(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ族元素を主要構成元素とする化合物半導体基板又は化合物半導体層（以下、簡単に基板と言う）に不純物を拡散する方法であって、
水素雰囲気中で基板表面からＶ族原子が解離し始める解離温度まで基板を昇温するステップと、
基板温度が解離温度になった時点で、不純物ドーピング効率が最大になる流量を含む流量範囲内の第１の所定流量でＶ族を含む化合物ガスを水素雰囲気中に添加し始め、継続して添加し続けるステップと、
次いで、Ｖ族を含む化合物ガスを第１の所定流量で添加しつつ、不純物の所定拡散温度まで基板を昇温し、続いて基板を所定拡散温度に維持しつつ不純物原料ガスを水素雰囲気中に第２の所定流量で所定時間供給し、基板中に不純物を拡散させるステップと、
次いで、所定時間経過後、不純物原料ガスの供給を停止し、基板を降温させつつＶ族を含む化合物ガスを、不純物のドーピング効率が低下し、かつ基板表面からのＶ族の解離を防止できる第３の所定流量で供給するステップと
を有することを特徴とする不純物の拡散方法。
【請求項２】
第３の所定流量は、不純物のドーピング効率が最大になる流量を含む流量範囲の上限を超え、かつＶ族原子を基板から解離させない流量であることを特徴とする請求項１に記載の不純物の拡散方法。
【請求項３】
基板としてＧａＡｓ基板を使用する接合型電界効果トランジスタの作製過程で、不純物としてＺｎを基板に拡散させてｐ型ゲート領域を形成する際、Ｖ族を含む化合物としてＡｓＨ3 を、及び、不純物原料ガスとしてジエチルジンクガスをそれぞれ供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の不純物の拡散方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不純物の拡散方法に関し、更に詳細には、メモリー効果を考慮した上で、不純物の拡散深さを高精度で制御できるようにした、不純物の拡散方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓなどの化合物半導体を使ったデバイスは、高周波動作性に優れているので、最近の携帯電話の著しい普及により、移動体通信機器にとって無くてはならないものとなって来た。そのため、より高性能なデバイスであって、かつより安定した性能で生産できるデバイスが必要とされている。
【０００３】
なかでも、ＧａＡｓ基板上に形成される接合型電界効果トランジスタ（Junction- Field Effect Transistor:以下、ＪＦＥＴと言う）は、ゲート部にｐｎ接合を用いているため、一般的なショットキー接合型電界効果トランジスター（Metal Semiconductor FET:ＭＥＳＦＥＴ）に比べて、高いＶｆ（順方向立ち上がり電圧）を示し、ＩＣの単一正電源動作が可能であるから、ＩＣの小型化を促進できる。
ＪＦＥＴは、ゲート電極下にｐｎ接合を形成し、ゲートに電圧を印加することにより、ｐｎ接合の空乏層の拡がりを変化させ、多数キャリアの流れを制御する電界効果トランジスタである。Ｓｉに比べて電子の移動度が高いＧａＡｓ系の材料で作製されたＪＦＥＴは、高周波デバイスとして、広く使用されている。
【０００４】
ここで、図１を参照して、ＧａＡｓ基板上に形成されたｎチャネルＪＦＥＴの基本的構成を説明する。図１はＪＦＥＴの基本的構成を示す断面図である。
ＪＦＥＴ１０は、図１に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板１２と、ＧａＡｓ基板１２の上層に設けられたｎ型チャネル領域１４と、ｎ型チャネル領域１４の両端に設けられた高濃度のｎ+ 型ソース領域１６及びｎ+ 型ドレイン領域１８とを備えている。
更に、ＪＦＥＴは、ｎ型チャネル領域１４の表層にｐ型ゲート領域２０と、絶縁膜、例えばＳｉＮ膜２２を貫通してゲート領域２０と導通するゲート電極２４、並びに同じくＳｉＮ膜２２を貫通してソース領域１６及びドレイン領域１８と、それぞれ、導通するソース電極２６及びドレイン電極２８とを有する。
【０００５】
次に、図２（ａ）及び（ｂ）を参照し、ＧａＡｓ系ＪＦＥＴの作製方法、特にｐ型ゲート領域２０の作製方法を説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＧａＡｓ系ＪＦＥＴを作製する際の工程毎の基板の断面図である。
図２（ａ）に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板１２にイオン注入法等によりｎ型のチャネル領域１４、高濃度のｎ+ 型ソース領域１６、及び高濃度のｎ+ 型ドレイン領域１８を形成する。
【０００６】
次いで、ＪＦＥＴのゲート領域２０を形成する。それには、先ず、図２（ｂ）に示すように、ゲート領域形成領域を開口した開口パターン２２ａを有する拡散マスク２２をＳｉＮ膜等で形成し、この拡散マスク２２上から、例えばＺｎ等のｐ型不純物イオンを基板に拡散し、ｐ型ゲート領域２０を形成する。
Ｚｎ等のｐ型不純物イオンを拡散する際には、例えばジエチルジンク（Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）を拡散源とした気相拡散法が用いられる。尚、拡散マスク２２は、このまま、絶縁膜２２としてＧａＡｓ基板１２上に残る。
【０００７】
ところで、上述のＪＦＥＴの作製過程では、ｎ型チャネル領域とｐｎ接合するｐ型ゲート領域を形成する際に、ｐ型不純物拡散を行ってゲート領域を形成しているので、その拡散深さを高精度で制御することが必要である。
これは、ＪＦＥＴの重要な特性上のパラーターである閾値電圧（以下Ｖｔｈ）が不純物の拡散深さで決まるからであって、所定のＶｔｈのＪＦＥＴを高歩留まりで作製するには、拡散深さを高精度で制御しなくてはならない。
【０００８】
ＧａＡｓのような化合物半導体、例えばＧａＡｓ基板に対する従来の拡散技術は、ＧａＡｓ基板をＨ2雰囲気中で高温に熱し、ドーパントとなる不純物を含むガスを導入することにより、氣相中でドーピングするのが一般的である。
また、Ｖ族元素であるＡｓの解離を防ぐために、Ａｓの水素化合物であるＡｓＨ3を添加している。
例えばｐ型不純物としてＺｎを拡散させる際には、Ｚｎの原料ガスとして、Ｚｎの有機化合物であるジエチルジンクを供給する。そして、Ｚｎを拡散させる際の拡散深さは、ジエチルジンクの供給時間を調節することにより、制御される。即ち、ジエチルジンクの供給時間を調節することにより、ＧａＡｓ基板内に拡散するＺｎの拡散深さを制御し、これによりｐ型ゲート領域のｐｎ接合深さを制御している。
【０００９】
ここで、更に詳細に、従来のＺｎの拡散方法を説明する。
先ず、ｎチャネル等を形成したＧａＡｓ基板を石英ボートに載せて熱拡散炉の炉心管内へ導入する。そして、Ｈ2 雰囲気中でＧａＡｓ基板表面からＡｓが解離し始める温度、例えば約４５０℃まで炉心管の温度を上げる。
４５０℃になった時点で、ＧａＡｓ基板表面からのＡｓの脱離を防ぐために、Ａｓの水素化合物であるＡｓＨ3 を炉心管内に導入する。ＡｓＨ3 を導入することにより、ＧａＡｓ表面からのＡｓの脱離を防ぎ、ＧａＡｓ基板表面をストイキメトリックな状態に保つことができる。
【００１０】
このとき、ＡｓＨ3 流量は、ｐ型不純物のドーピング効率、この場合、Ｚｎのドーピング効率を最大限になるような流量に設定される。図３にＡｓＨ3 流量とＺｎを拡散したゲート領域のシート抵抗との関係を示す。通常、ＡｓＨ3 流量は、図３に示すように、ゲート領域のシート抵抗が最も低くなる領域を流量設定範囲として設定され、Ｚｎの拡散工程の一連のシーケンス中、常に、同じ流量に維持される。
【００１１】
ＡｓＨ3 を継続して添加しつつ、Ｚｎの拡散温度、たとえば約６００℃まで炉心管の温度を上げ、６００℃になった時点で、ｐ型ドーパントとしてＺｎ化合物であるジエチルジンクを炉心管内に供給する。
ジエチルジンクが供給されたときのみ、ＧａＡｓ基板表面で不純物であるＺｎの拡散が行われるため、ジエチルジンクの供給時間によってＺｎ拡散深さを制御することができる。その後、所定の供給時間を経て、ジエチルジンクの供給を停止し、炉心管の温度を下げる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上に説明した従来の手順に従って、不純物としてＺｎを拡散させた際、ジエチルジンクの供給を停止しても、ジエチルジンク供給管内や炉心管内に僅かに残ったジエチルジンク、及び熱分解して炉心管内部に残るＺｎ（メモリー効果）が、降温中のＧａＡｓ基板表面から内方に拡散されてしまい、狙ったＺｎの拡散深さから外れてしまうという現象が起きる。
【００１３】
ｐ型不純物の拡散に使用する熱拡散炉は、供給管及び排出管に設けたバルブを操作して簡単に素早く、ドーパント材料ガスの導入及び排出を行うことができるように設計されているが、実際には、配管内や、炉心管内にドーパント材料ガスが残留し、後述のメモリー効果が生じる。
このために、バルブ操作によりドーパント・ガスの供給を停止したとしても、ＧａＡｓ基板表面に僅かながらＺｎが供給され、内部に拡散する。これが、通常、メモリー効果と言われる現象である。
そのため、意図した深さ以上のゲート領域の深さ、即ち接合深さになってしまい、狙いとするＶｔｈの値から外れたＪＦＥＴが形成されてしまうことが、多々あった。
これでは、良好な特性を有するＪＦＥＴを安定して作製することが難しく、製品歩留りの向上も難しい。
【００１４】
そこで、本発明は、メモリー効果を考慮した上で、高精度の拡散深さ制御ができるような不純物の拡散方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る不純物の拡散方法は、Ｖ族元素を主要構成元素とする化合物半導体基板又は化合物半導体層（以下、簡単に基板と言う）に不純物を拡散する方法であって、
水素雰囲気中で基板表面からＶ族原子が解離し始める解離温度まで基板を昇温するステップと、
基板温度が解離温度になった時点で、不純物ドーピング効率が最大になる流量を含む流量範囲内の第１の所定流量でＶ族を含む化合物ガスを水素雰囲気中に添加し始め、継続して添加し続けるステップと、
次いで、Ｖ族を含む化合物ガスを第１の所定流量で添加しつつ、不純物の所定拡散温度まで基板を昇温し、続いて基板を所定拡散温度に維持しつつ不純物原料ガスを水素雰囲気中に第２の所定流量で所定時間供給し、基板中に不純物を拡散させるステップと、
次いで、所定時間経過後、不純物原料ガスの供給を停止し、基板を降温させつつＶ族を含む化合物ガスを、不純物のドーピング効率が低下し、かつ基板表面からのＶ族の解離を防止できる第３の所定流量で供給するステップと
を有することを特徴としている。
【００１６】
本発明方法では、不純物原料ガスの供給停止後、Ｖ族を含む化合物ガスの供給量を増やして不純物のドーピング効果を低下させ、これにより、メモリー効果によって炉心管内等に残った不純物原料ガス中の不純物が基板内に拡散されるのを防止している。
本発明方法で、不純物ドーピング効率が最大になる流量を含む流量範囲とは、シート抵抗の極小値が得られる、Ｖ族を含む化合物ガスの流量を中心にして、その流量の±３０％の流量範囲である。第３の所定流量は、上記流量範囲の上限値以上の値である。
【００１７】
好適な実施態様では、第３の所定流量は、不純物のドーピング効率が最大になる流量を含む流量範囲の上限を超え、かつＶ族原子を基板から解離させない流量である。
本発明方法は、Ｖ族元素を主要構成元素とする基板であるかぎり、基板の材料を問わず、また不純物の種類を問わず、適用できる。
例えば、板としてＧａＡｓ基板を使用する接合型電界効果トランジスタの作製過程で、不純物としてＺｎを基板に拡散させてｐ型ゲート領域を形成する際、Ｖ族を含む化合物としてＡｓＨ3 を、及び、不純物原料ガスとしてジエチルジンクガスをそれぞれ供給する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明方法の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例
本実施形態例は、ＧａＡｓ基板上にＪＦＥＴを作製する際、本発明に係る不純物の拡散方法をｐ型ゲート領域の形成に適用した実施形態の一例である。
先ず、ＪＦＥＴの従来の作製方法と同様にして、図２（ａ）に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板１２に、イオン注入法等によりｎ型のチャネル領域１４、高濃度のｎ+ 型ソース領域１６、及び高濃度のｎ+ 型ドレイン領域１８を形成する。
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜等で、ゲート領域形成領域を開口した開口パターン２２ａを有する拡散マスク２２を形成する。
【００１９】
本実施形態例では、拡散マスク２２を設けたＧａＡｓ基板を石英ボートにセットして熱拡散炉の炉心管内に導入する。
続いて、Ｈ2 雰囲気中でＧａＡｓ基板表面からＡｓが解離し始める温度、例えば約４５０℃まで炉心管内の温度を上げる。温度が４５０℃になった時点で、ＧａＡｓ基板表面からＡｓが脱離するのを防ぐために、ＡｓＨ3 を炉心管内に導入する。
ＡｓＨ3 を導入する際、従来の拡散方法と同じく、ｐ型不純物、この場合Ｚｎのドーピング効率が最大になるような流量、即ち図３に示す初期流量設定範囲内の流量になるように、ＡｓＨ3 の流量を制御する。
本実施形態例方法で、初期流量設定範囲とは、Ｚｎのドーピング効率が最大になる流量を含む流量範囲であって、シート抵抗の極小値が得られるＡｓＨ3 の流量を中心にその流量の±３０％の範囲である。
【００２０】
次いで、Ｚｎ拡散が行われる温度、例えば約６００℃まで炉心管内の温度を上げ、温度が６００℃になった時点で、ｐ型不純物としてＺｎ化合物であるジエチルジンクを炉心管内に所定流量で供給する。ゲート領域の拡散深さが所定の拡散深さとなるように設定された所定の供給時間が経過した後、ジエチルジンクの供給を停止し、炉心管の温度を下げる。
この時、ジエチルジンクの供給を停止する共に、図４に示すように、ＡｓＨ3 流量をジエチルジンクを供給していたときのＡｓＨ3 流量より増大させ、ドーピング効率が下がり、かつＧａＡｓ基板表面からのＡｓの脱離を防げるような流量に変化させる。このときのＡｓＨ3 流量範囲は、図４に示すように、上記初期流量設定範囲の上限値以上の流量範囲である。
【００２１】
以上の手順を経ることにより、供給管内や炉心管内に残るジエチルジンクや熱分解したＺｎがＧａＡｓ基板中に拡散するのを極力防ぐことができ、Ｚｎ拡散深さを高精度に制御することができる。
【００２２】
本実施形態例では、ＧａＡｓ基板を例にして説明したが、ＧａＡｓ基板に限らず、他の化合物半導体基板に不純物を拡散する際にも適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明方法によれば、不純物（ドーパント）原料ガスの供給停止後、Ｖ族を含む化合物ガスの供給量を増やして不純物のドーピング効果を低下させ、これにより、メモリー効果によって炉心管内等に残った不純物原料ガス中の不純物が基板内に拡散されるのを防止している。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧａＡｓ系ＪＦＥＴの構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＧａＡｓ系ＪＦＥＴを作製する際の工程毎の基板の断面図である。
【図３】ＡｓＨ3 流量とＺｎを拡散したゲート領域のシート抵抗との関係を示すグラフに初期ＡｓＨ3 流量の流量設定範囲を示した図である。
【図４】ＡｓＨ3 流量とＺｎを拡散したゲート領域のシート抵抗との関係を示すグラフにＺｎ材料の供給停止後のＡｓＨ3 流量を示した図である。
【符号の説明】
１０……ＪＦＥＴ、１２……半絶縁性ＧａＡｓ基板、１４……ｎ型チャネル領域、１６……ｎ+ 型ソース領域、１８……ｎ+ 型ドレイン領域、２０……ｐ型ゲート領域、２２……ＳｉＮ膜、２４……ゲート電極、２６……ソース電極、２８……ドレイン電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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