JPS625632A - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の製造方法Info
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- JPS625632A JPS625632A JP14620385A JP14620385A JPS625632A JP S625632 A JPS625632 A JP S625632A JP 14620385 A JP14620385 A JP 14620385A JP 14620385 A JP14620385 A JP 14620385A JP S625632 A JPS625632 A JP S625632A
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Landscapes
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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。
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）
本発明は半導体薄膜の製造方法に関する。
（従来の技術）
近年高速バイポーラ素子、マイクロ波用素子あるいけ超
格子構造素子などへの応用を目的とじてこれまでのシリ
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徴
を有する高真空内でのシリコン分子線成長（８ｉＭＥＢ
）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じてこれまでのシリ
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徴
を有する高真空内でのシリコン分子線成長（８ｉＭＥＢ
）技術が盛んに研究開発されている。
（発明が解決しようとする問題点）
この様なシリコン分子線成長技術において、ドーピング
方法としてシリコンと同時に分子線セルから分子状もし
くは原子状の不純物を飛ばす方法が一般的に行なわれて
いる。そこで、ドーピングのためのＮ型不純物としては
分子線セルから容易に飛ばすことができるアンチモンに
限られてきた。
方法としてシリコンと同時に分子線セルから分子状もし
くは原子状の不純物を飛ばす方法が一般的に行なわれて
いる。そこで、ドーピングのためのＮ型不純物としては
分子線セルから容易に飛ばすことができるアンチモンに
限られてきた。
しかし、現在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、リンが主として使われており、こ
れらの不純物に対する技術の蓄積も多い。ところが、Ｋ
−セル内で単体のヒ素を加熱してドーピングする場合に
１ま、ヒ素の昇化温度が低いために一七ルの温度を１０
０℃前後で微小に制御しなければならず非常にむつかし
い。また、２００℃で装置本体のベーキングを行なうだ
けでもヒ素は蒸気圧が高く回り込みが激しいため装置内
に充満し汚染する。また、ドーピング時においても中性
ヒ素分子のシリコンへの付着係数は非常に小さいために
、高濃度ドーピングを行なうためには多量のヒ素を飛ば
さねばならずやはり装置内が汚染される。さらに、中性
のヒ素をつかってドーピングを行なうと、シャッターの
開閉によって不純物プロファイルを変化させても基板表
面に不純物のパイルアップ（表面高濃度層）ができるた
めに実際の不純物プロファイルはシャッターの開閉に追
従せずキャリア濃度はゆるやかに変化し、その結果急峻
な不純物プロファイルが得られない。
型不純物としてヒ素、リンが主として使われており、こ
れらの不純物に対する技術の蓄積も多い。ところが、Ｋ
−セル内で単体のヒ素を加熱してドーピングする場合に
１ま、ヒ素の昇化温度が低いために一七ルの温度を１０
０℃前後で微小に制御しなければならず非常にむつかし
い。また、２００℃で装置本体のベーキングを行なうだ
けでもヒ素は蒸気圧が高く回り込みが激しいため装置内
に充満し汚染する。また、ドーピング時においても中性
ヒ素分子のシリコンへの付着係数は非常に小さいために
、高濃度ドーピングを行なうためには多量のヒ素を飛ば
さねばならずやはり装置内が汚染される。さらに、中性
のヒ素をつかってドーピングを行なうと、シャッターの
開閉によって不純物プロファイルを変化させても基板表
面に不純物のパイルアップ（表面高濃度層）ができるた
めに実際の不純物プロファイルはシャッターの開閉に追
従せずキャリア濃度はゆるやかに変化し、その結果急峻
な不純物プロファイルが得られない。
そこで、アイヤー（８，Ｓ、 Ｉｙｅｒ ）等はジャー
ナル・オプ・アプライド・フィツクス（Ｊ、 Ａｐｐｌ
−Ｐｈｙｓ、）５２（１９８１）５６０８に述べられ
ているように、新しい層を成長する場合最初にシリコン
は蒸発堆積させずに不純物のみ蒸発堆積して基板表面に
不純物のパイルアップをつくる方法１プレビルドアツプ
（ｐｒｅｂｕｉ ｌｄ ｕｐ ）“、また、一つの層の
成長が終わった時、短時間９５０℃ないし１０００℃の
高温処理を行ない表面に残った不純物を除去してしまう
方法ゝフラッシュオフ（ｆｌａｓｈｏｆｆ ）“を提案
しているが、これによると高温熱処理が必要となり、低
温成長という本来のシリコン分子線成長法の利点がそこ
なわれ今度は高温熱処理による不純物分布の変化が起こ
って来ると思われる。
ナル・オプ・アプライド・フィツクス（Ｊ、 Ａｐｐｌ
−Ｐｈｙｓ、）５２（１９８１）５６０８に述べられ
ているように、新しい層を成長する場合最初にシリコン
は蒸発堆積させずに不純物のみ蒸発堆積して基板表面に
不純物のパイルアップをつくる方法１プレビルドアツプ
（ｐｒｅｂｕｉ ｌｄ ｕｐ ）“、また、一つの層の
成長が終わった時、短時間９５０℃ないし１０００℃の
高温処理を行ない表面に残った不純物を除去してしまう
方法ゝフラッシュオフ（ｆｌａｓｈｏｆｆ ）“を提案
しているが、これによると高温熱処理が必要となり、低
温成長という本来のシリコン分子線成長法の利点がそこ
なわれ今度は高温熱処理による不純物分布の変化が起こ
って来ると思われる。
以上の様な欠点を克服するため、Ｂｅ１ｌ研のジェー・
シー・ビーン（Ｊ、 Ｃ−Ｂｅａｎ ）等はジャーナル
・オプ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジ
（Ｊ−Ｖａｃ−８ｃ ｉ、 Ｔｅｃｈｎｏｌ−） ２０
（２）（１９８２）１３７、に述べられている↓うに
、成長中ホウ素及びヒ素の低速イオン打ち込みを行なう
方法を提案している。しかし、この方法ではイオン打ち
込み装置をＭＢＥ装置と結合させねばならず、装置が巨
大化する上にλＩＢｋ装置側の真空度の悪化が問題とな
る。
シー・ビーン（Ｊ、 Ｃ−Ｂｅａｎ ）等はジャーナル
・オプ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジ
（Ｊ−Ｖａｃ−８ｃ ｉ、 Ｔｅｃｈｎｏｌ−） ２０
（２）（１９８２）１３７、に述べられている↓うに
、成長中ホウ素及びヒ素の低速イオン打ち込みを行なう
方法を提案している。しかし、この方法ではイオン打ち
込み装置をＭＢＥ装置と結合させねばならず、装置が巨
大化する上にλＩＢｋ装置側の真空度の悪化が問題とな
る。
本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去せしめて、
高濃度のヒ素ドーピングを行ない、しかもエピタキシャ
ル膜の欠陥密度を減少し、しかも不純物のプロファイル
乞急峻にし、しかも装置内をヒ素によって汚染すること
がな一牛導体薄膜の製造方法を提供することにある。
高濃度のヒ素ドーピングを行ない、しかもエピタキシャ
ル膜の欠陥密度を減少し、しかも不純物のプロファイル
乞急峻にし、しかも装置内をヒ素によって汚染すること
がな一牛導体薄膜の製造方法を提供することにある。
（問題前を解決するための手段）
本発明によれば、シリコン分子線成長における不純物ド
ーピングにおいて、インジウムヒ素もしくはガリウムヒ
素あるいけインジウムガリウムヒ素力）ら蒸発するヒ素
の一部をイオン化し基板上にシリコン分子線と共に照射
することによってドーピングを行なうことを特徴とする
半導体薄膜の製造方法が得られる。
ーピングにおいて、インジウムヒ素もしくはガリウムヒ
素あるいけインジウムガリウムヒ素力）ら蒸発するヒ素
の一部をイオン化し基板上にシリコン分子線と共に照射
することによってドーピングを行なうことを特徴とする
半導体薄膜の製造方法が得られる。
（作用）
この方法によれば、ヒ素ドーピングの際、ヒ素単体を使
わずにヒ素の化合物を使うことにより通常の温度範囲で
必要とする蒸気圧が得られるので装置内の汚染が防止芒
れる。かつ、イオン化セルを用いることによりドーピン
グきれるヒ素分子の付着係数が実効的に大幅に増加して
、ドーピングｍ度を変化きせた時の遷移領域幅が極めて
小さくなり急峻な不純物分布が得られる。また中性分子
のみを用いる場合にくらべ大幅にドーピング濃度を増加
させることができる。さらに又、同時にイオン化により
格子欠陥の発生要因が減少し、欠陥密度も減少できる。
わずにヒ素の化合物を使うことにより通常の温度範囲で
必要とする蒸気圧が得られるので装置内の汚染が防止芒
れる。かつ、イオン化セルを用いることによりドーピン
グきれるヒ素分子の付着係数が実効的に大幅に増加して
、ドーピングｍ度を変化きせた時の遷移領域幅が極めて
小さくなり急峻な不純物分布が得られる。また中性分子
のみを用いる場合にくらべ大幅にドーピング濃度を増加
させることができる。さらに又、同時にイオン化により
格子欠陥の発生要因が減少し、欠陥密度も減少できる。
（実施例）
次に本発明の一実施例について図面を参照して説明する
。第１図（ａ）は、フィラメント近傍のＩ ｎＡａを熱
放射により加熱し、ＩｎＡｓのインジウムとヒ素の昇華
温度の差を利用してヒ素分子線のみを発生しかつ生じた
ヒ素分子線に電子線を放射することによって、ヒ素分子
線の一部をイオン化させるセルをもちいてドーピングを
行なったときのヒ素のドーピング量とイオン加速電圧の
関係を示したものである。
。第１図（ａ）は、フィラメント近傍のＩ ｎＡａを熱
放射により加熱し、ＩｎＡｓのインジウムとヒ素の昇華
温度の差を利用してヒ素分子線のみを発生しかつ生じた
ヒ素分子線に電子線を放射することによって、ヒ素分子
線の一部をイオン化させるセルをもちいてドーピングを
行なったときのヒ素のドーピング量とイオン加速電圧の
関係を示したものである。
ここで用いたイオン化セルは第４図に示すような構造で
あり、フィラメント４０により加熱されたヒ素蒸発源４
１から蒸発したヒ素分子はグリッド４２付近でフィラメ
ントからの熱電子により部分的にイオン化される。これ
らのイオンは引き出し電極４３により引き出された後、
さらに基板電位（アース電位）との間に加速電圧４４（
０〜２ＫＶ）が印加されているため、基板に向って加速
されろ。引き出し電極と基板との間には、必要に応じ７
アラデーカ、プ４５を位置させることができ、イオン電
流を測定可能となっている。
あり、フィラメント４０により加熱されたヒ素蒸発源４
１から蒸発したヒ素分子はグリッド４２付近でフィラメ
ントからの熱電子により部分的にイオン化される。これ
らのイオンは引き出し電極４３により引き出された後、
さらに基板電位（アース電位）との間に加速電圧４４（
０〜２ＫＶ）が印加されているため、基板に向って加速
されろ。引き出し電極と基板との間には、必要に応じ７
アラデーカ、プ４５を位置させることができ、イオン電
流を測定可能となっている。
また第１図（ｂ）は、エピタキシャル膜中にあられれる
転位密度と加速電圧の関係を示したものである。基板は
、Ｐ型で（１００）面方位の単結晶シリコンウェハー、
成長温度は７５０℃、シリコンの成長速度け１０Ｘ／８
である。第１図（ａ）に示した結果かられかるように、
ヒ素のドーピング量は、加速電圧依存性をもち、加速が
Ｏのときけ、４ Ｘ １０”ｃｍ−”であるが加速電圧
の増加とともに増加し、加速が１．５ ＫＶのとき８Ｘ
１０”ａｍ ”と最大となり、２．ＯＫＶ以上では急激
に減少する。また、第１図（ｂ）に示した結果かられホ
る様に、このときの転位密度にも加速電圧依存性があり
、加速がＩＫＶのとき最小値２０００ｃｍ”となり、２
．ＯＫＶ以上では転位密度は急激に増加する。従って、
加速電圧０．５〜１．５ＫＶの間でイオン化ドーピング
を行なえば高濃度ドーピングが実現でき、しかも転位密
度も減少できることがわかる。さらに、ＩｎＡｓからの
ヒ素の昇華温度は約４００’Ｃ７５：ので１５０℃の装
置本体のベーキングによってヒ素が飛び装置内を汚染す
ることはなく、またイオン化の効果により付着係数が増
大するため余分なヒ素を飛ばし装置内を汚染することな
くヒ素の高濃度ドーピングを行なうことができる。また
、ヒ素単体からヒ素を飛ばす場合には１００℃前後でセ
ル温度を微妙に制復しなければならずたいへんむつかし
いがＩｎＡｓＴから飛ばすことによってセル温度を４０
０℃前後に上げることができ温度の制御も容易になる。
転位密度と加速電圧の関係を示したものである。基板は
、Ｐ型で（１００）面方位の単結晶シリコンウェハー、
成長温度は７５０℃、シリコンの成長速度け１０Ｘ／８
である。第１図（ａ）に示した結果かられかるように、
ヒ素のドーピング量は、加速電圧依存性をもち、加速が
Ｏのときけ、４ Ｘ １０”ｃｍ−”であるが加速電圧
の増加とともに増加し、加速が１．５ ＫＶのとき８Ｘ
１０”ａｍ ”と最大となり、２．ＯＫＶ以上では急激
に減少する。また、第１図（ｂ）に示した結果かられホ
る様に、このときの転位密度にも加速電圧依存性があり
、加速がＩＫＶのとき最小値２０００ｃｍ”となり、２
．ＯＫＶ以上では転位密度は急激に増加する。従って、
加速電圧０．５〜１．５ＫＶの間でイオン化ドーピング
を行なえば高濃度ドーピングが実現でき、しかも転位密
度も減少できることがわかる。さらに、ＩｎＡｓからの
ヒ素の昇華温度は約４００’Ｃ７５：ので１５０℃の装
置本体のベーキングによってヒ素が飛び装置内を汚染す
ることはなく、またイオン化の効果により付着係数が増
大するため余分なヒ素を飛ばし装置内を汚染することな
くヒ素の高濃度ドーピングを行なうことができる。また
、ヒ素単体からヒ素を飛ばす場合には１００℃前後でセ
ル温度を微妙に制復しなければならずたいへんむつかし
いがＩｎＡｓＴから飛ばすことによってセル温度を４０
０℃前後に上げることができ温度の制御も容易になる。
加速電圧が０．５〜１５ＫＶの間が良い理由は、次の様
に考えられる。加速電圧がこの範囲より低いときには、
各ヒ素イオンがドーピングに必要なエネルギーを持って
いないからで、加速電圧が高いときにはエネルギーが多
すぎて再蒸発か起こっているか、もしくは基板内に打ち
込まれて不活性な状態で止まっているからであると考え
られる。また、このヒ素イオン化セルの前にファラデー
カップを置きイオン電流を測定したところ加速電圧によ
らず０．１μＡであった。そこで、ヒ素イオンの付着係
数を１とし、０．１μＡのヒ素イオンすべてが基板に到
達し、このヒ素イオンだけがキャリア濃度に寄与してい
ると仮定して計算すると８ ｘ １０”ｃｍ−’となっ
た。この計算値は、実験値より２桁低いものである。こ
れについては次の様に考えられる。シリコン表面では、
ヒ素分子とヒ素イオンが混在していると考えられるが、
この状態でイオン必ら分子へのエネルギーの移動が起こ
り、多数のヒ素分子が活性化されて高濃度ドーピングが
可能になったと思われる。従って、中性のヒ素分子線と
ヒ素イオンを混ぜることによって、中性の分子線もしく
けイオンを単独に用いる場合より、約１００倍の高濃度
ドーピングＸ５≧可能となることがわ必る。
に考えられる。加速電圧がこの範囲より低いときには、
各ヒ素イオンがドーピングに必要なエネルギーを持って
いないからで、加速電圧が高いときにはエネルギーが多
すぎて再蒸発か起こっているか、もしくは基板内に打ち
込まれて不活性な状態で止まっているからであると考え
られる。また、このヒ素イオン化セルの前にファラデー
カップを置きイオン電流を測定したところ加速電圧によ
らず０．１μＡであった。そこで、ヒ素イオンの付着係
数を１とし、０．１μＡのヒ素イオンすべてが基板に到
達し、このヒ素イオンだけがキャリア濃度に寄与してい
ると仮定して計算すると８ ｘ １０”ｃｍ−’となっ
た。この計算値は、実験値より２桁低いものである。こ
れについては次の様に考えられる。シリコン表面では、
ヒ素分子とヒ素イオンが混在していると考えられるが、
この状態でイオン必ら分子へのエネルギーの移動が起こ
り、多数のヒ素分子が活性化されて高濃度ドーピングが
可能になったと思われる。従って、中性のヒ素分子線と
ヒ素イオンを混ぜることによって、中性の分子線もしく
けイオンを単独に用いる場合より、約１００倍の高濃度
ドーピングＸ５≧可能となることがわ必る。
第２図は、分子線セルとイオン化セルで不純物プロファ
イルを変化させたときの拡がり抵抗測定の結果である。
イルを変化させたときの拡がり抵抗測定の結果である。
これより、分子線セルの場合３には、ドーピング条件に
対応したキャリア分布は得られていないが、イオン化セ
ルの場合４にはドーピング条件に対応した急峻なキャリ
ア分布が得られている。
対応したキャリア分布は得られていないが、イオン化セ
ルの場合４にはドーピング条件に対応した急峻なキャリ
ア分布が得られている。
次に、第３図に示す様にＮ＋シリコン基板３１上にコレ
クターであるＮ型エピタキシャル層３２、ｓ＊ １ｏｏ
ｏＸのベースであるＰ型エピタキシャル層３３、エミッ
ターであるＮ型エピタキシャル層３４をすべてシリコン
分子線エピタキシャル層ヲもちいてつくり、ドーピング
に加速１．ＯＫＶのイオン化セルをもちいたところ急峻
な不純物分布か可能になるため、分子線セルを用いた場
合より遷移領域を薄くでき実効的に活性領域を薄くでき
るので、分子線セルをもちいてつくった場合と比較して
、約５倍の高速動作が可能となった。
クターであるＮ型エピタキシャル層３２、ｓ＊ １ｏｏ
ｏＸのベースであるＰ型エピタキシャル層３３、エミッ
ターであるＮ型エピタキシャル層３４をすべてシリコン
分子線エピタキシャル層ヲもちいてつくり、ドーピング
に加速１．ＯＫＶのイオン化セルをもちいたところ急峻
な不純物分布か可能になるため、分子線セルを用いた場
合より遷移領域を薄くでき実効的に活性領域を薄くでき
るので、分子線セルをもちいてつくった場合と比較して
、約５倍の高速動作が可能となった。
以上の実施例では、ＩｎＡｓからのヒ素ドーピングの場
合についてのみ述べたが、ＧａＡｓからもあるいはＩｎ
ＧａＡｓからも同様にヒ素ドーピングを行なうことがで
きる。
合についてのみ述べたが、ＧａＡｓからもあるいはＩｎ
ＧａＡｓからも同様にヒ素ドーピングを行なうことがで
きる。
（発明の効果）
以上、詳細に述べ念通り本発明に↓れば、装置内をヒ素
によって汚染することなく高濃度のヒ素ドーピングを行
ない、しかもエピタキシャル膜の欠陥密度を減少し、し
かも急峻な不純物のプロファイルを得ること紗；できる
。
によって汚染することなく高濃度のヒ素ドーピングを行
ない、しかもエピタキシャル膜の欠陥密度を減少し、し
かも急峻な不純物のプロファイルを得ること紗；できる
。
第１図は、ヒ素イオン化ドーピングを行なった場合の加
速電圧とヒ素ドーピング量、工、チビ。 ト密度の関係を示した図であり、第２図は、分子線セル
とイオン化セルによる不純物プロフッ１′ルな比較する
ための拡がり抵抗測定の結果を示した図である。第３図
は、本発明をもちいて製作したバイポーラトランジスタ
の断面図である。第４図は、イオン化セルの構造模式図
である。 図において、３・・・分子線セルによるドーピングプロ
ファイル、４・−・イオン化セルによるドービン第１図 刀口達を圧 （ＸＶ） 第２図 イ υ−ｒ
速電圧とヒ素ドーピング量、工、チビ。 ト密度の関係を示した図であり、第２図は、分子線セル
とイオン化セルによる不純物プロフッ１′ルな比較する
ための拡がり抵抗測定の結果を示した図である。第３図
は、本発明をもちいて製作したバイポーラトランジスタ
の断面図である。第４図は、イオン化セルの構造模式図
である。 図において、３・・・分子線セルによるドーピングプロ
ファイル、４・−・イオン化セルによるドービン第１図 刀口達を圧 （ＸＶ） 第２図 イ υ−ｒ
Claims (1)
- シリコン分子線成長における不純物ドーピングにおいて
、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）もしくはガリウムヒ素（
ＧａＡｓ）あるいはインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａ
Ａｓ）から蒸発するヒ素の一部をイオン化し基板上にシ
リコン分子線と共に照射することによってヒ素ドーピン
グを行なう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 |
|---|---|---|---|
| JP14620385A JPS625632A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14620385A JPS625632A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS625632A true JPS625632A (ja) | 1987-01-12 |
Family
ID=15402453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14620385A Pending JPS625632A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS625632A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63303889A (ja) * | 1987-05-30 | 1988-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶薄膜製造装置 |
| JPS6450515A (en) * | 1987-08-21 | 1989-02-27 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor thin film |
-
1985
- 1985-07-02 JP JP14620385A patent/JPS625632A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63303889A (ja) * | 1987-05-30 | 1988-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶薄膜製造装置 |
| JPS6450515A (en) * | 1987-08-21 | 1989-02-27 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor thin film |
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