JPH0329757B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0329757B2 JPH0329757B2 JP59216632A JP21663284A JPH0329757B2 JP H0329757 B2 JPH0329757 B2 JP H0329757B2 JP 59216632 A JP59216632 A JP 59216632A JP 21663284 A JP21663284 A JP 21663284A JP H0329757 B2 JPH0329757 B2 JP H0329757B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- substrate
- silicon
- single crystal
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、薄膜型電子部品の基板として広く活
用される。特に半導体装置においても応用し得
る。
用される。特に半導体装置においても応用し得
る。
従来例の構成とその問題点
低温での単結晶薄膜の形成は種々の電子部品材
料としての応用があり、そのため、各種の方式が
提案されている。LPCVD、PECVD、MBEなど
がある。
料としての応用があり、そのため、各種の方式が
提案されている。LPCVD、PECVD、MBEなど
がある。
工業的に確立された技術であるLPCVD法によ
るエピ成長では、一般的に1050℃以上、望ましく
は1100℃以上の温度が必要であり、このため、基
板構成元素の相互拡散が顕著であり、この低域が
大きな問題点となつていた。
るエピ成長では、一般的に1050℃以上、望ましく
は1100℃以上の温度が必要であり、このため、基
板構成元素の相互拡散が顕著であり、この低域が
大きな問題点となつていた。
又、技術的には進展してきたMBE（分子線エ
ピ）法においても、600℃程度の低温で、エピ成
長が可能となつてきたが、高濃度に、Ga、Sb等
の必須構成元素を導入し得ない状態にある。これ
は欠陥を低減し、析出させない状態にGa、Sb等
を導入するには基板を高温にしなけらばならない
が、高温にすると、Ga、Sbなどの附着係数が大
巾に減少し、（100℃で１桁以上変化する。）従つ
て高濃度にし得ないといつた矛盾がある。この改
善のため、イオン化法などが試みられているが、
十分な効果を得ていない。
ピ）法においても、600℃程度の低温で、エピ成
長が可能となつてきたが、高濃度に、Ga、Sb等
の必須構成元素を導入し得ない状態にある。これ
は欠陥を低減し、析出させない状態にGa、Sb等
を導入するには基板を高温にしなけらばならない
が、高温にすると、Ga、Sbなどの附着係数が大
巾に減少し、（100℃で１桁以上変化する。）従つ
て高濃度にし得ないといつた矛盾がある。この改
善のため、イオン化法などが試みられているが、
十分な効果を得ていない。
発明の目的
本発明は、低温でのシリコンエピ単結晶薄膜形
成および高濃度な不純物固溶を両立させ、高濃度
に不純物を含む欠陥の少ない、良質のシリコンエ
ピ単結晶薄膜を提供する。
成および高濃度な不純物固溶を両立させ、高濃度
に不純物を含む欠陥の少ない、良質のシリコンエ
ピ単結晶薄膜を提供する。
すなわち、本発明は、基板上に、シリコン及び
前記シリコンに固溶すべき不純物元素を照射して
シリコンエピ単結晶薄膜を形成するとともに、間
歇的に繰り返し極く短時間のみ前記基板表面にエ
ネルギービームを照射して前記基板の極く表面の
加熱、焼鈍を前記ビームの間歇照射に応じて繰り
返し、前記固溶するべき不純物元素の固溶化、活
性化を行い、前記不純物元素を高濃度に前記薄膜
中に固溶させる方法を提供する。
前記シリコンに固溶すべき不純物元素を照射して
シリコンエピ単結晶薄膜を形成するとともに、間
歇的に繰り返し極く短時間のみ前記基板表面にエ
ネルギービームを照射して前記基板の極く表面の
加熱、焼鈍を前記ビームの間歇照射に応じて繰り
返し、前記固溶するべき不純物元素の固溶化、活
性化を行い、前記不純物元素を高濃度に前記薄膜
中に固溶させる方法を提供する。
実施例の説明
エピ単結晶薄膜の評価が非常に進んでおり、そ
の品質を非常に厳しく評価できるSiのエピ成長を
例にとつて説明する。さらにその中でも欠陥が生
じ易すい（111）面を使用する。
の品質を非常に厳しく評価できるSiのエピ成長を
例にとつて説明する。さらにその中でも欠陥が生
じ易すい（111）面を使用する。
分子線エピ成長装置にＮ（111）２−４ΩcmのSi
ウエハーを挿入し、先ず、850℃、２分間Siビー
ムを0.2Å／Ｓ照射することによつて清浄化した。
この後、温度を600〜700℃に下げ、Siビームを３
Å／Ｓに増やし、且つ、クヌーセンセルからGa
ビームを同時に照射せしめた。セル温度は650〜
850℃に種々変化させた。この状態でエピ成長を
続け、厚さ約1μｍに成長した後、ジルトールエ
ツチにより、欠陥を検査した。なお濃度について
はシート抵抗値から計算した。Gaを共存させな
い場合には、積層欠陥密度（S.F.D.）及び微小欠
陥密度（E.P.D.）は共に103／cm2以下の非常に小
さい観察限界以下であつたのに対して、以上の例
では、重大な欠陥であるSFDでも、第１図に示
すように、Ga濃度が高くなるにつれ、105〜
108／cm2と急増している。EPDについてはこの10
〜50倍存在している。
ウエハーを挿入し、先ず、850℃、２分間Siビー
ムを0.2Å／Ｓ照射することによつて清浄化した。
この後、温度を600〜700℃に下げ、Siビームを３
Å／Ｓに増やし、且つ、クヌーセンセルからGa
ビームを同時に照射せしめた。セル温度は650〜
850℃に種々変化させた。この状態でエピ成長を
続け、厚さ約1μｍに成長した後、ジルトールエ
ツチにより、欠陥を検査した。なお濃度について
はシート抵抗値から計算した。Gaを共存させな
い場合には、積層欠陥密度（S.F.D.）及び微小欠
陥密度（E.P.D.）は共に103／cm2以下の非常に小
さい観察限界以下であつたのに対して、以上の例
では、重大な欠陥であるSFDでも、第１図に示
すように、Ga濃度が高くなるにつれ、105〜
108／cm2と急増している。EPDについてはこの10
〜50倍存在している。
これに対し、本発明では上記のエピ成長中にア
ルゴンレーザ（波長約0.5μｍ）をパルス状に照射
せしめた。１パルス当り約0.3J／cm2を30秒に１度
照射した。この結果、SFDはほぼ観察されなく
なり第２図に示すように、E.P.D.においても１〜
３桁にのぼるかなりの改良がみられた。
ルゴンレーザ（波長約0.5μｍ）をパルス状に照射
せしめた。１パルス当り約0.3J／cm2を30秒に１度
照射した。この結果、SFDはほぼ観察されなく
なり第２図に示すように、E.P.D.においても１〜
３桁にのぼるかなりの改良がみられた。
次にＰ（111）３〜５ΩcmのSiウエハーを用い
て、同様の実験を行つた。清浄化は800℃１分30
秒、Siビーム照射0.3Å／Ｓで行ないエピ成長温
度を600〜700℃、Siビーム４Å／Ｓ、Sb用のク
ヌーセンセル温度250−300℃の範囲で種々に変化
させたエピ単結晶薄膜の評価結果を第３図に示
す。Gaよりも（第１図）少し減少しているが、
SFDは非常に多い。これに対し、本発明では、
連続発振型アルゴンレーザ照射（ビーム径100μ
ｍφ、走査速度１ｍ／sec、ビーム出力9W、走査
ステツプ200μｍのインターレース方式、走査範
囲５cm角）を同時に施こしながらSb照射を行つ
た所、SFDはほぼ皆無となり、E.P.D.においても
104／cm2以下に下がるなどの大巾な改良が認めら
れた。
て、同様の実験を行つた。清浄化は800℃１分30
秒、Siビーム照射0.3Å／Ｓで行ないエピ成長温
度を600〜700℃、Siビーム４Å／Ｓ、Sb用のク
ヌーセンセル温度250−300℃の範囲で種々に変化
させたエピ単結晶薄膜の評価結果を第３図に示
す。Gaよりも（第１図）少し減少しているが、
SFDは非常に多い。これに対し、本発明では、
連続発振型アルゴンレーザ照射（ビーム径100μ
ｍφ、走査速度１ｍ／sec、ビーム出力9W、走査
ステツプ200μｍのインターレース方式、走査範
囲５cm角）を同時に施こしながらSb照射を行つ
た所、SFDはほぼ皆無となり、E.P.D.においても
104／cm2以下に下がるなどの大巾な改良が認めら
れた。
なお、上述の条件で、全面を走査するのに５秒
かかるので、局部的には５秒間隔で繰り返し加熱
されていることになる。又、加熱時間はビーム径
から約0.1ミリ秒と推定される。
かかるので、局部的には５秒間隔で繰り返し加熱
されていることになる。又、加熱時間はビーム径
から約0.1ミリ秒と推定される。
以上の大巾な改良の原理を次に推測する。前述
したように、高濃度に異種元素を導入するには、
例えば第５図に示すように、Ga、Sbのいずれに
しても低温にしなくてはならない。温度が100℃
上昇すると附着係数はほぼ1.5桁低下する。とこ
ろが、このような高濃度に低温で異種元素を導入
すると、格子間に析出し易すく、これが大きな否
を生じ、欠陥を生ずる。当初微小欠陥であつたも
のが、成長と共に大きくなり、積層欠陥として明
白に認められるようになる。欠陥を防止するため
には、高温にすればよいが、高温にすれば、濃度
をあげることができないという矛盾が生じてい
る。
したように、高濃度に異種元素を導入するには、
例えば第５図に示すように、Ga、Sbのいずれに
しても低温にしなくてはならない。温度が100℃
上昇すると附着係数はほぼ1.5桁低下する。とこ
ろが、このような高濃度に低温で異種元素を導入
すると、格子間に析出し易すく、これが大きな否
を生じ、欠陥を生ずる。当初微小欠陥であつたも
のが、成長と共に大きくなり、積層欠陥として明
白に認められるようになる。欠陥を防止するため
には、高温にすればよいが、高温にすれば、濃度
をあげることができないという矛盾が生じてい
る。
一方、上述のような短時間のごく表面層の加熱
を考える。レーザのエネルギーは極く表面層のみ
に吸収され、表面の0.1〜0.3μｍ位までの厚さで
顕著な温度上昇が生ずると推定される。この温度
上昇は、第６図に一例を示すように、基板温度
600℃から0.2ｍsec位で1000℃程度に上昇し、５
ｍsec位でほぼ元の600℃に戻ると推定される。こ
の高温になつている時間、約１ｍsecは、一周期
の基板温度にある時間、約30秒に対しては1/3000
０の短時間である。即ち、低温の基板温度で高濃
度に異種元素が導入されるが、高温では逆にほと
んど附着しない。このため、原理的には濃度が幾
分低下することになるが、その量は全く無視でき
る量である。所が、この短時間の高温処理の効果
は、欠陥からみると大きな効果がある。即ち、高
温になり、瞬時に格子振動が大きくなると同時
に、異種元素を格子内に取り込んで固溶してしま
い、又、微小欠陥核を焼鈍してしまう。
を考える。レーザのエネルギーは極く表面層のみ
に吸収され、表面の0.1〜0.3μｍ位までの厚さで
顕著な温度上昇が生ずると推定される。この温度
上昇は、第６図に一例を示すように、基板温度
600℃から0.2ｍsec位で1000℃程度に上昇し、５
ｍsec位でほぼ元の600℃に戻ると推定される。こ
の高温になつている時間、約１ｍsecは、一周期
の基板温度にある時間、約30秒に対しては1/3000
０の短時間である。即ち、低温の基板温度で高濃
度に異種元素が導入されるが、高温では逆にほと
んど附着しない。このため、原理的には濃度が幾
分低下することになるが、その量は全く無視でき
る量である。所が、この短時間の高温処理の効果
は、欠陥からみると大きな効果がある。即ち、高
温になり、瞬時に格子振動が大きくなると同時
に、異種元素を格子内に取り込んで固溶してしま
い、又、微小欠陥核を焼鈍してしまう。
以上の操作により、異種元素の析出や微小欠陥
核は膜成長と共に成長するが、これらが大きく成
長し始める前に、これらの微小欠陥を焼鈍するこ
とにより成長を抑え、消去することができてい
る。そして大きく成長する前にエネルギーを加え
るために、低いエネルギーですむと考えられ、こ
れを繰り返すことによつて、優れたエピ単結晶薄
膜が形成されると考えられる。
核は膜成長と共に成長するが、これらが大きく成
長し始める前に、これらの微小欠陥を焼鈍するこ
とにより成長を抑え、消去することができてい
る。そして大きく成長する前にエネルギーを加え
るために、低いエネルギーですむと考えられ、こ
れを繰り返すことによつて、優れたエピ単結晶薄
膜が形成されると考えられる。
なお、以上の説明で明らかになつたように、エ
ネルギービームとしては電子線でもよい。
ネルギービームとしては電子線でもよい。
発明の効果
以上の説明で明らかなように、本発明の方法に
より、高濃度に異種元素を含有し、且つ低欠陥の
シリコンエピ成長単結晶薄膜を形成することがで
きた。
より、高濃度に異種元素を含有し、且つ低欠陥の
シリコンエピ成長単結晶薄膜を形成することがで
きた。
第１図〜第４図にそれぞれGa、Sbを異種元素
として導した場合の、従来例、本発明例における
欠陥密度を示す図、第５図は附着係数の温度依存
性を、第６図はレーザ照射後の試料表面の温度変
化を示す図である。
として導した場合の、従来例、本発明例における
欠陥密度を示す図、第５図は附着係数の温度依存
性を、第６図はレーザ照射後の試料表面の温度変
化を示す図である。
Claims (1)
- １ 基板上に、シリコン及び前記シリコンに固溶
すべき不純物元素を照射してシリコンエピ単結晶
薄膜を形成するとともに、間歇的に繰り返し極く
短時間のみ前記基板表面にエネルギービームを照
射して前記基板の極く表面の加熱、焼鈍を前記ビ
ームの間歇照射に応じて繰り返し、前記固溶すべ
き不純物元素の固溶化、活性化を行い、前記不純
物元素を高濃度に前記薄膜中に固溶させることを
特徴としたエピ単結晶薄膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59216632A JPS6197191A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | エピ単結晶薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59216632A JPS6197191A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | エピ単結晶薄膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197191A JPS6197191A (ja) | 1986-05-15 |
| JPH0329757B2 true JPH0329757B2 (ja) | 1991-04-25 |
Family
ID=16691473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59216632A Granted JPS6197191A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | エピ単結晶薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6197191A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2211210A (en) * | 1987-10-16 | 1989-06-28 | Philips Electronic Associated | A method of modifying a surface of a body using electromagnetic radiation |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5814644A (ja) * | 1981-07-20 | 1983-01-27 | Nec Corp | クロツク発生回路 |
| JPS5992997A (ja) * | 1982-11-18 | 1984-05-29 | Nec Corp | 分子線エピタキシヤル成長法を用いた薄膜の形成方法 |
-
1984
- 1984-10-16 JP JP59216632A patent/JPS6197191A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6197191A (ja) | 1986-05-15 |
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