JPS61240628A - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPS61240628A JPS61240628A JP60082779A JP8277985A JPS61240628A JP S61240628 A JPS61240628 A JP S61240628A JP 60082779 A JP60082779 A JP 60082779A JP 8277985 A JP8277985 A JP 8277985A JP S61240628 A JPS61240628 A JP S61240628A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- doping
- boron
- substrate
- cell
- thin film
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
- H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/22—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using physical deposition, e.g. vacuum deposition or sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3438—Doping during depositing
- H10P14/3441—Conductivity type
- H10P14/3444—P-type
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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。
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）
本発明は単結晶上の半導体薄膜の成長方法に関する。
（従来技術とその問題点）
近年高速バイポーラ素子、マイクロ波用素子あるいは超
格子構造素子などへの応用を目的としてこれまでのシリ
コン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行なわれ、
従って不純物分布を乱すことがほとんどないという特長
を有する高真空内でのシリコン分子線成長技術が盛んに
研究開発されている。
格子構造素子などへの応用を目的としてこれまでのシリ
コン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行なわれ、
従って不純物分布を乱すことがほとんどないという特長
を有する高真空内でのシリコン分子線成長技術が盛んに
研究開発されている。
この様なシリコン分子線成長技術においては、ドーピン
グ方法としてシリコンと同時ｌこ分子線セービングのた
めの不純物としては、分子線セルから容易に飛はすこと
ができるアンチモン（ｎ型）。
グ方法としてシリコンと同時ｌこ分子線セービングのた
めの不純物としては、分子線セルから容易に飛はすこと
ができるアンチモン（ｎ型）。
ガリウム（Ｐ型）に限られてきた。しかし、現任の半導
体素子製造プロセスにおいては、ｎ型不純物としてヒ素
、リン、Ｐ型不純物としてホウ素が良くつかわれており
、これらの不純物に対する技術の蓄積も多い。また、ア
ンチモンでは、固溶限は４ Ｘ １０”ＣＭ−”であり
、現在半導体プロセスにおいてヒ素及びホウ素によって
つくられている１０２！ｃＩＩＬ−”のオーミック接触
用高濃度不純物領域を形成することができない。また、
ガリウムは、シリコン酸化膜中での拡散係数が非常に大
きく、シリコン喰化膜に接したガリウムドープ層中から
酸化膜内へ拡散してしすうので、通常のシリコン半導体
製造プロセスでは、才ったく使われていない。また、素
子構造をガリウムドープ層が酸化膜と接しないような構
造Ｊこしたとしても、ガリウムの固溶限はｌ Ｑ Ｉ
＆ ｃｚ−３台なので、ホウ素の欅な］ （１” ＣＭ
Ｌ−”のＰ型高饋頴領域をつくることができない。
体素子製造プロセスにおいては、ｎ型不純物としてヒ素
、リン、Ｐ型不純物としてホウ素が良くつかわれており
、これらの不純物に対する技術の蓄積も多い。また、ア
ンチモンでは、固溶限は４ Ｘ １０”ＣＭ−”であり
、現在半導体プロセスにおいてヒ素及びホウ素によって
つくられている１０２！ｃＩＩＬ−”のオーミック接触
用高濃度不純物領域を形成することができない。また、
ガリウムは、シリコン酸化膜中での拡散係数が非常に大
きく、シリコン喰化膜に接したガリウムドープ層中から
酸化膜内へ拡散してしすうので、通常のシリコン半導体
製造プロセスでは、才ったく使われていない。また、素
子構造をガリウムドープ層が酸化膜と接しないような構
造Ｊこしたとしても、ガリウムの固溶限はｌ Ｑ Ｉ
＆ ｃｚ−３台なので、ホウ素の欅な］ （１” ＣＭ
Ｌ−”のＰ型高饋頴領域をつくることができない。
そこで、アール・ニー・ニー・クビアク（Ｔｔ。
Ａ、入、 ｋｕｂｉａｋ ）等は、アプライド・フィツ
クス・レターズ（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ ）
４４（９）（１９８４）８７８に述べられている様に特
殊なドーピング用セル内で単体のホウ素を 〜２０
００°り断熱することによって、ホウ素によるドーピン
グを行ない、ホウ素のドーピング量が７００℃から９０
０℃の間でシリコン基板温度に依存しないことを見い出
した。
クス・レターズ（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ ）
４４（９）（１９８４）８７８に述べられている様に特
殊なドーピング用セル内で単体のホウ素を 〜２０
００°り断熱することによって、ホウ素によるドーピン
グを行ない、ホウ素のドーピング量が７００℃から９０
０℃の間でシリコン基板温度に依存しないことを見い出
した。
しかし、セル温度がまた低いために、最高濃度は４ Ｘ
１０”ＣｎＬ−”４ことどまっている。るつぼ材の１
：σ・１熱性に圃度があるためにセル温度をこれ以上、
上げることはむつかしい。さらに、この方法ではセル温
度が非常に爾いためにホウ素以外の物質が浪人する危険
が制く、また近接するセルきの熱絶縁をとるのもむづか
しい。
１０”ＣｎＬ−”４ことどまっている。るつぼ材の１
：σ・１熱性に圃度があるためにセル温度をこれ以上、
上げることはむつかしい。さらに、この方法ではセル温
度が非常に爾いためにホウ素以外の物質が浪人する危険
が制く、また近接するセルきの熱絶縁をとるのもむづか
しい。
（発明の目的）
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去して、シ
リコン分子線成長法において、特殊なセルでなく通常使
われているセルを用いてホウ素を制御性良くしかも高濃
度にドーピングできる半導体薄膜の製造方法を提供する
ことにある。
リコン分子線成長法において、特殊なセルでなく通常使
われているセルを用いてホウ素を制御性良くしかも高濃
度にドーピングできる半導体薄膜の製造方法を提供する
ことにある。
（発明の構成）
本発明によれば、分子線エピタキシャル法ｔこよって半
導体薄膜を基板上に形成する場合に、１〜０゜もしくは
、Ｂ２０．を含む混合物を加熱することによって得た分
子線をも基板に照射することを特徴とする半導体薄膜の
製造方法が得られる。
導体薄膜を基板上に形成する場合に、１〜０゜もしくは
、Ｂ２０．を含む混合物を加熱することによって得た分
子線をも基板に照射することを特徴とする半導体薄膜の
製造方法が得られる。
（実施例）
以下図面を用いて詳細に説明する。本発明の一実施例と
して、ホウ素を拡散原料であるＢ、０．及びＢＮの混合
物を分子線セル（通常のに一セル）内で加熱することに
よってドーピングする場合について説明する。Ｂ２Ｏ３
及びＢＮの混合物は、ホウ素の拡散源としてきわめて高
純度のものが得られる。市販のものは、ウェハー状をな
しているため原料には、これを砕いた細片を用いた。セ
ルは通常のＰＢＮ製水冷セルを用いた。Ｂ２Ｏ５は、吸
湿性があるためセル装着後、５００℃で１０時間、 １
０００℃で４時間のガス出しを行ない、質量分析器によ
って、１（、Ｏピークが完全に消えることを確認した。
して、ホウ素を拡散原料であるＢ、０．及びＢＮの混合
物を分子線セル（通常のに一セル）内で加熱することに
よってドーピングする場合について説明する。Ｂ２Ｏ３
及びＢＮの混合物は、ホウ素の拡散源としてきわめて高
純度のものが得られる。市販のものは、ウェハー状をな
しているため原料には、これを砕いた細片を用いた。セ
ルは通常のＰＢＮ製水冷セルを用いた。Ｂ２Ｏ５は、吸
湿性があるためセル装着後、５００℃で１０時間、 １
０００℃で４時間のガス出しを行ない、質量分析器によ
って、１（、Ｏピークが完全に消えることを確認した。
第１図は、基板温度を７００℃、成長速度を１０ＶＳで
一定とし、セル温度を変化させて、シリコンのＭＢＥ成
長を行なったときのセル温度とドーピング量の関係をア
レニウスプロットしたものである。
一定とし、セル温度を変化させて、シリコンのＭＢＥ成
長を行なったときのセル温度とドーピング量の関係をア
レニウスプロットしたものである。
基板には４インチ（１００）面方位、Ｎ型３〜５Ω・園
シリコンウェハを用い、ドーピング濃度は四探針による
抵抗値測定によりアービン（Ｉｒｖｉｎ）カーブより求
めた。第１図かられかる様に、セル温度を９００℃から
１３５０°ＣＪこ変化させることによってホウ素のドー
ピング量を１０１５〜８Ｘ１０”儂−３の間で制御する
ことができた、この様な高濃度ドーピングは、固溶限が
低いためガリウムでは、実現できない。また、セル温］
［５ｏ℃、８Ｘ１０”♂ｃｒＩＬ−ｓの高濃度ドーピン
グ時においても、結晶性はきわめて良く、ノンドープ時
と比較して、結晶欠陥の増加は見られなかった。これは
ＭＢＢ成長後の基板にライトエツチングして確認した。
シリコンウェハを用い、ドーピング濃度は四探針による
抵抗値測定によりアービン（Ｉｒｖｉｎ）カーブより求
めた。第１図かられかる様に、セル温度を９００℃から
１３５０°ＣＪこ変化させることによってホウ素のドー
ピング量を１０１５〜８Ｘ１０”儂−３の間で制御する
ことができた、この様な高濃度ドーピングは、固溶限が
低いためガリウムでは、実現できない。また、セル温］
［５ｏ℃、８Ｘ１０”♂ｃｒＩＬ−ｓの高濃度ドーピン
グ時においても、結晶性はきわめて良く、ノンドープ時
と比較して、結晶欠陥の増加は見られなかった。これは
ＭＢＢ成長後の基板にライトエツチングして確認した。
第２図は、セル温度を１１７５℃、及び１３００℃成長
温度を１０Ｘ／ｓに固定したときの基板温度とドーピン
グ量の関係を示したもめである。第２図かられかる様に
基板温度を６５０℃から８００℃に変化させてもドーピ
ング量は変らなかった。これは、ホウ素のシＩＪ ’３
ンに対する付着定数がこの温度範囲ではほぼ１であり、
基板温度によらないためである。第３図は、同型の分子
線セルでガリウム単体からガリウムをＢ２Ｏ５からホウ
素をドーピングし、°それぞれシリコンの成長速度をか
えたときのドーピング量の変化を示したものである。カ
リウムの場合は、ドーピング量゛は、シリコンの成長速
度によらなかったがホウ素の場合には、ドーピング量は
シリコンの成長速度とリニアな関係で変化した。この理
由は、次の様に考えられる。すなわちガリウムの場合は
付着係数がきわめて小さいため飛来したガリウム分子と
再蒸発するカリウム分子が表面で平面状態となり、基板
温度、セル温度が一定ならば表面上のガリウム分子数が
一定吉なるのに対し、ホウ素の場合には、付着係数が１
のために、このような平衡状態とはならないためである
。
温度を１０Ｘ／ｓに固定したときの基板温度とドーピン
グ量の関係を示したもめである。第２図かられかる様に
基板温度を６５０℃から８００℃に変化させてもドーピ
ング量は変らなかった。これは、ホウ素のシＩＪ ’３
ンに対する付着定数がこの温度範囲ではほぼ１であり、
基板温度によらないためである。第３図は、同型の分子
線セルでガリウム単体からガリウムをＢ２Ｏ５からホウ
素をドーピングし、°それぞれシリコンの成長速度をか
えたときのドーピング量の変化を示したものである。カ
リウムの場合は、ドーピング量゛は、シリコンの成長速
度によらなかったがホウ素の場合には、ドーピング量は
シリコンの成長速度とリニアな関係で変化した。この理
由は、次の様に考えられる。すなわちガリウムの場合は
付着係数がきわめて小さいため飛来したガリウム分子と
再蒸発するカリウム分子が表面で平面状態となり、基板
温度、セル温度が一定ならば表面上のガリウム分子数が
一定吉なるのに対し、ホウ素の場合には、付着係数が１
のために、このような平衡状態とはならないためである
。
第４図は、８ｉ成長時分子紳セルでホウ素のドーピング
を行ないセルのシャッターを開閉することによってホウ
素が高濃度にドープされたシリコン基板上ｔこ厚さ０７
μｍのノンドープエピ膜、厚さ０．７μｍのｌ Ｑ”Ｃ
ｍ−”ホウ素ドープエピ膜、厚さ０．７μｍのノンドー
プエピ膜をつけたもののホウ素の深さ方向プロファイル
を５ｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ８ｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＴＭ８）で測定したものである。
を行ないセルのシャッターを開閉することによってホウ
素が高濃度にドープされたシリコン基板上ｔこ厚さ０７
μｍのノンドープエピ膜、厚さ０．７μｍのｌ Ｑ”Ｃ
ｍ−”ホウ素ドープエピ膜、厚さ０．７μｍのノンドー
プエピ膜をつけたもののホウ素の深さ方向プロファイル
を５ｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ８ｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＴＭ８）で測定したものである。
第４図かられかる様にホウ素のプロファイルは、シャッ
ターの開閉に対応してきわめて急峻に変化しており、ド
ーピング膜内でのホウ素の安定性も非常ｌこ良好である
。８ＩＭＳより求めた遷移領域の幅は約３ｏｏｉであっ
た。
ターの開閉に対応してきわめて急峻に変化しており、ド
ーピング膜内でのホウ素の安定性も非常ｌこ良好である
。８ＩＭＳより求めた遷移領域の幅は約３ｏｏｉであっ
た。
なお、実施例では、Ｂ２０．とＢＮの混合物を原料とし
てもちいたが、原料にはＢ、０．が含まれておれは良（
、ＢｔＯ３さらには、Ｂ２Ｏ３とＢ単体の混合物を（７
）、 もちいてもよい。
てもちいたが、原料にはＢ、０．が含まれておれは良（
、ＢｔＯ３さらには、Ｂ２Ｏ３とＢ単体の混合物を（７
）、 もちいてもよい。
（発明の効果）
以上詳しく冑、明した様にＢｔＯ，をドーピング原料と
することによって通常のＰＢＮるつぼ耐熱温度範囲（〜
１４００°Ｃ）でホウ素のドーピングが可能となった。
することによって通常のＰＢＮるつぼ耐熱温度範囲（〜
１４００°Ｃ）でホウ素のドーピングが可能となった。
ホウ素ドーピングを行なうと、今までシリコン分子線エ
ピタキシャル成長でＰ型ドーピングとして行なわれてき
たガリウムドーピングに比較して次の様な利点がある。
ピタキシャル成長でＰ型ドーピングとして行なわれてき
たガリウムドーピングに比較して次の様な利点がある。
■ ８×１０１１ｃｒｆＬ′−３の高濃度ドーピングが
行なえ、しかも格子欠陥のきわめて少ない良質のエピタ
キシャル膜が得られる。
行なえ、しかも格子欠陥のきわめて少ない良質のエピタ
キシャル膜が得られる。
■ ドーピング量が基板温度によって変化しない。
■ ８００℃以下の低温成長においてもセルシャッター
の開閉だけできわめてシャープな不純物プロファイルが
得られる。
の開閉だけできわめてシャープな不純物プロファイルが
得られる。
第１図は、 Ｂ、Ｏ，のセル温度とホウ素のキャリア度
１１７５°Ｃ及び１３００℃のとき基板温度とキャリア
濃度の関係を示した図である。第３図は、シリコンの成
長速度とキャリア濃度の関係を示した図である。第４図
は、ホウ素をステップ的にドーピングを行なった試料を
ＳＩＭ８で測定したときのホウ素のプロファイルを示し
た図である。 第３図 成長速度 （Ａ／Ｓ） 第４図 深さくμｍ）
１１７５°Ｃ及び１３００℃のとき基板温度とキャリア
濃度の関係を示した図である。第３図は、シリコンの成
長速度とキャリア濃度の関係を示した図である。第４図
は、ホウ素をステップ的にドーピングを行なった試料を
ＳＩＭ８で測定したときのホウ素のプロファイルを示し
た図である。 第３図 成長速度 （Ａ／Ｓ） 第４図 深さくμｍ）
Claims (1)
- １、分子線エピタキシャル法によって半導体薄膜を基板
上に形成する場合に、Ｂ＿２Ｏ＿３もしくはＢ＿２Ｏ＿
３を含む混合物を加熱することによって得た分子線をも
基板に照射することを特徴とする半導体薄膜の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60082779A JPS61240628A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60082779A JPS61240628A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61240628A true JPS61240628A (ja) | 1986-10-25 |
Family
ID=13783902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60082779A Pending JPS61240628A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61240628A (ja) |
-
1985
- 1985-04-18 JP JP60082779A patent/JPS61240628A/ja active Pending
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