ）の如く、長波長側に大きな感度を有し
、所期の目的とする人間の比視フ感度特性（曲線（ｂ）
）とは大きく異なっていた。
がこのダイオードの分光感度特性は第３図で規格化して
示した曲線（ａ）の如く、長波長側に大きな感度を有し
、所期の目的とする人間の比視フ感度特性（曲線（ｂ）
）とは大きく異なっていた。
Ｐ一Ｎ接合が極めて浅いにも拘わらず長波長感度が優勢
に現われる原因として（１），化合物半導体に特有な大
きな表面再結合によって短波長感度が伸びない、（２）
低濃度Ｎ型基板の採用により、空乏層が１Ｎ層側に大き
く拡がる、（３）Ｎ側での正孔拡散長が大きい（２．２
μ）、等が挙げられる。
に現われる原因として（１），化合物半導体に特有な大
きな表面再結合によって短波長感度が伸びない、（２）
低濃度Ｎ型基板の採用により、空乏層が１Ｎ層側に大き
く拡がる、（３）Ｎ側での正孔拡散長が大きい（２．２
μ）、等が挙げられる。
そこで比視感度に近づける方法として不要な長波長感度
をカットすることが考えられるが、その為には原理上明
かな如く、Ｎ側での正孔の拡散長を短縮することが有効
となる。
をカットすることが考えられるが、その為には原理上明
かな如く、Ｎ側での正孔の拡散長を短縮することが有効
となる。
ここで本発明を適用する。即ち、次に曲線（ａ）の分光
感度特性を有するプレーナ型ダイオード基板に高エネル
ギーＨ＋イオンを多段注入する。
感度特性を有するプレーナ型ダイオード基板に高エネル
ギーＨ＋イオンを多段注入する。
Ｈ＋イオンの注入条件としては長波長光感度（１例とし
て６４００Å光に着目）を有効に１カットする目的で各
ＲＤ位置でのＨ十注入量が、その深さでの６４００人光
でのキャリア生成率に比例するように設定した。
て６４００Å光に着目）を有効に１カットする目的で各
ＲＤ位置でのＨ十注入量が、その深さでの６４００人光
でのキャリア生成率に比例するように設定した。
即ち、１８０ＫｅＶで４．３Ｘ１０ｃｍ−２，２００Ｋ
ｅＶで３．２ＸＩＯ１２Ｃｍ２，２４０ＫｅＶで２．５
Ｘ１０１２ｃｍ−２と三段注入する。
ｅＶで３．２ＸＩＯ１２Ｃｍ２，２４０ＫｅＶで２．５
Ｘ１０１２ｃｍ−２と三段注入する。
然る後、各ＲＤ位置近傍にのみ再結合中心を残す目的で
Ｎ２気流中で５分間のアニールを行う。
Ｎ２気流中で５分間のアニールを行う。
これによって深さ約１．３μで最も正孔拡散長が短く、
それより深部に行くに従って徐々に正孔拡散長が長くな
るような拡散長分布が得られる為、長波長光によってＮ
側深部で発生した正孔は拡散によって空間電荷によるド
リフト領域（表面より約１．２μ）に入るまでにほとん
ど再結合し、外部出力としては取り出されなくなる。
それより深部に行くに従って徐々に正孔拡散長が長くな
るような拡散長分布が得られる為、長波長光によってＮ
側深部で発生した正孔は拡散によって空間電荷によるド
リフト領域（表面より約１．２μ）に入るまでにほとん
ど再結合し、外部出力としては取り出されなくなる。
かくして得られたフォトダイオードの規格化分光感度を
第３図に曲線＋ （Ｃ）として示してある。
第３図に曲線＋ （Ｃ）として示してある。
第３図より明かな如く、短波長光での規格化感度をＨ十
未注入時の特性にほぼ保ち、およそ５３００Å以上の長
波長感度を有効に減少せしめることができたため、従来
の特性（ａ）よりはるかに比視感度に近づけることがで
きた。
未注入時の特性にほぼ保ち、およそ５３００Å以上の長
波長感度を有効に減少せしめることができたため、従来
の特性（ａ）よりはるかに比視感度に近づけることがで
きた。
ちなみに曲線（ｄ）は２００ＫｅＶのＨ＋イオンを１×
１０１３Ｃｍ−２一段注入して得たフォトダイオードの
特性を示しており、比視感度との合致度（特に長波長側
）において、拡散長分布の制御を行った本実施例の素子
（曲線（Ｃ））が優れていることは図より明かである。
１０１３Ｃｍ−２一段注入して得たフォトダイオードの
特性を示しており、比視感度との合致度（特に長波長側
）において、拡散長分布の制御を行った本実施例の素子
（曲線（Ｃ））が優れていることは図より明かである。
以上は通常のＰ−Ｎ接合型フォトダイオードに対する応
用例であるが、本発明が少数キャリアによる拡散電流成
分を制御（短縮）し得るという原理より、上記以外にア
バランシエフオトダイオード、或いは，トランジスタ等
の応答速度の改善等広く半導体デバイスに適用されるこ
とは云うまでもない。
用例であるが、本発明が少数キャリアによる拡散電流成
分を制御（短縮）し得るという原理より、上記以外にア
バランシエフオトダイオード、或いは，トランジスタ等
の応答速度の改善等広く半導体デバイスに適用されるこ
とは云うまでもない。
又、実施例はＧａＡｓ０４２ ＰＯ。３８について述べ
たが、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＧａＰ等あらゆる半導体
材料に対し同様の効果が期待できる。
たが、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＧａＰ等あらゆる半導体
材料に対し同様の効果が期待できる。
第１図はＧａＡｓＯ，６２ Ｐｏ．３８に２００ＫｅＶ
のプロトンを１×１０ｃｍ−２注入した場合の空孔密度
分布、ならびにＨ原子の密度分布を示す。 同図でＲｐとＲＤはそれぞれＨ原子密度と空孔密度が最
大になる位置を示す。 第２図はプロトン注入Ｎ−ＧａＡｓｇ，６２ Ｐ０，３
８に於ける正孔拡散長のアニール温度依存性を示す。 第３図は種々の方法で作製したＧａＡｓｏ，６２ Ｐ０
．３８フォトダイオードの等エネルギー光入射時の規格
化分光感度特性を示す。 曲線はそれぞれ以下の内容を示す。 （ａ） Ｚ ｎ＋選択拡散法、又は、Ｚｎ＋イオン注入
法によって形成した通常のＣａＡＳＯ．６２ Ｐ０，３
８７オトダイオードの分光感度特性、（ｂ）比視感度特
性、（ｃ）三段プロトン注入法により正孔拡散長分布を
制御したＱａＡｓＯ．６２ ＰＯ，３８フオトダイオー
ドの分光感度特性、（ｄ）一段のみのプロトン注入を行
って得られたＧａＡｓｏ．６２ ＰＯ．３８フオトダイ
オドの分光感度特性。
のプロトンを１×１０ｃｍ−２注入した場合の空孔密度
分布、ならびにＨ原子の密度分布を示す。 同図でＲｐとＲＤはそれぞれＨ原子密度と空孔密度が最
大になる位置を示す。 第２図はプロトン注入Ｎ−ＧａＡｓｇ，６２ Ｐ０，３
８に於ける正孔拡散長のアニール温度依存性を示す。 第３図は種々の方法で作製したＧａＡｓｏ，６２ Ｐ０
．３８フォトダイオードの等エネルギー光入射時の規格
化分光感度特性を示す。 曲線はそれぞれ以下の内容を示す。 （ａ） Ｚ ｎ＋選択拡散法、又は、Ｚｎ＋イオン注入
法によって形成した通常のＣａＡＳＯ．６２ Ｐ０，３
８７オトダイオードの分光感度特性、（ｂ）比視感度特
性、（ｃ）三段プロトン注入法により正孔拡散長分布を
制御したＱａＡｓＯ．６２ ＰＯ，３８フオトダイオー
ドの分光感度特性、（ｄ）一段のみのプロトン注入を行
って得られたＧａＡｓｏ．６２ ＰＯ．３８フオトダイ
オドの分光感度特性。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板中に軽元素イオンを入射エネルギー、注
入量等のイオン注入条件を複数設定して多段イオン注入
し少数キャリャ再結合中心となる空格子を導入し、アニ
ール処理を介して少数キャリャ再結合中心密度を連続的
若しくは略連続的に変化せしめて少数キャリャ拡散長分
布を規制することを特徴とする少数キャリャ拡散長の制
御方法。 ２ イオン注入条件を複数設定して多段イオン注入する
ことにより、キャリア再結合中心密度を連続的に変化せ
しめた特許請求の範囲第１項記載の少数キャリア拡散長
の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52122644A JPS582449B2 (ja) | 1977-10-12 | 1977-10-12 | 少数キヤリヤ拡散長の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52122644A JPS582449B2 (ja) | 1977-10-12 | 1977-10-12 | 少数キヤリヤ拡散長の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5455371A JPS5455371A (en) | 1979-05-02 |
| JPS582449B2 true JPS582449B2 (ja) | 1983-01-17 |
Family
ID=14841063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52122644A Expired JPS582449B2 (ja) | 1977-10-12 | 1977-10-12 | 少数キヤリヤ拡散長の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS582449B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4727038A (en) * | 1984-08-22 | 1988-02-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of fabricating semiconductor device |
| US5108935A (en) * | 1990-11-16 | 1992-04-28 | Texas Instruments Incorporated | Reduction of hot carrier effects in semiconductor devices by controlled scattering via the intentional introduction of impurities |
| EP1484789A1 (en) * | 1998-08-05 | 2004-12-08 | MEMC Electronic Materials, Inc. | Non-uniform minority carrier lifetime distributions in high performance silicon power devices |
| CN1153262C (zh) * | 1998-08-05 | 2004-06-09 | Memc电子材料有限公司 | 具有非均匀少数载流子寿命分布的单晶硅及其形成工艺 |
| US6828690B1 (en) | 1998-08-05 | 2004-12-07 | Memc Electronic Materials, Inc. | Non-uniform minority carrier lifetime distributions in high performance silicon power devices |
-
1977
- 1977-10-12 JP JP52122644A patent/JPS582449B2/ja not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| IEEE TRANSACTION ON NVCLEAR SCIENCE=1963 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5455371A (en) | 1979-05-02 |
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