(57)【要約】【課題】スイッチングスピードと漏れ電流との両方を満足するダイオードを提供することが困難であった。【解決手段】Ｎ型シリコン半導体基板１に絶縁膜４の開口を通してＰ型不純物を拡散してＰ型半導体領域６を形成し、同時に開口内にシリコン酸化膜７を形成する。シリコン酸化膜７にライフタイムキラーとしての重金属を導入するための微小開口８を形成する。金膜１０を形成し、且つ金シリコン合金層１０ａを形成する。金膜１０を除去し、ランプアニール法に従って金シリコン合金層１０ａ及び半導体基板１を加熱して金シリコン合金層１０ａの金を半導体基板１の所望領域に拡散させる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体領域とこの第１の半導体領域と反対の導電型を有し且つ一方の主面から導電型決定不純物を選択的に拡散することによって形成されている第２の半導体領域とを有している半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板の主面に対して垂直な方向から見て前記第２の半導体領域の内側に配置され且つ前記第２の半導体領域よりも小さい面積に形成された重金属非阻止部分を有する重金属選択拡散用マスクを前記半導体基板の一方の主面又は他方の主面に形成する工程と、
前記マスクの少なくとも前記重金属非阻止部分に重金属又はこれを含む物質を配置する工程と、
前記重金属又はこれを含む物質に対して光又は電磁波によって加熱処理を施して重金属を前記半導体基板内に選択的に拡散させる工程と
を有している半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記マスクの少なくとも前記重金属非阻止部分に重金属又はこれを含む物質を配置する工程は、前記マスクの上及び前記重金属非阻止部分に重金属の膜を形成し、且つ前記重金属非阻止部分において重金属と半導体との合金層を形成し、しかる後、前記マスク上の重金属膜を除去する工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記マスクは前記半導体基板の表面に形成された半導体基板の酸化膜から成り、
前記重金属非阻止部分は前記酸化膜に形成された開口であり、
前記重金属又はこれを含む物質は重金属と半導体との合金であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記マスクは前記半導体基板の表面に形成された半導体基板の酸化膜から成り、前記重金属非阻止部分は前記酸化膜にクラックを形成した部分から成ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライフタイムキラーとしての重金属を、半導体基板の所望の領域に選択的に拡散することができるダイオ−ド、トランジスタ、サイリスタ等の半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平６−３７３３６号公報
ＰＮ接合を有する半導体装置において、素子のスイッチングスピードを向上するために、半導体基板内に金や白金などの重金属不純物、即ちライフタイムキラーを拡散することは例えば前記特許文献１等で公知である。半導体基板内に拡散された重金属不純物は、キャリアに対する捕獲順位を構成する。このため、キャリアがこのトラップを介して再結合するようになり、キャリア寿命即ちライフタイムが短縮され、スイッチングスピードが向上する。この結果、動作周波数の高い半導体装置が得られる。
【０００３】
しかし、半導体基板内にライフタイムキラーとしての重金属を拡散すると、キャリアのライフタイムが短縮してスイッチングスピードが向上するという効果が得られる反面、漏れ電流が増大するという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を解決するため、シリコン酸化膜をマスクとして重金属を半導体基板に選択的に拡散することが考えられる。
しかし、単にシリコン酸化膜をマスクにして、これに形成した開口を通じて重金属を拡散しても、重金属の拡散係数は他の不純物（例えば導電型決定用の不純物）に比較して５〜７桁大きいため、重金属は素子の厚み方向のほぼ全体に拡散し、重金属を選択された所望の領域にのみ分布させることは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、重金属の半導体基板の所望の領域への選択的拡散を良好に達成することができる半導体素子の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、第１の半導体領域とこの第１の半導体領域と反対の導電型を有し且つ一方の主面から導電型決定不純物を選択的に拡散することによって形成されている第２の半導体領域とを有している半導体基板を用意する工程と、前記半導体基板の主面に対して垂直な方向から見て前記第２の半導体領域の内側に配置され且つ前記第２の半導体領域よりも小さい面積に形成された重金属非阻止部分を有する重金属選択拡散用マスクを前記半導体基板の一方の主面又は他方の主面に形成する工程と、前記マスクの少なくとも前記重金属非阻止部分に重金属又はこれを含む物質を配置する工程と、前記重金属又はこれを含む物質に対して光又は電磁波によって加熱処理を施して重金属を前記半導体基板内に選択的に拡散させる工程とを有している半導体素子の製造方法に係わるものである。
【０００７】
なお、請求項２に示すように、前記マスクの少なくとも前記重金属非阻止部分に重金属又はこれを含む物質を配置する工程を、前記マスクの上及び前記重金属非阻止部分に重金属の膜を形成し、且つ前記重金属非阻止部分において重金属と半導体との合金層を形成し、しかる後、前記マスク上の重金属膜を除去する工程とすることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記マスクは、前記半導体基板の表面に形成された半導体基板の酸化膜から成り、前記重金属非阻止部分は前記酸化膜に形成された開口であり、前記重金属又はこれを含む物質は重金属と半導体との合金であることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記マスクは前記半導体基板の表面に形成された半導体基板の酸化膜から成り、前記重金属非阻止部分は前記酸化膜にクラックを形成した部分から成ることが望ましい。
【０００８】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、第２の半導体領域よりも小さい面積の重金属非阻止部分と制御が容易な光又は電磁波による加熱との組み合せによって重金属を半導体基板の所望領域に限定的且つ良好に導入することが可能になる。従って、漏れ電流を抑えてスイッチングスピードを向上させることが可能になる。
請求項２〜４の発明によれば、重金属の限定的導入を容易且つ良好に達成することができる。
【０００９】
【第１の実施形態】
次に、図１〜図４を参照して本発明の第１の実施形態に従う半導体素子としてのダイオードの製造方法を説明する。
【００１０】
まず、図１（Ａ）に示すようにＮ型シリコン半導体基板１を用意する。この半導体基板１は互いに対向する平坦な第１及び第２の主面１ａ、１ｂを有する。
【００１１】
次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体基板１の下面即ち第２の主面１ｂ全体からＮ型不純物（例えばリン）を拡散して、相対的に不純物濃度の高いＮ＋型半導体領域２を形成する。これにより、半導体基板１には、本発明の第１の半導体領域として機能する不純物濃度の低いＮ型半導体領域３と、この領域３よりも不純物濃度が高いＮ＋型半導体領域２とが形成される。
【００１２】
次に、図１（Ｃ）に示すように、半導体基板１の上面即ち第１の主面１ａにシリコン酸化膜等からなる絶縁膜４を形成し、図示のように本発明の第２の半導体領域として機能するＰ型半導体領域の形成予定領域に対応する部分に開口５を形成する。これにより、絶縁膜４はＰ型半導体領域形成用拡散マスクとして機能する。
【００１３】
次に、この拡散マスクとしての絶縁膜４の開口５を通じてＮ型半導体領域３内にＰ型不純物（例えばポロン）を選択拡散する。これにより、図１（Ｄ）に示すように、Ｎ型半導体領域３内に本発明における第２の半導体領域としてのＰ型半導体領域６が形成される。この時、開口５に露出した半導体基板１の第１の主面１ａにＰ型不純物の拡散のための熱処理によって、薄いシリコン酸化膜７が形成される。このシリコン酸化膜７は重金属選択拡散用マスクとして使用される。
【００１４】
次に、図２及び図３に示すように、この薄いシリコン酸化膜７に微小な開口８を形成する。これによって、重金属拡散用マスク９が得られる。重金属非阻止部分としての開口８は、平面的に見て即ち第１の主面１ａに対して垂直の方向から見てＰ型半導体領域６及びＰ型半導体領域形成用拡散マスクとしての絶縁膜４のＰ型不純物拡散用開口５の内側中央に配置され、且つＰ型半導体領域６及びＰ型不純物拡散用開口５よりも十分に小さい面積を有する。Ｐ型半導体領域６又はＰ型不純物拡散用開口５の面積Ｓ１  と重金属拡散用開口８の面積Ｓ２  との比Ｓ２  ／Ｓ１  は好ましくは１／１００〜１／５、より好ましくは１／５０〜１／１０である。
図２及び図３では、平面的に見てＰ型半導体領域６、２つの開口５、８がほぼ四角形に形成されているが、円形又は長方形等であってもよい。
【００１５】
次に、図４（Ａ）に示すように、絶縁膜４及びシリコン酸化膜７から成る重金属拡散用マスク９上及び開口８内に重金属膜として、例えば金（Ａｕ）膜１０を真空蒸着によって形成する。この真空蒸着時又はこの後に半導体基板１を加熱することによって重金属としての金と半導体基板１のシリコンとが合金化して金シリコン合金層１０ａが開口８内に生じる。
【００１６】
次に、図４（Ｂ）に示すように金シリコン合金層１０ａを残して金膜１０を除去する。
【００１７】
次に、図４（Ｂ）に示すように半導体基板１の第１の主面１ａの中央上方に周知のランプアニール用の赤外線ランプ１１を配置し、金シリコン合金層１０ａを有する半導体基板１の中央部に赤外線１２を限定的に投射することによって金シリコン合金層１０ａ及び半導体基板１に加熱処理を施して金シリコン合金層１０ａから半導体基板１にライフタイムキラーとしての金を拡散する。この時、加熱時間及び加熱温度を赤外線ランプ１１に接続された制御手段１３によって調整する。ランプアニールによれば、温度プロファイル即ち温度分布が急峻になるように半導体基板１を限定的に加熱することができ、更に制御手段１３によって加熱時間及び加熱温度を調整して温度プロファイルの精度及び重金属の分布の精度を容易に高めることができる。本発明に従って、重金属としての金を微小開口８に限定的に配置し且つ赤外線１２によって限定的に加熱することによって金から成るライフタイムキラーを図４（Ｂ）で×印で示すように平面的に見てＰ型半導体領域６に含まれ且つ断面においてＰＮ接合１４から少し離間した位置となるようにＮ型半導体領域３及びＮ＋型半導体領域２に拡散させることができる。また、ライフタイムキラーを所望領域に高濃度に分布させることができる。
【００１８】
次に、重金属拡散用マスク９としてのシリコン酸化膜７を除去し、半導体基板１の第１の主面１ａにＰ型半導体領域６を露出させ、図４（Ｃ）に示すように第１の電極としてのアノード電極１５及び第２の電極としてのカソード電極１６を形成する。アノード電極１５は半導体基板１の第１の主面１ａにてＰ型半導体領域６に電気的に接続され、カソード電極１６は第２の主面１ｂにおいてＮ＋型半導体領域２に電気的に接続されている。
なお、図４（Ｂ）の絶縁膜４が図４（Ｃ）において残存し、この開口５を介してアノード電極１５がＰ型半導体領域６に接続されているが、アノード電極１５のための開口を新しく形成すること、又は図４（Ｂ）に示す絶縁膜４を除去して新しい絶縁膜を作り、ここにアノード電極１５のための開口を形成することができる。また、図４（Ｂ）の金シリコン合金層１０ａがランプアニール後に残存している場合には、これを除去する工程を設けることができる。
完成したダイオードを示す図４（Ｃ）には×印でライフタイムキラーが示されていないが、図４（Ｂ）と同様にライフタイムキラーが分布している。
【００１９】
本実施形態は次の効果を有する。
（１）  平面的に見て、Ｐ型半導体領域６の面積よりも十分に小さい面積の開口８を設け、ここに重金属としての金を配置し、金シリコン合金層１０ａを形成し、赤外線１２で局部的に加熱して金を半導体基板１に拡散させるので、半導体素子間に導入される金のド‐プ量を比較的良好に制御でき、半導体基板１の所望領域即ちＰＮ接合１４から少し離れたＮ型半導体領域３及びＮ＋型半導体領域２までライフタイムキラーとしての金を高濃度且つ正確に分布させることができる。従って、漏れ電流を抑制してスイッチングスピードを向上させることができる。
（２）  重金属拡散用マスク９を構成するためのシリコン酸化膜７をＰ型半導体領域６を形成する時に生じたシリコン酸化膜７を使用するので、重金属拡散用マスク９を容易に形成できる。
（３）  金シリコン合金層１０ａを開口８に配置し、これを供給源としてライフタイムキラーとしての金を拡散させるので、金の特定領域への供給を正確且つ容易に達成することができる。
【００２０】
【第２の実施形態】
次に、図５〜図７を参照して本発明の第２の実施形態のダイオードの製造方法を説明する。但し、図５〜図７において図１〜図４と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、第２の実施形態において第１の実施形態と実質的に同一の工程の説明を省略する。
【００２１】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は図１（Ａ）〜（Ｄ）と同一のものを示す。第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に図５（Ａ）に示す半導体基板１を用意し、図５（Ｂ）（Ｃ）の工程を経て、半導体基板１にＮ＋型半導体領域２、Ｎ型半導体領域３、Ｐ型半導体領域６も形成する。
【００２２】
次に、図６（Ａ）に示すように、研摩材から成る微粒子２１を矢印で示すように吹き付ける周知のサンドブラスト法によってシリコン酸化膜７にクラック即ち微細な隙間又は割れ目を選択的に形成して重金属非阻止部分２２を得る。この重金属非阻止部分２２の大きさ及び位置は図２及び図３の金導入用開口８と同一又はほぼ同一である。重金属非阻止部分２２の多数のクラックには、マスクとしてのシリコン酸化膜７をその上面から下面に貫通するものと貫通しないものとの両方が含まれている。
【００２３】
次に、図６（Ｂ）に示すように、重金属拡散用マスクとしてのシリコン酸化膜７及び絶縁膜４の上面に重金属膜としての金膜１０を真空蒸着法で形成する。
【００２４】
次に、図６（Ｃ）に示すように周知のランプアニール法によって赤外線１２を投射して金膜１０及び半導体基板１の重金属非阻止部分２２に対応する中央部分を加熱して金膜１０の金を重金属非阻止部分２２のクラックを介して半導体基板１に導入し、ライフタイムキラーとしての金を図６（Ｃ）で×印で示す領域即ち図４（Ｂ）と同様な領域に拡散する。
【００２５】
次に、図７に示すように、アノード電極１５及びカソード電極１６を図４（Ｃ）と同様に形成し、ダイオードを完成させる。
【００２６】
第２の実施形態は次の効果を有する。
（１）  限定的に形成された重金属非阻止部分２２とランプアニールとの組み合せによって重金属としての金を半導体基板１の所望領域に正確に分布させることができる。従って、漏れ電流を制限してスイッチングスピードを向上させることができる。
（２）  Ｐ型半導体領域６を形成する時に生じたシリコン酸化膜７を金の拡散のためのマスクとして使用するので、金拡散のマスクを容易に形成できる。
（３）  サンドブラストで重金属非阻止部分２２を形成するので、重金属選択拡散用マスクを容易に得ることができる。
【００２７】
【第３の実施形態】
次に、図８を参照して第３の実施形態のダイオード製造方法を説明する。但し、図８において図１〜図４と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に図１（Ｄ）に示すものを用意する。次に、図８に示すように半導体基板１の第２の主面１ｂに重金属拡散用マスクのためのシリコン酸化膜７ａを形成する。次に、平面的に見て図４（Ａ）のシリコン酸化膜７の開口８に一致するように図８のシリコン酸化膜７ａの中央に開口８を形成する。次に、シリコン酸化膜７ａの上及び開口８に重金属膜としての金膜を形成し、金シリコン混合層１０ａを形成し、図４（Ａ）（Ｂ）と同様に不要な金膜を除去する。次に、第１の実施形態と同様にランプアニール法で金シリコン混合層１６ａの金をライフタイムキラーとして半導体基板１の所望領域に拡散させる。金は図８で×印で示すようにＰＮ接合から少し離間したＮ＋型半導体領域２及びＮ型半導体領域３に分布させる。次に、シリコン酸化膜７、７ａを除去し、図４（Ｃ）のアノード電極１５及びカソード電極１６と同様なものを形成し、ダイオードを完成させる。
【００２９】
第３の実施形態によれば、重金属としての金がＰＮ接合部まで拡散されないので、漏れ電流増大を更に良好に阻止できる。
【００３０】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）  トランジスタ、サイリスタ、ＩＣ等の別の半導体素子にも本発明を適用することができる。トランジスタの場合には、Ｐ型半導体領域６をベース領域とし、この中にエミッタ領域を形成し、Ｎ＋型及びＮ型半導体領域２、３をコレクタ領域とする。
（２）  赤外線１２の代りに、加熱可能なこれに類似の光又は電磁波によって加熱することができる。
（３）  ライフタイムキラーとしての重金属として金以外の白金、又は金と白金との混合物等を使用することができる。
（４）  第２の実施形態のサンドブラスト法を使用する場合にも基板１の第２の主面１ｂに図８と同様にシリコン酸化膜７ａを作り、ここにクラックを有する重金属非阻止部分を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のダイオードを製造工程順に示す断面図である。
【図２】図１に続く工程における第１の実施形態のダイオードを示す断面図である。
【図３】図２のダイオードの平面図である。
【図４】図２に続く工程における第１の実施形態のダイオードを示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のダイオードを製造工程順に示す断面図である。
【図６】図５に続く工程における第２の実施形態のダイオードを示す断面図である。
【図７】図６に続く工程における第２の実施形態のダイオードを示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態のダイオードを図４（Ｂ）と同様な状態で示す断面図である。
【符号の説明】
１    半導体基板
２    Ｎ＋型半導体領域
３    Ｎ型半導体領域
４    絶縁膜
５    開口
６    Ｐ型半導体領域
７    シリコン酸化膜
８    開口
９    重金属選択拡散用マスク
１０  金膜
１０ａ  金シリコン合金層
１１  ランプ
１２  赤外線
１４  ＰＮ接合
１５  アノード電極
１６  カソード電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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