JPS60206019A - 光分解析出による層形成方法および装置 - Google Patents

光分解析出による層形成方法および装置

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JPS60206019A
JPS60206019A JP60036249A JP3624985A JPS60206019A JP S60206019 A JPS60206019 A JP S60206019A JP 60036249 A JP60036249 A JP 60036249A JP 3624985 A JP3624985 A JP 3624985A JP S60206019 A JPS60206019 A JP S60206019A
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光分解を利用して基板表面に層を析出させ
るかあるいは基板又はその上に析出した層にドープする
方法とそれを実施する装置に関する。この場合析出物質
又はドープ物質は液又はガスの形で基板又はその上に析
出している層に接触させ、光分解用の放射線をこの表面
に当てる。
〔従来の技術〕
一つの基板の表面に基板と同じ物質又は異った物質の薄
層又は層列を析出させることは既に実施されている。そ
の方法として多くの場合蒸着が採用されているが、目的
とする層の組成に応じて複数の物質源を使用するかある
いはこの組成に対応して混合された単一の物質源を使用
するプラズマ法又は分子ビーム・エピタキシィも行われ
ている。
所定の表面をほぼ均等に被覆する層特に極めて薄い層を
析出させること自体には問題はないが、特定の成分濃度
比を又は種々の成分に対して表面に垂直方向又は任意の
横方向に特定の濃度勾配を希望する場合には重大な困難
が生ずる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この発明の目的は、ドープ層又は非ドープ層を析出させ
、あるいは基板又は析出層にドープすることができ、そ
の際析出層の成分濃度を特定の値にすることができ、更
に表面に垂直の方向又は任意の横方向において特定の濃
度勾配を作ることができる簡単でしかも確実な方法を提
供することである。その場合例えば横方向構造を持つ析
出層又は垂直方向あるいは横方向にドープ層と非ドープ
層が重なり合っているもののように濃度値として０も含
まれるものとする。
〔問題点の解決手段〕
この目的は特許請求の範囲第１項に特徴として挙げた方
法によって達成される。この発明の種々の実施態様とそ
の展開ならびにこの発明の方法の実施に適した装置の構
成は特許請求の範囲第２項以下に示される。
〔作用効果〕
この発明の方法では公知の光分解原理と必要に応じて光
によって誘起される触媒反応析出が利用される。光分解
原理による場合目的とする基板表面に析出材料を例えば
ガスの形で接触させ、この材料と基板表面に適当に選定
された光を作用させる。この光の作用で光分解が起り、
所定物質が表面に析出成長しあるいは基板内に侵入して
ドープする。照射光が到達する部分ではこの析出あるい
はドーピングが自発的に進行する。照射光の強度が横方
向に構造化されるマスクを使用すると、その形状に応じ
た析出又はドーピングとなる。析出の時間経過中照射光
の強度を公知手段によって制御又は変調することができ
るから、それによって層成長過程又はドーピング過程を
対応して変化させることが可能である。これらの方法に
より横方向又は垂直方向に析出又はドーピングの濃度変
化が起る。
特許請求の範囲第１項に示したこの発明の方法により、
合成析出又は合成ドーピングと呼ばれる特殊の層形成又
はドーピングが可能となる。この方法は少くとも二種類
の物質を同時にあるいは時間的に直接続けて析出させる
かあるいは二種類のドーピングを行うものである。単一
の層を析出させると同時にその析出中均等あるいは不均
等に分布した一種類又はそれ以上のドーピングを行うこ
ともこの方法に含まれる。更に二つ又はそれ以上の層を
順次に析出させ、しかも特定の層側が周期的に繰り返さ
れる重層構造とすることもこの方法に含まれる。これに
よって半導体超構造又は半導体エネルギー帯モデルを簡
単に作成することができる。その際層析出中にそのドー
ピングを実施することも可能である。二種類又はそれ以
上の異った物質を横に並べて表面に析出させるか一つの
層区域内に異ったドープ区域を並べて作ることも合成析
出又は合成ドーピングと呼ばれる。
この発明の基本的な原理は、所定の析出物質又はドープ
物質を例えばガスの形で所定表面に接触させるだけでは
なく、少くとも二つの周波数を異にする放射線で照射す
ることをも含むものである。
その際第−の放射線の周波数は使用されている物質（析
出又はドーピング物質）の反応特性に対応して選ばれる
。第二放射線はその周波数が析出又はドーピング用とし
て表面に接触する別の物質に特性影響を及ぼすように選
ぶ。光分解に際して最適の反応作用は、照射放射線の周
波数がそれぞれの物質の該当するスペクトル感度に適合
して選ばれているときに起る。この種の関係は原理的に
はよく知られているものであるから、この発明の方法に
対して使用される材料の種類と放射線の周波数の組合せ
の選定はこの方面の専門家にとって可能である。
上記の説明で光励起又は光分解という語の光は可視光に
限定されるものではなく、赤外から紫外に亘って光化学
反応に関係する総ての周波数範囲を包含するものである
。
少くとも二つの周波数を異にする放射線の強度を析出物
質あるいはドープ物質の特性的な化学性質に適合して、
析出又はドーピングのためのプロセスプログラムにより
時間的に制御することにより垂直方向において析出又は
ドーピングが予定された経過をたどるように強制するこ
とができる。
例えば一つの放射線の周波数を急速に交代させるか周波
数を異にするニつの放射線の強度を交互に断続変化させ
ることにより、精確に規定された層側又はドーピング列
を例えば超構造に要求される薄い層厚をもって作ること
ができる。このような層側な分子ビーム・エピタキシィ
によって作ることは既に試みられているが、著しく困難
なものであった。長い間希望されていたこの種の超構造
がより簡単に作られるようになれば半導体技術の新しい
発展となるものである。
この発明の方法は物質成分の濃度比の表面に垂直な方向
とそれに平行な方向においての変化な精確に調整すると
いう問題を解決したものである。
これは例えば半導体構造にとって重要である。多成分系
の析出もこの発明の方法により可能となる。
多成分系はガス相から析出させるのが有利である。
横方向の構造化は光学投影マスクを使用して作られる。
対応成分な液相がら析出あるいはドープさせることも有
利であり、更に固相からの析出又はドーピングも可能で
ある。固相の場合ガス状の中間相を利用することが多い
。
析出物質又は成分はガス状の分子の構成成分として使用
されるが、これはエネルギー的に大きく異った光遷移を
示すものであることが必要である。
例えば二成分系を各成分の共鳴周波数の光で照射し、両
種の分子をそれぞれの光の強度に対応した速度で分解さ
せる。二つの互に無関係な単色光源例えばレーザーの光
で照射する場合には、実際上任意の物質成分比に調整す
ることができる。この場合光強度の時間変化により成分
比を精密に変化させることができる。
この発明の方法において光分解過程には触媒成分を加え
ることができる。この成分は周波数選択性の触媒過程で
あってもよい。
上記の説明により既にこの発明による方法のいくつかの
利点が明らかである。この発明の方法は一般に加熱を伴
うことなく低温で実施されるから、ガス室又はその内壁
に含まれる不純物による汚染が避けられる。この発明の
方法では光分解の対象となる出発分子として最適反応感
度を示す周波数範囲が互に遠く離れているものを選ぶと
特に有利である。
横方向に構造化された層の形成に関しては既に述べたが
、この発明によればこれが手のかかるフォトリソグラフ
ィ過程なしに可能である。使用に適した放射線の強度は
電気的又は電気光学的に高い時間分鮮度をもって制御さ
れるから、この発明の方法により近来の７オトリソグラ
フイよりも遥に高精度の結果が達成される。
この発明の方法は半導体技術の全分計において重要であ
るが、その他の総ての技術領域においても多成分金属層
の製作にこの発明の方法が利用される。
〔実施例〕
図面についてこの発明を更に詳細に説明する。
第１図にこの発明の方法を実施する装置の概要を示す。
２は例えば半導体の基板であり、反応容器３内に置かれ
る。反応容器内特に基板２の表面４の上方には析出又は
ドーピングのための種々の物質の分子が例えばガスの状
態で入れられる。×印５はこのガスを表わしている。６
と７は反応室のガス導入管と排出管である。基板２０表
面４に対向する反応室壁には窓８があり、この発明の方
法に必要な放射線はできるだけ低い吸収でこの窓を通過
する。１１と１２は周波数を異にする二つの放射線を放
出する放射源例えばレーザーである。
これらの放射源の放射線路１３．１４中にはそれぞれ放
射線の強度制御装置１５が置かれている。
それらは例えばポッケルス・セルである。
第１図の装置は一例として基板２０表面４に構造を作る
ものとする。この構造は表面４に垂直な方向の勾配を無
視すれば横方向に特定の形状を持つものである。この横
方向構造の実現のために放射線路１７に透過性面部分と
非透過性面部分を備えるマスク１６が置かれる。光強度
を更に変調するためこのマスクに部分透過性の区域を含
ませることができる。このマスク１６はフォトリソグラ
フィに使用されるマスクに対応するものである。
放射線１３と１４を一つに合わせる光学素子１８は反射
性部分と透過性部分を備え、ここで一つに合わされた放
射線１７がマスク１６に当る。
スライドの投射と同様にマスク１６が基板２０表面に対
物レンズ１９を通して投影される。この種の投影はよく
知られているものであるからこれ以上立入る必要はない
であろう。
マスク１６により横方向に拡がった投影像の形の横方向
構造が表面４上に実現する。この種々の強さをもって行
われる面４の一部の照射により反応容器３内の基板２０
表面４近くに存在する物質５がこの区域の放射線強度分
布に応じて光分解作用を受ける。表面４に層を析出させ
る場合には一方の線源例えば１１の放射線１３０周波数
を適当に選ぶことにより光分解反応が起り、表面に所定
物質が析出する。ただしこの析出はマスクの構成により
線源１１からの放射線が充分な強度を示す個所だけに起
る。表面４上に作られたマスク１６の像の暗所には光分
解過程が無く析出は起らない。
第二の成分に適合する周波数の放射線１４を放出する線
源１２は、この発明により別の層の析出又はドーピング
用として使用される。放射線１３による表面４上の層成
長と同時にこの層のドーピングを行う場合には放射線１
４の照射を放射線１３と同時に行う。その際ビーム路内
に置かれた制御要素１５１Ｃより放射線１４の強度を制
御して垂直方向に成長する層のドーピングに所定の勾配
を与えることができる。
第二放射線源１２の放射Ｍ１４を使用して別の層を析出
させることができる。この層は例えば放射線１３によっ
て析出した層の上に形成させる。
ビーム路１３と１４内の各素子１５はそれぞれ放射線１
３と１４の一方だけが表面４に達して光分解に基き表面
４上に析出させるように動作する。
放射線１３と１４の強度を交互に連続的に制御すること
により前に述べた周期構造を作ることができる。
マスクトロを除去すると放射線１３を使用して表面４に
均一層を作ることができる。続いてマスク１６を挿入し
て放射１１ｊ１４により上記の析出層に横方向に構造を
持つドーピングを行うことができる。
マスクを使用する場合表面４に当る総ての放射線一対し
て単一の共通ビーム路が存在するのが普通である。マス
クを使用することなく例えば横方向構造のない多重層構
造特に周期的の重層配列を作るためには二つの異る線源
の放射線を表面４に直接境を接する容器内空間に照射す
る。この場合にも放射線の適当な時間制御により種々の
層が順次に析出するようにする。
上記の説明により専門家にとってはこの発明の枠内にお
いて種々の変更を加え、例えばある時間を限ってマスク
を使用するがあるいはそれを使用せずに、更に等時間間
隔又は適当な時間間隔をもって周波数を異にする放射線
を制御する等の析出法又はドーピング法が可能である。
上記の操作方式と同様に二つ以上の放射線源からの放射
線を同時にあるいは時間的に順次に照射して析出過程あ
るいはドーピング過程を実施することができる。
この発明の方法によって作られる重層構造の一例を第２
図に示す。第２図ａ）は基板２上に作られた重層構造の
断面図であり、第２図ｂ）は各層のドーピング濃度分布
を示す。
基板２０表面４にこの発明の方法により二つの層３１と
３２が横に並べて析出形成される。この場合光分解を誘
起する放射線は基板表面の所定区域だけに当てられ、こ
の区域が層３１と３２によって覆われる。層３１と３２
はこの発明により同時に成長する。
３３と３４は層３１，３２に続いて横に並べて設けられ
る層であり、３３の方が３４よりも薄く作られる。これ
らの層は同じ時間だけ成長したものであるが、層３３の
区域には光分解過程に供給される光エネルギーが層３４
の区域よりも少ないので層３３は層３４よりも薄くなる
。３５と３６は更に続けて析出させた層であるが、層３
５はその横方向の拡がりが層３１および３３より小さく
なっている。これは第１図に示されているマスク１６を
適当に変更することによって実現したものである。
層３２．３４および３６には第２図ｂ）のダイヤグラム
に示したドーピング分布が作られているが、これはこの
発明の方法によって容易に実現されるものである。層３
２の成長中ドーピングの光分解過程を決定する放射線部
分を時間と共に低減させると、層３２の厚さが増大する
につれてドーピング濃度が連続的に低下し曲ｌＩｇ！１
３２で示す分布となる。層３４の成長中には曲線１３４
で示すドーピング分布となるように強度を制御された放
射線を使用する。曲線１３６は層３６に対する自由選択
可能のドーピング分布を示す。曲線１３４と１３６で示
されたドーピングは互に反対型のものとすることができ
る。曲！ｉ１！１３２によるドーピングの型についても
同様である。上記の説明から分るようにこの発明の方法
により極めて急激なドーピング変化が光分解を制御する
放射線の周波数を切り換えるという簡単な方法で可能と
なる。第２図ａＦｃおいて層３４と３６の間の境界面に
示されているドーピングの変更は層３４又は層３６の内
部に移すことも可能である。即ち同一層の成長中照射放
射線を適当に交換することにより一つのドーピング様式
から別のドーピング様式に移ることができる。それぞれ
の析出あるいはドーピングに必要な物質や材料は始めか
ら反応容器３の内室に置くことも可能である。これは外
部から行われる放射線の選択により内部で行われる光分
解析出又はドーピングを任意に選定し制御できることに
よるものである。
この発明の応用例としてはＣＭＯ８半導体デバイスの製
造、電力用半導体デバイスの製造、ＳＯ８系の半導体デ
バイスの製造等を挙げることができる。ＣＭＯＳデバイ
スの場合特に高濃度にドーグされた底部を持つ皿形領域
をこの発明の方法によって簡単に作ることができる。従
来の方法ではイオン注入ドーピングによってこの目的を
達成しようとしたが、半値幅が大きくなることが避けら
れず又皿形領域の上にある半導体材料の放射線損傷を覚
悟しておかなければならない。多層サイリスタのような
電力用半導体デバイスに対しては深部層の高濃度ドーピ
ングがこの発明の方法により簡単に実施される。ＳＯ８
技術の場合は絶縁基板例えば溶融水晶とその上の半導体
層の間の境界面の高濃度ドーピングがこの発明の方法に
より可能である。この種の高濃度ドーピングは絶縁体と
その上に成長した半導体層の境界面の充電の阻止に役立
つものである。この技術によって有利に製作される装置
の一つは平板形半導体画像スクリーンである。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の方法を実施する装置の構成の概略を
示し、第２図ａ）、ｂ）はこの発明の方法によって作ら
れる重層構造とその各層のドーピング分布を示す。第１
図において２：基板、３：反応容器、１１と１２：放射
線源、１８：ビーム合成光学素子、１６：マスク。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）析出物質又はドーピング物質が液体又は気体の形で
    基板又は既に析出した層の表面に接触し、光分解用の放
    射線がこの表面に向けられ、必要に応じて触媒作用を併
    用する光分解析出により基体表面に層を形成させるか基
    板のドーピングを行う方法において、少くとも２種類の
    異る物質を選択的に組合せて析出させ又はドープするた
    め少くとも二つの周波数を異にする放射線を使用するこ
    と、それぞれの放射線の強さが予め定められた組合せ析
    出又はドーピングのプロセス・プログラムに対応して別
    々に制御可能であること、使用される各物質がプロセス
    ・プログラムの進行中に互に混合されて存在し、それぞ
    れの放射線によって少くとも一時的に照射されることを
    特徴とする光分解析出による層形成方法。 ２）光分解析出と同時に半導体層が作られ、少くとも一
    つのドーピング物質を自由選択的濃度をもってドープさ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法
    。 ３）二つ又はそれ以上の層が時間間隔を置かずに順次に
    実施される別々の析出過程において析出することを特徴
    とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４）周期的に交代して層析出が行われることを特徴とす
    る特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５）析出層がその析出と同時にドープ物質を追加ドープ
    されることを特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４
    項記載の方法。 ６）異る物質の析出又はドーピングが基板又は既析出層
    の表面上に横に並べて同時に実施され、その際横に並び
    合っている析出又はドーピングの区域がマスクを通して
    それぞれの放射線で照射されることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項乃至第５項の一つに記載の方法。 ７）少くとも二つの放射線が一つの光学要素で併合され
    、光分解析出が行われる区域に軸を等しくして当たるよ
    うに構成された光学系が設けられていることを特徴とす
    る析出物質又はドーピング物質が液体又は気体の形で基
    板又は既に析出した層の表面に接触し、光分解用の放射
    線がこの表面に向けられ、必要に応じて触媒作用を併用
    する光分解析出により基体表面に層を形成させるか基板
    のドーピングを行う方法を実施する装置。 ８）少くとも二つの互に異る放射線に対する線源が前後
    に並べて設けられ、それらの放射線が光分解析出が行わ
    れる区域に軸を等しくして当ることを特徴とする析出物
    質又はドーピング物質が液体又は気体の形で基板又は既
    に析出した層の表面に接触し、光分解用の放射線がこの
    表面に向けられ、必要に応じて触媒作用を併用する光分
    解析出により基体表面に層を形成させるか基板のドーピ
    ングを行う方法を実施する装置。
JP60036249A 1984-02-27 1985-02-25 光分解析出による層形成方法および装置 Pending JPS60206019A (ja)

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DE3407089A DE3407089A1 (de) 1984-02-27 1984-02-27 Verfahren und vorrichtung zur lichtinduzierten, fotolytischen abscheidung
DE3407089.3 1984-02-27

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EP (1) EP0153468A3 (ja)
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