JPH04501488A - ドーピングされた半導体層を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ドーピングされた半導体層を製造する方法技術分野 本発明は荷電担体濃度の低いドーピングされた半導体層を製造する方法に関する 。

従来技術 半導体材料におけるｎ荷電担体またはｐ荷電担体の濃度は、適宜なドーピング物 質元素を基礎結晶格子内に組み込むことによって整定される。ドーピング処理さ れた半導体層を製造するために利用される一般的な方法としての、例えばＶＰＥ 法、ＭＯＣＶＤ法。

ＬＰＥ法またはＭＢＥ法では、層形成の行なわれる基質の周辺におけるドーピン グ物質元素の濃度が出来るだけコンスタントな数値に保たれる。この場合、典型 的には単数乃至複数のドーピング物質元素が気相または液相で、もしくは分子線 として提供される。

このような形式によれば、周辺媒質と固体との間の分布係数に関して、固体内に おける、つまり製造された層内におけるドーピング物質元素の一定した濃度、ひ いては一定した荷電担体濃度が整定される。

例えば１立法センチメートル当り１０１６個の亜鉛原子を含有する濃度のＧａ１ ｎＡｓ（ガリウム・インジウム砒素）層を製造するためには、亜鉛化合物におけ る約１０””ｂａｒの分圧が必要とされる。これに対し１０１５ｃ　ｍ−３のド ーピング物質濃度を整定するためには、亜鉛化合物の分圧を１Ｏ−１０ｂａｒ弱 の値に設定する必要があるとされている。

ドーピングされた半導体層を製造する従来の方法においては、ドーピング物質化 合物の分圧を層形成の全期間に亙ってコンスタントな値に維持しなければならな いので、例えば１０１５ｃｍ−３程度の低い荷電担体濃度を有する層を形成する ためには、工業技術的にかなりの経費を投じなければならず、しかもこの場合、 実際に必要とされる精度で所望の荷電担体濃度を整定することが必ずしも保証さ れるとは限らない。

発明の要旨 そこで本発明の課題とするところは、従来公知の方法に改良を加えて、典型的に はＩＱ１６ｃｍ””未満の低い荷電担体濃度を有するドーピングされた半導体層 を製造し得るようにする点にある。

この課題を解決すべく提案された本発明の措置は請求項１に記載されている。

本発明の基本原理は、層形成中にドーピング物質元素をコンスタントに提供する ことによってではなく、典型的な方形ドーピング物質プロファイルをシーケンス 制御し且つ全ドーピング物質プロファイルを平均化することによって所望の荷電 担体濃度整定を実施するところにある。

この場合、所定の低い荷電担体濃度を有する所望の層を製造するためには、極め て薄い多数の層が互いに重ね合わされ、比較的高いドーピング物質濃度の、つま り比較的高い荷電担体濃度の層とドーピングされていない層とを交互に有する成 層体が形成される。個々の層における厚さ寸法と荷電担体濃度とは、多数の層全 体に亙る「層表面に対して垂直な」平均化処理によって所望の低い荷電担体濃度 が得られるように設定されている。

ところで、「ドーピングされてない領域」なる概念は、例えば「その下に位置す る層」を反応容器内で形成することに基づいて存在する残留物質によって生ずる ような極めて低いドーピング物質元素濃度を有する領域を意味する。この場合に 重視されるのは、この領域におけるドーピング率を意図的にドーピング処理され る層のドーピング率ならびに所望の荷電担体濃度より著しく小さな値に抑えるこ とにのみあって、当該領域における濃度の正確な整定は「問題」とされない。

そこで本発明による方法においては、低いドーピング物質濃度を得るために必要 とされるドーピング物質担体化合物の低い分圧を規定の精度で整定しなくともよ いという利点が生ずる。むしろこの方法で必要とされるのは、比較的高い荷電担 体乃至ドーピング物質濃度を有する薄い層内においてドーピングのために「提供 された」元素の分圧を比較的高い圧力範囲で正確に整定することであるに過ぎな い。

つまり電気的な測定に際しては、高いドーピング領域と低いドーピング領域とが 平均化されるので、個々の領域または層の厚さが充分に小さな値に設定されてい る以上、平均化された値が測定されることになる。

例えば層の９０パーセントがドーピングされておらず、層厚さの１０パーセント が１０　”ｃ　ｍ−３のドーピング処理を施されているとするならば、巨視的に 見てＩＱ１５ｃｍ−３のドーピングされた層が得られることになり、またこれと 同様に、例えば層厚さの９９パーセントにはドーピング処理を施さず、層厚さの １パーセントにのみＩＱ１７ｃｍ−３のドーピングを実施することも可能とされ る。

然しそのいづれの場合にも、ドーピング処理された領域が全層内に普遍的に存在 せしめられていなければならない。

本発明におけるその他の実施態様は、各従属請求項に記載されている。

請求項２には、特に本発明による構造の層を製作するのに適した方法が示されて いる。但し、この請求項２に挙げられた方法は、あくまでも有利であるとされる 若干の選択肢であるに過ぎず、本発明による方法として確定されたものではない 。

請求項３には、ドーピングされた層の厚さに対するドーピングされていない暦の 厚さの有利な数値範囲（比）が示されている。ドーピングされてない層の厚さが ドーピングされた層の厚さの１０倍〜１００倍の値に設定されているならば、ド ーピングされた層はこの倍率だけ高い「ドーピング」を有することになるので、 荷電担体濃度が極めて低い場合でもドーピング物質担体の分圧を工業技術的に処 理し得る範囲内に抑えることが保証される（請求項７）。

請求項４では、ドーピングされた層の有利な厚さ寸法、即ち「単一層」の数値と 約１１００ｎとの間の厚さ寸法が規定されている。このような層厚さ寸法が維持 されるならば、ドーピングされてない層の厚さが「さほど大きくならない」、つ まり全層に亙る層厚さの平均化を阻むほど大きくならないことが保証されるので 、「巨視的に見て」全層はこれが恰も均質で低い荷電担体濃度を有しているかの ごとき様相を呈する。

請求項５によれば、多数の層がその製作後に熱処理される。適用される方法が異 なればドーピング物質における拡散特性もそれぞれ異なるので、その都度適宜な 二次熱処理を行なうことによって均質性をより一層高めることが出来る。

本発明による方法は、任意な半導体材料、例えば珪素（Ｓ　ｉ）またはゲルマニ ウム（Ｇｅ）をベースとした半導体、もしくはＩＩ−ＶＩ−半導体において低い 荷電担体濃度の層を提供するのに適しているが、１０１６ｃ　ｍ−３未満の荷電 担体濃度を有する層を製作すべくｍ−ｖ−半導体に適用すると特に効果的である （請求項６）。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の方法により得られた半導体層におけるドーピング物質濃度をド ーピング物質担体分圧の関数としてプロットしたダイアグラム。

第２図は本発明の方法により得られた半導体層の構造を概略的に示すべく荷電担 体濃度を層厚さの関数としてプロットしたダイアグラムである。

実施例 次に、本発明の一般則を限定することな（、テキスト中では詳しく説明しなかっ た本発明における全ての詳細をも明確に開示している図示の各実施例について本 発明による方法を詳述する。

第１図には、Ｄ　Ｍ　Ｚ　ｎまたはＤ　Ｍ　Ｚ　ｎ化合物から亜鉛をＧａ　Ｉ　 ｎＡｓ内に組み込む場合の範例として、ドーピング物質濃度（縦座標に立法セン ナメートル当り原子数でプロット）がドーピング物質担体分圧（横座標にバール でプロット）の関数として示されている。

この実施例におけるプロセスパラメータは第１図中に表示されており、例えばｐ ＝２０ｍｂａｒはプロセス室内の全体圧を意味する。

第１図から明らかなように、１０１１０ｌ６’を下回る極めて低いドーピング物 質濃度を得るためには、その分圧を１０”−９ｂａｒ未満の極めて低い範囲内に 整定しなければならない。このように低い分圧を整定しコンスタントに維持する ためには、工業技術的にかなり複雑で費用が必要とされるのみならず、実地にお いてはこのことが実現されない場合すらしばしばある。

そこで本発明による方法では、所望される低い荷電担体濃度としての例えば１０ １５ｃｍ−３の濃度を整定するため、多数の薄い層をこれが比較的高い荷電担体 濃度を有する層とドーピング処理されてない層とを交互に形成するように互いに 重ね合わされる。

第２図には１μの厚さと１０１５ｃ　ｍ−３の「平均的な」荷電担体濃度とを有 する層の構造が概略的に示されている。この層は層表面に対して垂直な方向で見 て多数のかなり薄い層から構成されており、それぞれ１つおキノ層カ約ＩＱ１６ ｃｍ−’の荷電担体濃度を有している。

ドーピング処理されたこれらの層は、約１０倍の厚さを有するドーピングされて ない層によって互いに分離されている。この「成層体」は、これを巨視的に見る ならば、全体として約１０１５ｃｍ−３の荷電担体濃度を有する「極めて均質な 」層であるかのような様相を呈している。第２図における右側の縦座標には該当 の層を製作するのに必要とされる分圧が示されている。

Ｉ　Ｑ　１６ｃ　ｍ−３の荷電担体濃度を有する薄い「中間層」を製作するため には、ドーピング物質担体化合物の分圧を、荷電担体濃度１０１１０１５ａの均 質な層を製作するのに必要とされる分圧の少なくとも１０倍の値に設定すればよ く、従って圧力を整定し且つコンスタントに維持することが容易に達成される。

以上では本発明による方法をその一般則を限定することなく１つの実施例につい て説明したが、本発明による方法は、他のドーピング法もしくは成層法に適用し 、或いは他のドーピング物質及び基礎材料、例えば珪素またはゲルマニウムをベ ースとした半導体、乃至はＩＩ−Ｖｌ−半導体に応用することも可能である。

本発明において低いとみなすことの出来る荷電担体濃度も、使用される基礎材料 によって左右され、また所謂「ハイ・ドーピング」された層のドーピング濃度は 、その都度適用される製作法及びその都度の交換係数に応じて変動する。

’　１）ＮＺ＋ｃＯＥＺｎ　’　ｂｆｆＩ□国際調査報告 国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．荷電担体濃度の低いドーピングされた半導体層を製造する方法において、多 数の薄い層をこれが比較的高い荷電担体濃度を有する層とドーピング処理されて ない層とを交互に形成するように互いに重ね合わせ、これに多数の層全体に亙る 平均化により所望の低い荷電担体濃度が得られるように個々の層における厚さと 荷電担体濃度とを規定することを特徴とする方法。
2. ２．ＭＯＣＶＤ法，ＶＰＥ法，ＬＰＥ法もしくはＭＢＥ法によってドーピング処 理を行なうことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．ドーピングされてない層の厚さをドーピングされた層の厚さの１０倍乃至１ ００倍の値に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. ４．ドーピングされた層の厚さを「単一層」の値と約１００ｎｍとの間の値に設 定することを特徴とする請求項１乃至３のいづれか１項に記載の方法。
5. ５．多数の層をその製作後に熱処理することを特徴とする請求項１乃至４のいづ れか１項記載の方法。
6. ６．基礎材料としてＩＩＩ−Ｖ−半導体を用い、所望の低い荷電担体濃度を１０ １６ｃｍ−３未満の値に設定することを特徴とする請求項１乃至５のいづれか１ 項に記載の方法。
7. ７．比較的高いドーピング物質濃度を所望の低い荷電担体濃度の約１０倍乃至１ ００倍の値に設定することを特徴とする請求項１乃至６のいづれか１項に記載の 方法。