JPH11274089A - 薄膜の製造方法 - Google Patents

薄膜の製造方法

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JPH11274089A
JPH11274089A JP9677698A JP9677698A JPH11274089A JP H11274089 A JPH11274089 A JP H11274089A JP 9677698 A JP9677698 A JP 9677698A JP 9677698 A JP9677698 A JP 9677698A JP H11274089 A JPH11274089 A JP H11274089A
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JP
Japan
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thin film
boron
silicon
single crystal
crystal substrate
Prior art date
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JP9677698A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Habuka
等 羽深
Toru Otsuka
徹 大塚
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホウ素がドープされた半導体単結晶基板上に
珪素薄膜を成長する際に、半導体単結晶基板の表面近傍
のホウ素濃度が低下しない方法を提供する。 【解決手段】 ホウ素をドープした半導体単結晶基板1
上にホウ素薄膜4を形成した後に、珪素薄膜3を成長す
る。ホウ素薄膜4の形成方法は、半導体単結晶基板1中
のホウ素を基板表面に偏析させるか、基板上にジボラン
ガスを供給してホウ素を堆積させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホウ素がドープさ
れた半導体単結晶基板上に珪素薄膜を成長する方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】ホウ素は、p型の半導体単結晶基板を製
造するためのドーパントとして従来より用いられてい
る。そして、ホウ素が予めドープされて所望の抵抗率に
調整された半導体単結晶基板上に珪素原料ガスを供給し
て、気相成長により珪素薄膜を半導体単結晶基板上に成
長する方法がよく知られている。具体的には、例えば珪
素半導体単結晶基板を反応容器内で1000℃等の所望
の温度に昇温すると共に、水素ガス等の希釈ガス中に珪
素原料としてトリクロロシラン(SiHCl3)ガスを
希釈したガスを反応容器内に供給し、珪素半導体単結晶
基板上に珪素単結晶薄膜を成長する。
【0003】ところで、珪素半導体単結晶基板の表面に
は自然酸化膜、有機物、微粒子等(以下、「自然酸化膜
等」と総称する。)が生成・付着しているので、これら
を珪素薄膜の成長工程前に除去する必要がある。その除
去方法として、水素ガスなどの雰囲気中で1000℃以
上に半導体単結晶基板を加熱する方法が用いられる。す
なわち、図5に示すように、表面に自然酸化膜等2が付
いた半導体単結晶基板1(図5(a))を、水素ガス雰
囲気中で1000℃以上に加熱して自然酸化膜等2を除
去し(図5(b))、その後にトリクロロシラン(Si
HCl3)を水素ガス中に希釈させて供給することによ
り、半導体単結晶基板1上に珪素単結晶薄膜3を成長す
る(図5(c))。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】自然酸化膜等2を除去
するために、半導体単結晶基板1を1000℃以上の温
度に加熱すると、この熱処理中に、半導体単結晶基板1
に含まれているホウ素の一部が外方拡散と気化により気
相中に放散し、その結果、半導体単結晶基板1の表面近
傍のドーパント濃度が低下して、図2の(B)に示すよ
うに、濃度プロファイルが平坦でなくなるという問題点
があった。
【0005】そこで本発明は、ホウ素がドープされた半
導体単結晶基板上に珪素薄膜を成長する際に、半導体単
結晶基板の表面近傍のホウ素濃度が低下しない方法を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、発明者らが基礎実験の結果に基づく研究を重ねた結
果、以下の発明に至った。
【0007】本願の請求項1記載の発明は、ホウ素をド
ープした半導体単結晶基板上にホウ素薄膜を形成した後
に、珪素薄膜を成長することを特徴とする薄膜の製造方
法を提供する。
【0008】本願の請求項2記載の発明は、請求項1に
おいて、形成したホウ素薄膜を除去した後に珪素薄膜を
成長することを特徴とする薄膜の製造方法を提供する。
【0009】本願の請求項3記載の発明は、請求項1に
おいて、形成したホウ素薄膜上に珪素薄膜を成長した
後、更に熱処理を施すことを特徴とする薄膜の製造方法
を提供する。
【0010】本願の請求項4記載の発明は、請求項1な
いし請求項3のいずれか1項において、半導体単結晶基
板内にドープされたホウ素を基板表面に偏析させてホウ
素薄膜を形成することを特徴とする薄膜の製造方法を提
供する。
【0011】本願の請求項5記載の発明は、請求項1な
いし請求項3のいずれか1項において、半導体単結晶基
板上にジボランガスを供給してホウ素薄膜を形成するこ
とを特徴とする薄膜の製造方法を提供する。
【0012】本願の請求項6記載の発明は、請求項4に
おいて、ホウ素を偏析させる際の加熱温度が700℃以
上980℃以下であることを特徴とする薄膜の製造方法
を提供する。
【0013】本願の請求項7記載の発明は、請求項2に
おいて、ホウ素薄膜を除去すると同時にホウ素を内方拡
散させた後に、珪素薄膜を成長することを特徴とする薄
膜の製造方法を提供する。
【0014】本願の請求項8記載の発明は、請求項1な
いし請求項7のいずれか1項において、前記半導体単結
晶基板が珪素半導体単結晶基板であり、前記珪素薄膜が
珪素単結晶薄膜であることを特徴とする珪素薄膜の製造
方法を提供する。
【0015】本発明においては、半導体単結晶基板上に
ホウ素薄膜を形成してから珪素薄膜を成長するので、珪
素薄膜の成長時の熱又はその前後の熱処理によりホウ素
薄膜からホウ素が半導体単結晶基板中へ内方拡散し、半
導体単結晶基板の表面近傍のホウ素濃度の低下を抑制す
ることができる。
【0016】ホウ素薄膜の形成方法としては、半導体単
結晶基板中のホウ素を基板表面に偏析させる方法と、ジ
ボラン(B26)等のホウ素原料ガスを基板表面に供給
してホウ素薄膜を堆積させる方法とがある。ホウ素を偏
析させる方法は、水素ガス雰囲気中で700℃以上98
0℃以下に加熱することにより、半導体単結晶基板中に
添加されて含有されていたホウ素が表面に偏析してホウ
素薄膜を形成するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
を参照しながら説明する。
【0018】図1は、本発明の実施形態の一例を示す工
程図である。本例では、まずホウ素をドーパントとして
含有する珪素半導体単結晶基板1を用意する。この珪素
半導体単結晶基板1の表面には自然酸化膜等2が付いて
いる(図1(a))。この珪素半導体単結晶基板1を、
水素ガス雰囲気中で950℃で1分間加熱すると、自然
酸化膜等2は完全にエッチング除去される。この際、ホ
ウ素原子は珪素半導体単結晶基板1内から外へ出て表面
に集ろうとする性質があるため、ホウ素が基板表面に偏
析して厚さが1モノレイヤー程度のホウ素薄膜4を形成
する(図1(b))。次に、水素ガス雰囲気中、110
0℃で珪素半導体単結晶基板1を30秒間加熱すると、
ホウ素は水素ガスの還元作用によりボラン(BH3)や
ジボラン(B26)などの水素化物になって気化すると
共に、珪素半導体単結晶基板1内へ内方拡散し(図1
(c))、ホウ素薄膜4は完全に除去される(図1
(d))。その後、珪素半導体単結晶基板1を1000
℃に加熱しながらトリクロロシラン(SiHCl3)を
水素と共に供給することにより、珪素半導体単結晶基板
1上に珪素単結晶薄膜3を成長する。
【0019】上記ホウ素の偏析現象は、表面偏析として
特に超高真空を用いる分子線エピタキシーの分野では既
知である。本発明の主要な点は、この表面偏析が1気圧
においても水素ガス雰囲気中などで生じるという自然法
則を利用し、これを工業的に重要な珪素半導体単結晶基
板の表面処理方法に応用したことにある。
【0020】ホウ素は蒸気圧の極めて小さな元素であ
り、且つ沸点が2500℃を越える元素であるため、珪
素半導体単結晶基板1を水素ガス雰囲気中において70
0〜980℃の比較的低い温度範囲で加熱した場合、ホ
ウ素薄膜4は珪素半導体単結晶基板1の表面に安定に存
在することができる。同時に、ホウ素薄膜4は珪素半導
体単結晶基板1内へのホウ素の拡散源としての役割を果
すので、ホウ素薄膜4の除去後の珪素半導体単結晶基板
1の表面近傍のホウ素原子の濃度分布は、実質的に平坦
な濃度プロファイルを維持することができるのである。
【0021】なお、700℃未満では表面偏析が全く生
じないか或いはその程度が微弱であり、本発明の目的に
有効な条件を形成しない。また、珪素半導体単結晶基板
1を水素ガス雰囲気中で980℃を越える温度で加熱し
た場合、水素ガス雰囲気中では水素ガスがホウ素膜膜4
を還元して蒸気圧の大きなボラン(BH3)やジボラン
(B26)などの水素化物を形成する反応が顕著化する
ので、ホウ素薄膜4は直ちに除去されてしまう。
【0022】図2は、上述した工程、すなわちホウ素を
1×1018個/cm3にドープした珪素半導体単結晶基
板1を、水素ガス雰囲気中で950℃に1分間保持し、
次に1100℃に30秒間保持した場合(A)と、95
0℃の保持工程を経ずに1100℃に30秒間保持した
場合(B)とで、珪素半導体単結晶基板1の深さ方向の
ホウ素濃度の濃度プロファイルを比較したものである。
(B)では、珪素半導体単結晶基板1の極表面近傍にお
いて、基板表面から深さ方向に約0.1μmの範囲でド
ーパントであるホウ素の濃度が著しく減少しているが、
(A)では珪素半導体単結晶基板1内のホウ素濃度が実
質的に平坦に維持されている。このことから、本発明の
方法の有効性が明らかとなった。
【0023】図3は、本発明の実施形態の他の例を示す
工程図である。本例では、表面に自然酸化膜等2が付い
た珪素半導体単結晶基板1(図3(a))を、水素ガス
雰囲気中で950℃で1分間加熱してホウ素を偏析させ
て基板表面にホウ素薄膜4を形成した(図3(b))
後、引き続き、珪素半導体単結晶基板1の表面にトリク
ロロシラン(SiHCl3)を水素と共に供給すること
により、950℃でホウ素薄膜4上に珪素単結晶薄膜3
を成長する(図3(c))。次に、水素ガス雰囲気中、
1100℃で10秒間加熱すると、ホウ素薄膜4のホウ
素は上方の珪素単結晶薄膜3中に拡散すると共に、珪素
半導体単結晶基板1内へも内方拡散し(図3(d))、
ホウ素薄膜4は消滅する(図3(e))。
【0024】図4は、本発明の実施形態の他の例を示す
工程図である。本例では、表面に自然酸化膜等2が付い
た珪素半導体単結晶基板1(図4(a))を水素ガス雰
囲気中で1100℃に加熱して自然酸化膜等2を除去し
た後に、基板表面に0.001ppmのジボラン(B2
6)ガスを10秒間供給し、基板表面にホウ素薄膜4
を堆積させる(図4(b))。引き続き、ホウ素薄膜4
が堆積した珪素半導体単結晶基板1の表面にトリクロロ
シラン(SiHCl3)を水素と共に供給することによ
り、ホウ素薄膜4上に珪素薄膜3を成長する(図4
(c))。次に、窒素ガス雰囲気中で1100℃で10
秒間加熱すると、ホウ素薄膜4のホウ素原子は上方の珪
素薄膜3中に拡散すると共に、珪素半導体単結晶基板1
内へも内方拡散し(図4(d))、ホウ素薄膜4は消滅
する(図4(e))。
【0025】一旦形成したホウ素薄膜4は、第1の実施
形態のように珪素薄膜3の成長前に除去しても良いし、
或いは第2及び第3の実施形態のようにホウ素薄膜4を
残したまま珪素薄膜3を成長し、珪素薄膜3の成長時の
熱またはその後の熱処理によりホウ素薄膜4を消滅させ
るようにしてもよい。しかし、ホウ素薄膜4が次の珪素
薄膜3の成長に悪影響を及ぼす可能性があるならば、珪
素薄膜3の成長前に除去することが好ましい。このホウ
素薄膜4の除去方法としては、前述のように水素ガス雰
囲気中で1000℃以上に適度な時間加熱する方法以外
に、例えば、プラズマ処理やエッチング性ガスを用いる
方法がある。
【0026】なお、本発明は上記の実施形態に限定され
るものではない。例えば、同様の考え方を適用すれば珪
素半導体単結晶基板以外に化合物半導体単結晶基板にも
適用できることは自明である。また、圧力は特に1気圧
において有効であるが、減圧でも同様の効果が確認され
ている。
【0027】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、ホウ
素がドープされた半導体単結晶基板上に珪素薄膜を成長
する際に、半導体単結晶基板の表面近傍のホウ素濃度を
低下させずに珪素薄膜を成長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の珪素薄膜の成長工程の一例を示す工程
図である。
【図2】基板中のホウ素原子濃度の深さ方向における濃
度分布を示すグラフである。
【図3】本発明の珪素薄膜の成長工程の他の例を示す工
程図である。
【図4】本発明の珪素薄膜の成長工程の他の例を示す工
程図である。
【図5】従来の珪素薄膜の成長工程の一例を示す工程図
である。
【符号の説明】
1 半導体単結晶基板 2 自然酸化膜等 3 珪素薄膜 4 ホウ素薄膜

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホウ素をドープした半導体単結晶基板上
    にホウ素薄膜を形成した後に、珪素薄膜を成長すること
    を特徴とする薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 形成したホウ素薄膜を除去した後に珪素
    薄膜を成長することを特徴とする請求項1記載の薄膜の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 形成したホウ素薄膜上に珪素薄膜を成長
    した後、更に熱処理を施すことを特徴とする請求項1記
    載の薄膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体単結晶基板内にドープされたホウ
    素を基板表面に偏析させてホウ素薄膜を形成することを
    特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記
    載の薄膜の製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体単結晶基板上にジボランガスを供
    給してホウ素薄膜を形成することを特徴とする請求項1
    ないし請求項3のいずれか1項に記載の薄膜の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 ホウ素を偏析させる際の加熱温度が70
    0℃以上980℃以下であることを特徴とする請求項4
    記載の薄膜の製造方法。
  7. 【請求項7】 ホウ素薄膜を除去すると同時にホウ素を
    内方拡散させた後に、珪素薄膜を成長することを特徴と
    する請求項2記載の薄膜の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記半導体単結晶基板は珪素半導体単結
    晶基板であり、前記珪素薄膜は珪素単結晶薄膜であるこ
    とを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項
    に記載の珪素薄膜の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100685266B1 (ko) 2005-12-26 2007-02-22 주식회사 실트론 오존완충층을 이용한 열처리 방법
JP2009111292A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Sumco Corp エピタキシャルウェーハの製造方法および製造装置

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