JP2012174962A - Method of forming delta-doped structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a delta-doped layer of boron easily in a crystal layer of silicon or the like.SOLUTION: In a state where the surface of a first semiconductor layer is irradiated with exciting light (step S101), a boron introduction layer is formed by introducing first source gas containing boron atoms onto the first semiconductor layer (step S102). Subsequently, a second semiconductor layer is formed by introducing second source gas onto the boron introduction layer which is irradiated with the exciting light (step S103).

Description

本発明は、シリコン、ゲルマニウム、あるいはシリコンゲルマニウム混晶の半導体の層にボロンを浅くドーピングしたデルタドープ構造の形成方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a delta-doped structure in which boron is shallowly doped into a semiconductor layer of silicon, germanium, or silicon-germanium mixed crystal.

近年の半導体デバイスの高密度集積化により、ドーピング技術の重要性が増している。例えば、よく知られたCMOSデバイスにおいて、不純物のドーピング層を薄くして浅い接合を形成することで、CMOS素子を基板の厚さ方向(縦方向)に積層して形成することができるようになる。このように、CMOS素子を積層することで、例えば、よりいっそうの集積度向上が図れる。   With the recent high density integration of semiconductor devices, the importance of doping technology is increasing. For example, in a well-known CMOS device, by thinning the impurity doping layer to form a shallow junction, it becomes possible to form a CMOS element by laminating it in the thickness direction (vertical direction) of the substrate. . In this way, by stacking CMOS elements, for example, the degree of integration can be further improved.

このような浅い接合を形成することを目的とし、最近では、高精度なドーピング法の開発が行われている。代表的なものとして、プラズマドーピングがある。ボロンによるp型ドーピングに話を限るとすれば、B26やBF3などの水素化ボロンガスをプラズマで励起し、比較的低いエネルギーで基板表面へ照射すると、浅いドーピングが可能となる。またクラスターイオンビームをボロン源に用いて電場で加速すると、1核種あたりの運動エネルギーは小さくなるので、基板中への侵入深さは小さく、浅いドーピングが得られる。 Recently, a highly accurate doping method has been developed for the purpose of forming such a shallow junction. A typical example is plasma doping. Speaking of p-type doping with boron, shallow doping becomes possible when a hydrogenated boron gas such as B 2 H 6 or BF 3 is excited with plasma and irradiated onto the substrate surface with relatively low energy. Further, when a cluster ion beam is used as a boron source and accelerated by an electric field, the kinetic energy per nuclide is reduced, so that the penetration depth into the substrate is small and shallow doping can be obtained.

このような表面から浅い場所へ行うドーピング技術の他に、デルタドーピングと呼ばれる技術がある。デルタドーピングは、数原子層の厚みで高濃度にドーピングを行い、ドーピングした数原子層の領域に多数のキャリアを閉じ込めることを目的とするものである。これこそ究極の局所ドーピング法であって、前述したCMOSデバイスを縦方向へ積層する場合には、デルタドーピングによる局所ドーピングは、必須の技術となる。また、デルタドーピングは、量子デバイスなどへの応用も考えられる。   In addition to the doping technique performed from such a surface to a shallow place, there is a technique called delta doping. The purpose of delta doping is to perform doping at a high concentration with a thickness of several atomic layers and confine a large number of carriers in the doped several atomic layer region. This is the ultimate local doping method. When the above-mentioned CMOS devices are stacked in the vertical direction, local doping by delta doping is an essential technique. Delta doping can also be applied to quantum devices.

T. Tatsumi,et al. , "Activation efficiency of a B√3×√3/Si(111) structure covered with molecular beam deposited amorphous SI or SiOx", Appl. Phys. Lett. , vol.57, no.1, pp.73-75, 1990.T. Tatsumi, et al., "Activation efficiency of a B√3 × √3 / Si (111) structure covered with molecular beam deposited amorphous SI or SiOx", Appl. Phys. Lett., Vol.57, no.1 , pp.73-75, 1990. Z.Zhang et al. , "B/Si(100) surface: Atomic structure and epitaxial Si overgrowth", J. Vac. Sci. Technol. B, vol.14, no.4, pp.2684-2689, 1996.Z. Zhang et al., "B / Si (100) surface: Atomic structure and epitaxial Si overgrowth", J. Vac. Sci. Technol. B, vol.14, no.4, pp.2684-2689, 1996. T.Tatsumi et al. , "Surface Segregation at Boron Planar Doping in Silicon Molecular Beam Epitaxy", Japanese Journal of Applied Physics, vol.27, no.6, pp.L945-L956, 1988.T. Tatsumi et al., "Surface Segregation at Boron Planar Doping in Silicon Molecular Beam Epitaxy", Japanese Journal of Applied Physics, vol.27, no.6, pp.L945-L956, 1988. H. Jorke and H. Kibbel, "Boron delta doping in Si and Si0.8Ge0.2 layers", Appl. Phys. Lett. , vol.57, no.17, pp.1763-1765, 1990.H. Jorke and H. Kibbel, "Boron delta doping in Si and Si0.8Ge0.2 layers", Appl. Phys. Lett., Vol.57, no.17, pp.1763-1765, 1990. D.J.Godbey and M.G.Ancona, "Ge segregation during the growth of a SiGe buried layer by molecular beam epitaxy", J.Vac.Sci.Technol. B, vol.11, no.3 ,pp1120-1123, 1993.D.J.Godbey and M.G.Ancona, "Ge segregation during the growth of a SiGe buried layer by molecular beam epitaxy", J.Vac.Sci.Technol. B, vol.11, no.3, pp1120-1123, 1993.

例えば、シリコン系の素子において、上述したデルタドーピングの構造を形成するためには、表面からある一定の深さへイオンを打ち込んで分布させ、これをアニールすることで形成できる。例えば、3価の原子であるボロンによりシリコン層にデルタドーピング構造を形成することで、p型の浅い接合が形成できる。しかしながら、イオンの持つエネルギーが高いため、打ち込まれたボロンイオンの分布は、深さ方向にかなりの空間的拡がりを有することになる。さらに、イオン打ち込みによりダメージを受けたシリコン層の結晶性を回復するためには、ポストアニール工程が不可欠であり、この加熱の際に相当な量のボロン原子が上下に拡散してしまう。   For example, in a silicon-based device, in order to form the above-described delta doping structure, ions can be implanted and distributed from a surface to a certain depth and annealed. For example, a p-type shallow junction can be formed by forming a delta doping structure in a silicon layer with boron which is a trivalent atom. However, since the energy of ions is high, the distribution of implanted boron ions has a considerable spatial spread in the depth direction. Furthermore, in order to recover the crystallinity of the silicon layer damaged by the ion implantation, a post-annealing process is indispensable, and a considerable amount of boron atoms diffuses up and down during this heating.

上述したイオン打ち込みの他に、ボロンをシリコン基板表面上へ導入し、この上にシリコン層を形成することで、形成したシリコン層の下にボロンのデルタドーピング構造を形成する技術がある。この技術では、ボロン導入層(ボロンデルタドープ層)およびシリコン層の形成(成長)に、主に固体ソースMBE(Molecular Beam Epitaxy)が使われてきた。この固体ソースMBEによるデルタドープ構造の形成では、ボロン層の上のシリコン層の形成をどのように行うかが重要である。   In addition to the above-described ion implantation, there is a technique for forming a delta doping structure of boron under the formed silicon layer by introducing boron onto the surface of the silicon substrate and forming a silicon layer thereon. In this technique, a solid source MBE (Molecular Beam Epitaxy) has been mainly used for formation (growth) of a boron introduction layer (boron delta doped layer) and a silicon layer. In the formation of the delta doped structure by this solid source MBE, it is important how to form the silicon layer on the boron layer.

例えば、ボロンデルタドープ層を形成した後のシリコン層形成を低温で行い、このシリコン層を非晶質のままとする技術が報告されている(非特許文献1参照)。また、ボロンデルタドープ層の上に形成した非晶質のシリコン層を、アニールにより結晶化させる技術も報告されている(非特許文献2参照)。また、ボロンデルタドープ層を形成した後、基板温度を700℃以上としてシリコン層を結晶成長させる技術も報告されている(非特許文献3参照)。   For example, a technique has been reported in which the silicon layer is formed at a low temperature after the boron delta doped layer is formed, and this silicon layer remains amorphous (see Non-Patent Document 1). A technique for crystallizing an amorphous silicon layer formed on a boron delta doped layer by annealing has also been reported (see Non-Patent Document 2). In addition, a technique has been reported in which after a boron delta doped layer is formed, a silicon layer is crystal-grown at a substrate temperature of 700 ° C. or higher (see Non-Patent Document 3).

しかしながら、ボロン原子を固体ソースから制御性良く定量的に供給するのは困難であり、生産には向いていない。また、シリコン層を結晶とするために基板温度を高くすると、かなりの量のボロン原子が拡散することが報告されている。多くのボロン原子が拡散した状態では、デルタドープ構造とはならない。   However, it is difficult to quantitatively supply boron atoms from a solid source with good controllability, which is not suitable for production. Further, it has been reported that a considerable amount of boron atoms diffuses when the substrate temperature is increased in order to make the silicon layer crystalline. When many boron atoms are diffused, the delta doped structure is not obtained.

上述したことにより、ボロンデルタドープ層およびこの上のシリコン層の形成に、ガスソースを用いる方法が考えられる。また、このガスソースを有効に分解するためには、プラズマを用いることが一般的である。しかしながら、プラズマを用いたCVDでは、ガス分子が分解したときに発生する水素原子が膜中に取り込まれ、非晶質の膜しか得られない場合が多い。この場合においても、水素原子が脱離する温度にまで基板温度を上げれば水素を除くことができるが、このような高温ではボロン原子が拡散してしまい、やはりデルタドープ構造が得られない。   As described above, a method using a gas source can be considered for forming the boron delta doped layer and the silicon layer thereon. In order to effectively decompose this gas source, it is common to use plasma. However, in CVD using plasma, hydrogen atoms generated when gas molecules are decomposed are often taken into the film, and in many cases, only an amorphous film can be obtained. Even in this case, hydrogen can be removed by raising the substrate temperature to a temperature at which hydrogen atoms are desorbed. However, at such a high temperature, boron atoms diffuse and a delta-doped structure cannot be obtained.

上述したように、従来では、シリコンなどの結晶層の中に、ボロンのデルタドープ層を形成することが容易ではないという問題があった。   As described above, conventionally, there has been a problem that it is not easy to form a delta-doped layer of boron in a crystal layer such as silicon.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シリコンなどの結晶層の中に、ボロンのデルタドープ層が容易に形成できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to facilitate the formation of a boron delta-doped layer in a crystal layer such as silicon.

本発明に係るデルタドープ構造の形成方法は、紫外光,真空紫外光,および軟X線より選択した励起光を、シリコン,ゲルマニウム,およびシリコンゲルマニウム混晶より選択した半導体からなる第1半導体層の表面に照射した状態で、第1半導体層の上にボロン原子を含む第1ソースガスを導入し、第1半導体層の上にボロン導入層を形成する第1工程と、第1ソースガスの導入に引き続き、励起光が照射されているボロン導入層の上に第1半導体層を構成する原子を含む第2ソースガスを導入し、ボロン導入層の上に第2半導体層を形成する第2工程とを少なくとも備える。   In the method for forming a delta doped structure according to the present invention, the surface of the first semiconductor layer made of a semiconductor in which excitation light selected from ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, and soft X-rays is selected from silicon, germanium, and silicon-germanium mixed crystals. A first step of introducing a first source gas containing boron atoms on the first semiconductor layer and forming a boron introduction layer on the first semiconductor layer, and the introduction of the first source gas. Subsequently, a second step of introducing a second source gas containing atoms constituting the first semiconductor layer onto the boron introduction layer irradiated with excitation light and forming the second semiconductor layer on the boron introduction layer; At least.

上記デルタドープ構造の形成方法において、第2工程の後で、ボロン導入層のボロンを電気的に活性化させる加熱処理を行うようにしてもよい。   In the method for forming the delta doped structure, heat treatment for electrically activating boron in the boron introduction layer may be performed after the second step.

上記デルタドープ構造の形成方法において、第1工程では、分光エリプソメータにより測定される第1半導体層の表面へのボロン原子の導入量の変化よりボロン膜が成長し始める時点を予想し、予測した時点の前に第1ソースガスの導入を停止すればよい。   In the delta-doped structure forming method, in the first step, a point in time at which the boron film starts to grow is predicted from a change in the amount of boron atoms introduced to the surface of the first semiconductor layer measured by a spectroscopic ellipsometer, and The introduction of the first source gas may be stopped before.

以上説明したように、本発明によれば、励起光を、第1半導体層の表面に照射した状態で、第1半導体層の上にボロン原子を含む第1ソースガスを導入してボロン導入層を形成し、引き続き、励起光が照射されているボロン導入層の上に第2ソースガスを導入して第2半導体層を形成するようにしたので、シリコンなどの結晶層の中に、ボロンのデルタドープ層が容易に形成できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, the boron source layer is formed by introducing the first source gas containing boron atoms onto the first semiconductor layer in a state where the surface of the first semiconductor layer is irradiated with the excitation light. Then, the second source gas is introduced onto the boron introduction layer irradiated with the excitation light to form the second semiconductor layer. Therefore, in the crystal layer such as silicon, An excellent effect that the delta doped layer can be easily formed is obtained.

図1は、本発明の実施の形態におけるデルタドープ構造の形成方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart for explaining a method of forming a delta doped structure in an embodiment of the present invention. 図2は、ジボランガスの光励起分解によるボロン膜成長のΨ−Δ軌跡を、光エネルギー毎に示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the Ψ-Δ locus of boron film growth by photoexcited decomposition of diborane gas for each light energy. 図3は、図2に示す光エネルギー2.3eVおよび3.4eVにおける成長初期のΨ−Δ軌跡を拡大して示す特性図である。FIG. 3 is an enlarged characteristic diagram showing the Ψ-Δ locus in the initial stage of growth at the optical energies of 2.3 eV and 3.4 eV shown in FIG. 図4は、成長温度300℃において、ジボランガスの導入とジシランガスの光励起分解によるシリコン上層の成長を連続して行ったときのΨ−Δ軌跡を、光エネルギー毎に示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the Ψ-Δ locus for each light energy when the growth of the upper layer of silicon by continuous introduction of diborane gas and photoexcitation decomposition of disilane gas is performed at a growth temperature of 300 ° C. 図5は、図4を用いて説明したデルタドープ構造について、シリコンバッファ層(点線)と、Si/B/Siデルタドープ構造(実線)の室温における擬誘電応答関数を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing pseudo dielectric response functions at room temperature of the silicon buffer layer (dotted line) and the Si / B / Si delta doped structure (solid line) for the delta doped structure described with reference to FIG. 図6は、成長温度250℃でジボランガスを導入してしてボロン導入層を形成した後、成長温度420℃でシリコン上層を成長した時のΨ−Δ軌跡を、光エネルギー毎に示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the ψ-Δ locus for each light energy when a silicon upper layer is grown at a growth temperature of 420 ° C. after diborane gas is introduced at a growth temperature of 250 ° C. to form a boron introduction layer. is there. 図7は、図6を用いて説明したデルタドープ構造について、シリコンバッファ層(点線)と、Si/B/Siデルタドープ構造(実線)の室温における擬誘電応答関数を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing pseudo dielectric response functions at room temperature of the silicon buffer layer (dotted line) and the Si / B / Si delta doped structure (solid line) for the delta doped structure described with reference to FIG. 図8は、成長温度250℃でジボランガスを導入してしてボロン導入層を形成した後、成長温度390℃でシリコン上層を成長した時のΨ−Δ軌跡を、光エネルギー毎に示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the ψ-Δ locus for each light energy when a silicon upper layer is grown at a growth temperature of 390 ° C. after diborane gas is introduced at a growth temperature of 250 ° C. to form a boron introduction layer. is there. 図9は、図8を用いて説明したデルタドープ構造について、シリコンバッファ層(点線)と、Si/B/Siデルタドープ構造(実線)の室温における擬誘電応答関数を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing pseudo dielectric response functions at room temperature of the silicon buffer layer (dotted line) and the Si / B / Si delta doped structure (solid line) for the delta doped structure described with reference to FIG. 図10は、図6および図8を用いて説明したボロン導入層からのボロン原子の拡散の様子を、二次イオン質量分析法(SIMS)により調べた結果を示す分布図である。FIG. 10 is a distribution diagram showing the result of examining the diffusion state of boron atoms from the boron introduction layer described with reference to FIGS. 6 and 8 by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるデルタドープ構造の形成方法を説明するためのフローチャートである。このデルタドープ構造の形成方法は、まず、ステップS101で、紫外光,真空紫外光,および軟X線より選択した励起光を、シリコン,ゲルマニウム,およびシリコンゲルマニウム混晶より選択した半導体からなる第1半導体層の表面に照射する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart for explaining a method of forming a delta doped structure in an embodiment of the present invention. In this method of forming the delta-doped structure, first, in step S101, a first semiconductor made of a semiconductor in which excitation light selected from ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, and soft X-rays is selected from silicon, germanium, and silicon-germanium mixed crystal. Irradiate the surface of the layer.

次に、ステップS102で、励起光が照射されている第1半導体層の上にボロン原子を含む第1ソースガスを導入し、第1半導体層の上にボロン導入層(ボロンデルタドープ層)を形成する。   Next, in step S102, a first source gas containing boron atoms is introduced onto the first semiconductor layer irradiated with the excitation light, and a boron introduction layer (boron delta doped layer) is formed on the first semiconductor layer. Form.

次に、ステップS103で、第1ソースガスの導入に引き続き、励起光が照射されているボロン導入層の上に第1半導体層を構成する原子を含む第2ソースガスを導入し、ボロン導入層の上に第2半導体層を形成する。例えば、第1ソースガスを所定の導入量で所定時間導入したら、第1ソースガスの導入を停止し、引き続いて第2ソースガスの導入を開始すればよい。   Next, in step S103, following the introduction of the first source gas, a second source gas containing atoms constituting the first semiconductor layer is introduced onto the boron introduction layer irradiated with the excitation light, and the boron introduction layer is introduced. A second semiconductor layer is formed thereon. For example, when the first source gas is introduced at a predetermined introduction amount for a predetermined time, the introduction of the first source gas may be stopped and then the introduction of the second source gas may be started.

ここで、ボロン原子を含む第1ソースガスとしては、ボロンの水素化物であるジボラン(B26)が代表的なものであるが、デカボラン(B1014)も利用できる。また、第1半導体層を構成する原子を含む第2ソースガスとしては、例えば、第1半導体層がシリコンの場合、これを構成する原子はシリコンであり、シリコンの水素化物であるシラン(SiH4)、ジシラン(Si26)、トリシラン(Si37)などが利用できる。 Here, as the first source gas containing boron atoms, diborane (B 2 H 6 ), which is a hydride of boron, is representative, but decaborane (B 10 H 14 ) can also be used. As the second source gas containing atoms constituting the first semiconductor layer, for example, when the first semiconductor layer is silicon, the atoms constituting the first semiconductor layer is silicon, and silane (SiH 4) which is a hydride of silicon. ), Disilane (Si 2 H 6 ), trisilane (Si 3 H 7 ), and the like.

上述したソースガスは、紫外光,真空紫外光,および軟X線より選択した励起光により、効率的に分解できる。紫外光による光分解は、価電子励起であり、真空紫外光および軟X線による光分解は、内殻励起によるものとなる。これらの中で、内殻励起による分解の方が反応の量子収率は高く、また第1半導体層を励起したときに放出される2次電子による励起により、ソースガスから堆積させる領域を光の照射部だけに限定することができる利点がある。また、上述した励起光の照射により、照射している層の表面の各物質も励起される、従って、励起光が照射されている層においては、前述した各ソースガスの分解生成物である水素も励起されるので、この水素が照射されている層に取り込まれることが抑制されるようになる。   The source gas described above can be efficiently decomposed by excitation light selected from ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, and soft X-rays. Photolysis by ultraviolet light is valence electron excitation, and photolysis by vacuum ultraviolet light and soft X-rays is by inner shell excitation. Among these, decomposition by inner shell excitation has a higher quantum yield of the reaction, and the region deposited from the source gas is excited by the secondary electrons emitted when the first semiconductor layer is excited. There exists an advantage which can be limited only to an irradiation part. In addition, each substance on the surface of the irradiated layer is also excited by the above-described excitation light irradiation. Therefore, in the layer irradiated with the excitation light, hydrogen that is a decomposition product of each source gas described above. Is also excited, so that this hydrogen is prevented from being taken into the irradiated layer.

ところで、例えば、シリコンからなる第1半導体層の上へのボロンの気相成長においては、成長初期の第1半導体層表面が完全にボロン層で蔽われていない段階では、ボロン原子の堆積速度は低い。ボロンの量が一定値を超えたところから急速に堆積速度が増大し、一気にボロン膜の形成へと向かう。このようなボロン膜の成長において、堆積するボロン原子が一定の厚みのボロン膜になってしまうと、このボロン膜の上にシリコンのエピタキシャル層を形成することができない。   By the way, for example, in the vapor phase growth of boron on the first semiconductor layer made of silicon, at the stage where the surface of the first semiconductor layer at the initial stage of growth is not completely covered with the boron layer, the deposition rate of boron atoms is Low. From the point where the amount of boron exceeds a certain value, the deposition rate increases rapidly, and the formation of a boron film begins. In the growth of such a boron film, if the boron atoms to be deposited become a boron film having a certain thickness, an epitaxial layer of silicon cannot be formed on the boron film.

このため、導入するボロン原子の量を制御するために、第1半導体層上に導入するボロンソースガスの量(導入時間)を精密に制御することが重要となる。このようなボロンソースガス(第1ソースガス)の導入量制御では、ボロンの気相成長中の表面の状態を、分光エリプソメトリーにより測定(監視)すればよい。   For this reason, in order to control the amount of boron atoms to be introduced, it is important to precisely control the amount (introduction time) of the boron source gas introduced onto the first semiconductor layer. In such introduction control of the boron source gas (first source gas), the surface state during vapor phase growth of boron may be measured (monitored) by spectroscopic ellipsometry.

光学的に測定を行う分光エリプソメトリーは、非破壊、非侵食、非接触で測定が可能という利点を有している。分光エリプソメトリーの測定データから、連続的にボロン膜が成長し始める時点を予想し、この時点の前にボロンソースガスの導入を停止することで、表面へ導入されるボロン原子の量を一定以下に抑えることができ、必要以上の厚さのボロン導入層の形成が抑制できる。   Spectroscopic ellipsometry, which performs optical measurement, has the advantage that measurement can be performed non-destructively, non-eroding, and non-contact. From the measurement data of spectroscopic ellipsometry, predict the point when the boron film starts to grow continuously, and stop introducing the boron source gas before this point, so that the amount of boron atoms introduced to the surface is below a certain level. The formation of a boron-introducing layer having a thickness greater than necessary can be suppressed.

次に、第2半導体層を成長するにあたり、すでに第1半導体層の表面は高密度のボロン原子により覆われている(ボロン導入層が形成されている)ため、エピタキシャル成長をさせるには厳しい環境にあることは間違いない。例えば、第2半導体層の成長温度が低いと、ボロン導入層に阻まれて第1半導体層(シリコン結晶)表面の結晶状態の情報が伝わらず、第2半導体層の結晶性は多結晶もしくは非晶質層となる。   Next, when the second semiconductor layer is grown, the surface of the first semiconductor layer is already covered with high-density boron atoms (a boron introduction layer is formed), so that it is a harsh environment for epitaxial growth. There is no doubt. For example, when the growth temperature of the second semiconductor layer is low, the boron introduction layer prevents the crystal state information on the surface of the first semiconductor layer (silicon crystal) from being transmitted, and the crystallinity of the second semiconductor layer is polycrystalline or non-crystalline. It becomes a crystalline layer.

一方、成長温度を高くすることで結晶が成長するようになるが、このような高温状態では、ボロン導入層のボロン原子が熱的に拡散し、デルタドープ構造を形成することができない。例えば、第2半導体層の成長をガスソースMBEにより行うためには、成長温度を600℃程度にまで上げる必要があるが、このような高温を長時間継続すると、ボロン原子は容易に拡散してしまう。   On the other hand, the crystal grows by raising the growth temperature. However, at such a high temperature state, boron atoms in the boron introduction layer are thermally diffused, and a delta doped structure cannot be formed. For example, in order to perform the growth of the second semiconductor layer by the gas source MBE, it is necessary to raise the growth temperature to about 600 ° C. If such a high temperature is continued for a long time, boron atoms are easily diffused. End up.

上述した問題を解消するために、ボロン導入層の形成と同様に、紫外光,真空紫外光,および軟X線より選択した励起光を用い、第1半導体層を構成する原子を含む第2ソースガスの光励起分解により、低温状態で第2半導体層を成長(気相成長)する。ただし、光励起分解による第2半導体層の形成においても、成長温度が低すぎるとエピタキシャル成長にならず、逆に高すぎるとボロンの拡散が顕著になる。従って、光励起分解による第2半導体層の形成においては、エピタキシャル成長が可能な最低温度、あるいは最低温度よりやや上の温度に成長温度を設定するのが望ましい。また、第2半導体層を成長してデルタドープ構造を作製した後で、短時間アニールするプロセスを入れれば、ボロンの拡散を抑制した状態で、ボロンドープ層を電気的に十分活性化させることができる。   In order to solve the above-described problem, as in the formation of the boron introduction layer, the second source containing atoms constituting the first semiconductor layer using excitation light selected from ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, and soft X-rays The second semiconductor layer is grown (vapor phase growth) at a low temperature by photoexcitation decomposition of the gas. However, even in the formation of the second semiconductor layer by photoexcitation decomposition, if the growth temperature is too low, epitaxial growth does not occur. Conversely, if the growth temperature is too high, boron diffusion becomes significant. Therefore, in the formation of the second semiconductor layer by photoexcitation decomposition, it is desirable to set the growth temperature to the lowest temperature at which epitaxial growth is possible or a temperature slightly above the lowest temperature. Further, if a process of annealing for a short time is added after the second semiconductor layer is grown to produce the delta-doped structure, the boron-doped layer can be electrically activated sufficiently while suppressing the diffusion of boron.

[実施例]
以下、実施例を用いて、より詳細に説明する。以下では、半導体としてシリコンの場合について説明し、第1半導体層はシリコン基板とする。また、ボロン原子の紫外域における光吸収は小さいので、真空紫外から軟X線領域に渡る、エネルギーが10−1000eVの白色光を励起源(励起光)として用いた。到達真空度が10-8Pa台の超高真空チャンバ内で成長を行った。ボロン原子の導入には、ヘリウムガスで1%に希釈したジボランを用いた。シリコン源としては、ジシランを使用した。
[Example]
Hereinafter, it demonstrates in detail using an Example. Hereinafter, the case where silicon is used as the semiconductor will be described, and the first semiconductor layer is a silicon substrate. Further, since the light absorption of boron atoms in the ultraviolet region is small, white light having an energy of 10 to 1000 eV from the vacuum ultraviolet region to the soft X-ray region was used as an excitation source (excitation light). The growth was performed in an ultra-high vacuum chamber having an ultimate vacuum of 10 −8 Pa. For introduction of boron atoms, diborane diluted to 1% with helium gas was used. Disilane was used as the silicon source.

まずシリコン基板を希弗酸で処理して表面の酸化物層を除去することにより、水素終端した。このように処理したシリコン基板を真空チャンバ内へ搬入し、所定の温度まで基板温度を上げ、ジシランガスを導入してガスソースMBEによりシリコンバッファ層を成長した。このプロセスの目的は、最初のシリコン基板よりも表面が平坦で清浄なエピタキシャル基板を準備することである。シリコンバッファ層が、第1半導体層とも言える。   First, the silicon substrate was treated with dilute hydrofluoric acid to remove the oxide layer on the surface, thereby terminating the hydrogen. The silicon substrate thus treated was carried into a vacuum chamber, the substrate temperature was raised to a predetermined temperature, disilane gas was introduced, and a silicon buffer layer was grown by the gas source MBE. The purpose of this process is to provide an epitaxial substrate that is flatter and cleaner than the original silicon substrate. It can be said that the silicon buffer layer is also a first semiconductor layer.

次に、所定の温度にまで基板温度を下げ、基板上に放射光(励起光)を照射した状態でジボランガスを所定時間だけ基板の上に導入した。放射光で導入されているジボランが分解し、シリコン基板(シリコンバッファ層)上に高濃度ボラン層(ボロン導入層)が堆積する。基板温度が高いと、ジボランの熱分解が急激に促進されるので、基板温度を300℃以下に保つ必要がある。   Next, the substrate temperature was lowered to a predetermined temperature, and diborane gas was introduced onto the substrate for a predetermined time in a state where the substrate was irradiated with radiation light (excitation light). The diborane introduced by the emitted light is decomposed, and a high-concentration borane layer (boron introduction layer) is deposited on the silicon substrate (silicon buffer layer). If the substrate temperature is high, the thermal decomposition of diborane is rapidly accelerated, so the substrate temperature must be kept at 300 ° C. or lower.

図2は一例であるが、基板温度300℃におけるジボランガスの導入を開始後から、系の光学的応答の時間発展をエリプソ角(Ψ,Δ)の変化として、Ψ−Δ平面上の軌跡として表したものである。ジボランガス分圧は3.1×10-3Paであった。ここで(Ψ,Δ)角は、p偏光とs偏光の光の複素反射率RpとRsの比として、Rp/Rs=tanΨexp(iΔ)で与えられる。光エネルギー「1.5eV」、「2.3eV」、「3.4eV」、「4.3eV」において、同時に(Ψ,Δ)角をモニターした。 FIG. 2 is an example, but after the introduction of diborane gas at a substrate temperature of 300.degree. It is a thing. The diborane gas partial pressure was 3.1 × 10 −3 Pa. Here, the (Ψ, Δ) angle is given by R p / R s = tan Ψ exp (iΔ) as the ratio of the complex reflectivity R p and R s of p-polarized light and s-polarized light. The (ψ, Δ) angles were simultaneously monitored at light energies “1.5 eV”, “2.3 eV”, “3.4 eV”, and “4.3 eV”.

図2に示すように、シリコンとボロンでは、光学定数が大きく異なることを反映し、成長に伴い、(Ψ,Δ)角の点である(Ψ,Δ)点は、軌跡O→A→B→C→D→Eのように、開始点Oから離れていく。   As shown in FIG. 2, reflecting that the optical constants are greatly different between silicon and boron, the (Ψ, Δ) point, which is the point of the (Ψ, Δ) angle, grows along the locus O → A → B. → Go away from the starting point O like C → D → E.

成長初期の移り変わりを2.3eVと3.4eVについて拡大し、プロットしたのが図3である。図3において、データ点は10秒間隔で取得している。まず、ジボランガスの導入を開始した時点で、(Ψ,Δ)点は軌跡O→Aに沿って左へシフトしている。これは、基板温度が低い状態では、ジボランが表面に物理吸着した状態がまず形成されることを反映している。表面に堆積したボロン原子がまだ1原子層以下のうちは、(Ψ,Δ)点は非常にゆっくりと低Δ角方向へ動いている。   FIG. 3 is a graph in which the transition in the initial stage of growth is enlarged and plotted for 2.3 eV and 3.4 eV. In FIG. 3, data points are acquired at 10 second intervals. First, when introduction of diborane gas is started, the point (Ψ, Δ) is shifted to the left along the locus O → A. This reflects the fact that diborane is first physically adsorbed on the surface when the substrate temperature is low. While the number of boron atoms deposited on the surface is still less than one atomic layer, the (Ψ, Δ) point moves very slowly in the low Δ angle direction.

また、約300秒後のB点に対応し、シリコン表面が完全にボロン原子に覆われると、今度はボロン原子で覆われている層の上でジボランの分解が低い活性化エネルギーのもとで進行するようになるので、加速度的にボロンの堆積速度が増大し、軌跡は急速に低Δ角方向へ伸びている。従って、これらの結果より、(Ψ,Δ)点がわずかに原点からシフトしたぐらいの時点でジボランガスの導入を停止すればよいことが分かる。   Also, corresponding to point B after about 300 seconds, when the silicon surface is completely covered with boron atoms, the decomposition of diborane on the layer covered with boron atoms is now under the activation energy low. As it progresses, the deposition rate of boron increases at an accelerated rate, and the locus rapidly extends in the low Δ angle direction. Accordingly, it can be seen from these results that the introduction of diborane gas should be stopped when the (Ψ, Δ) point is slightly shifted from the origin.

次に、ジボランガスの導入とジシランガスの光励起分解によるシリコン上層(第2半導体層)の成長とを、同一の基板温度において、途中でガスの切り替えだけで行った例について説明する。図4は、ガスの切り替えだけでボロン導入層の上にシリコン上層を形成した場合の(Ψ,Δ)角のモニター結果を示す特性図である。   Next, an example will be described in which the introduction of diborane gas and the growth of the silicon upper layer (second semiconductor layer) by photoexcited decomposition of disilane gas are performed only by switching the gas in the middle at the same substrate temperature. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the monitoring result of the (Ψ, Δ) angle when the silicon upper layer is formed on the boron introduction layer only by gas switching.

本例において、基板温度は300℃であり、分圧1.5×10-3Paのジボランガスを240秒間導入した際のボロンの堆積は、軌跡O→A→Bに対応している。B点とC点の間でジボランガスの導入を停止し、引き続いて、分圧0.16Paのジシランガスを導入している。3.4eV、4.3eVにおいては、C点からループを描くように、軌跡C→D→Eが上方へ向かっている。3.4eV、4.3eVは各々シリコン結晶のE1、E2バンド間遷移に対応するエネルギーであり、(Ψ,Δ)点がC点から開始点Oの近傍へ戻って来ることは、シリコン上層がエピタキシャル層になっていることを意味している。 In this example, the substrate temperature is 300 ° C., and boron deposition when a diborane gas having a partial pressure of 1.5 × 10 −3 Pa is introduced for 240 seconds corresponds to the locus O → A → B. The introduction of diborane gas was stopped between points B and C, and subsequently, disilane gas having a partial pressure of 0.16 Pa was introduced. In 3.4 eV and 4.3 eV, the trajectory C → D → E is directed upward so as to draw a loop from the C point. 3.4 eV and 4.3 eV are energy corresponding to transitions between E1 and E2 bands of the silicon crystal, respectively, and the point (Ψ, Δ) returns from the C point to the vicinity of the start point O. It means that it is an epitaxial layer.

一方、1.5eV、2.3eVは、バンド端よりも長波長側で、光の侵入深さが大きいため、Si/B/Siと多層構造となっていることを反映し、シリコン上層の成長に従って、単調に低Δ角側へ軌跡が描かれている。   On the other hand, 1.5eV and 2.3eV reflect the fact that Si / B / Si has a multi-layer structure because the light penetration depth is larger on the longer wavelength side than the band edge, and the silicon upper layer grows. Accordingly, a locus is drawn monotonously toward the low Δ angle side.

このようにして得られたSi/B/Siデルタドープ構造の室温における擬誘電応答関数(<ε>=<ε1>+i<ε2>)を、シリコンバッファ層を形成した段階のものと比較して図5に示す。両者にそれ程大きな差はなく、シリコン上層の誘電応答関数はシリコンバッファ層(第1シリコン層)のものとほぼ同じで、シリコン上層はエピタキシャル層であることを示している。 The pseudo dielectric response function (<ε> = <ε 1 > + i <ε 2 >) at room temperature of the Si / B / Si delta doped structure thus obtained is compared with that at the stage where the silicon buffer layer is formed. FIG. There is no great difference between them, and the dielectric response function of the upper silicon layer is almost the same as that of the silicon buffer layer (first silicon layer), indicating that the upper silicon layer is an epitaxial layer.

ジシランの供給(導入)速度が高くなると、成長の様子がガスソースMBEからCVDに近くなり、水素の脱離よりも水素化シリコンの供給が勝り、シリコン上層の結晶性が悪くなる。これを確認するために、ジボランガスの導入時の基板温度は250℃にしてボロン導入層を形成した後、基板温度を420℃あるいは390℃に上げて、圧力0.31Paでジシランを導入することによる光励起分化によるシリコン上層の形成を行う。なお、この確認では、図4を用いて説明した場合に比較して、ボロン導入層をより厚く形成している。従って、以下の例では、図4を用いて説明した場合に比較して、シリコン上層がより結晶成長(エピタキシャル成長)しにくい条件となっている。   When the supply (introduction) rate of disilane is increased, the state of growth becomes close to CVD from the gas source MBE, the supply of silicon hydride is superior to the desorption of hydrogen, and the crystallinity of the upper layer of silicon is deteriorated. To confirm this, the substrate temperature at the time of introduction of diborane gas was set to 250 ° C., a boron introduction layer was formed, the substrate temperature was raised to 420 ° C. or 390 ° C., and disilane was introduced at a pressure of 0.31 Pa. The upper layer of silicon is formed by photoexcitation differentiation. In this confirmation, the boron introduction layer is formed thicker than in the case described with reference to FIG. Therefore, in the following example, the condition is such that the silicon upper layer is less likely to undergo crystal growth (epitaxial growth) as compared with the case described with reference to FIG.

まず、図6に示す基板温度420℃の場合、各光エネルギーについての(Ψ,Δ)点の軌跡O→Aは、ジボラン導入時に対応している。ジボランガスの供給を止めて、基板温度を420℃まで上げたところで系の誘電応答が変化し、軌跡A→Bに沿って変化した。次にジシランを導入すると、導入初期段階では、軌跡B→C→Dとループを描き、ほぼ同じ(Ψ,Δ)角の大きさの領域に留まっている。これは、シリコンがエピタキシャル成長していることを示している。開始点OとD点が異なるのは、基板温度が異なるからである。しかしさらにシリコン上層の成長を継続していくと、結晶性が少しばかり悪化し、ゆっくりではあるが軌跡D→Eに沿って(Ψ,Δ)点がシフトした。   First, when the substrate temperature is 420 ° C. shown in FIG. 6, the trajectory O → A of the (Ψ, Δ) point for each light energy corresponds to the time when diborane is introduced. When the supply of diborane gas was stopped and the substrate temperature was raised to 420 ° C., the dielectric response of the system changed and changed along the locus A → B. Next, when disilane is introduced, at the initial stage of introduction, a locus B → C → D is drawn and remains in a region having substantially the same (Ψ, Δ) angle. This indicates that silicon is epitaxially grown. The reason why the starting point O and the point D are different is that the substrate temperature is different. However, as the growth of the upper silicon layer continued further, the crystallinity deteriorated a little, and the (Ψ, Δ) point shifted along the trajectory D → E, albeit slowly.

次に、成長後の擬誘電応答関数を図7に示す。図5を用いて説明した場合と同様に、シリコン上層の誘電応答関数はシリコン結晶のものに他ならず、ボロン導入層が間に挟まれてはいるが、エピタキシャル成長したことを示している。しかし図5に比べると<ε2>スペクトルにおけるE2遷移ピークの高さが僅かに低いので、シリコン上層の結晶性は、図5を用いて説明した条件の場合に比べると若干劣っている。 Next, the pseudo dielectric response function after growth is shown in FIG. Similar to the case described with reference to FIG. 5, the dielectric response function of the upper layer of silicon is not limited to that of silicon crystal, indicating that the boron-introduced layer is sandwiched therebetween, but epitaxially grown. However, since the height of the E 2 transition peak in the <ε 2 > spectrum is slightly lower than that in FIG. 5, the crystallinity of the upper silicon layer is slightly inferior to that in the condition described with reference to FIG.

図8は、シリコン上層の成長の温度を390℃と低く設定した結果である。他の条件は、図6を用いて説明した条件と同様である。この場合、シリコン上層の成長初期におけるループ型軌跡の後で、かなり急速に低Δ角側へ軌跡D→Eが伸びている。さらに、E点から軌跡の方向が変わり、軌跡E→Fに沿って、さらに低Δ角領域まで変化が継続している。軌跡D→Eは、微結晶シリコンの形成、軌跡E→Fはアモルファスシリコンの形成に対応すると考えられる。この結果は、成長温度を390℃と低くすると、シリコン上層の結晶性が成長に従い悪化し、微結晶からアモルファス状態へと変化したことを意味している。この結果は、ボロン導入層の上に成長することで、界面の状態が良くない上に光励起分解による低温成長をしたことが原因である。成長後の擬誘電応答関数を図9に示す。擬誘電応答関数はシリコン基板のものとは大きく異なっており、これは微結晶シリコンの形成を表している。   FIG. 8 shows the result of setting the growth temperature of the silicon upper layer as low as 390.degree. Other conditions are the same as those described with reference to FIG. In this case, after the loop-type locus in the initial growth stage of the silicon upper layer, the locus D → E extends fairly rapidly toward the low Δ angle side. Further, the direction of the trajectory changes from point E, and the change continues along the trajectory E → F to the low Δ angle region. The trajectory D → E corresponds to the formation of microcrystalline silicon, and the trajectory E → F corresponds to the formation of amorphous silicon. This result means that when the growth temperature was lowered to 390 ° C., the crystallinity of the upper silicon layer deteriorated as the growth progressed and changed from a microcrystal to an amorphous state. This result is caused by growing on the boron-introduced layer, resulting in poor interface conditions and low-temperature growth by photoexcitation decomposition. The pseudo dielectric response function after growth is shown in FIG. The pseudodielectric response function is very different from that of a silicon substrate, which represents the formation of microcrystalline silicon.

次に、得られたデルタドーピング層(ボロン導入層)からのボロン原子の拡散の様子を、二次イオン質量分析法(SIMS)により調べた結果について図10を用いて説明する。図10の(a)は、図6を用いて説明したボロン導入層のボロン原子の深さ分布を示し、図10の(b)は、図8を用いて説明したボロン導入層のボロン原子の深さ分布を示している。両者ともに、濃度ピークを形成している場所は、シリコン上層の表面(S)、ボロン導入層内(M)、シリコンバッファ層とシリコン基板の界面(I)である。   Next, the results of examining the diffusion state of boron atoms from the obtained delta doping layer (boron introduction layer) by secondary ion mass spectrometry (SIMS) will be described with reference to FIG. 10A shows the depth distribution of boron atoms in the boron-introduced layer described with reference to FIG. 6, and FIG. 10B shows the boron atoms in the boron-introduced layer described with reference to FIG. Depth distribution is shown. In both cases, the location where the concentration peak is formed is the surface (S) of the silicon upper layer, the inside of the boron introduction layer (M), and the interface (I) between the silicon buffer layer and the silicon substrate.

まず、シリコン上層の表面(S)のピークについて説明すると、これは、「Surface peak」と呼ばれている(非特許文献5参照)。このように、表面にドーパントが偏析することは、よく知られている。   First, the peak of the surface (S) of the silicon upper layer will be described. This is called “Surface peak” (see Non-Patent Document 5). Thus, it is well known that the dopant is segregated on the surface.

次に、界面(I)のピークについて説明する。シリコンバッファ層とシリコン基板の界面は、わずかな結晶性の乱れが生じやすく、このような欠陥に選択的にボロン原子がトラップされる。このようにトラップされた状態が、界面(I)のピークとして現れている。しかし、欠陥部分でのボロン原子濃度はそれほど高くない。   Next, the peak of the interface (I) will be described. At the interface between the silicon buffer layer and the silicon substrate, slight crystallinity is likely to be disturbed, and boron atoms are selectively trapped by such defects. Such a trapped state appears as a peak of the interface (I). However, the boron atom concentration in the defect portion is not so high.

次に、ボロン導入層内(M)のピークについて説明する。ボロン導入層におけるボロンの濃度分布は、シリコンバッファ層(シリコン基板)側に濃度が低下しているが、これは「Leading edge」と呼ばれている状態である(非特許文献5参照)。この濃度低下は、ボロン原子を堆積している間に、シリコン基板の側に一部のボロンが拡散したものと考えられる。このボロン原子の拡散は、放射光励起により促進されていると考えられる。   Next, the peak in the boron introduction layer (M) will be described. The boron concentration distribution in the boron-introduced layer decreases in the silicon buffer layer (silicon substrate) side, which is a state called “Leading edge” (see Non-Patent Document 5). This decrease in concentration is considered to be due to the diffusion of a part of boron on the silicon substrate side while depositing boron atoms. This diffusion of boron atoms is thought to be promoted by synchrotron radiation excitation.

またシリコン上層側への裾引きは、「Trailing edge」と呼ばれている(非特許文献5参照)。図10の(b)の基板温度390℃の場合には、ボロン導入層とシリコン上層の界面でボロンの分布は急峻に切れて落ちている。シリコン上層は、ソースガスの光励起分解により形成しているため、水素原子の「Surfactant」効果により、ボロン原子の拡散が抑制され、この場合においては「Trailing edge」がほとんど見られないという結果に繋がっているものと考えられる。   Further, the tailing toward the upper layer side of silicon is called “Trailing edge” (see Non-Patent Document 5). When the substrate temperature is 390 ° C. in FIG. 10B, the boron distribution is sharply cut off at the interface between the boron introduction layer and the silicon upper layer. Since the silicon upper layer is formed by photoexcitation decomposition of the source gas, the diffusion of boron atoms is suppressed by the “surfactant” effect of hydrogen atoms, and in this case, “trailing edge” is hardly seen. It is thought that.

しかし、図10の(a)の基板温度420℃の条件で、シリコン上層がエピタキシャル成長になっている場合には、シリコン上層側への裾引き分布が見られると同時に、深さ230nm付近に膨らんだこぶのような構造が存在し、拡散を示唆している。しかし、この状態はさほど顕著なものではなく、シリコン上層がエピタキシャルであることと、ボロン原子が高濃度にボロン導入層内に閉じ込められていることとが、両立した結果になっている。このことから、本例で作製したボロン導入層(層厚約50nm)の上では、基板温度420℃以上において光励起分化によるプロセスを行えば、結晶性に優れたシリコン上層が形成できることが明らかである。   However, when the silicon upper layer is epitaxially grown under the condition of the substrate temperature of 420 ° C. in FIG. 10A, a tailing distribution toward the silicon upper layer side is seen, and at the same time, it swells to a depth of about 230 nm. A hump-like structure exists, suggesting diffusion. However, this state is not so remarkable, and both the fact that the upper layer of silicon is epitaxial and that boron atoms are confined in the boron introduction layer at a high concentration are compatible results. From this, it is clear that a silicon upper layer having excellent crystallinity can be formed on the boron-introduced layer (layer thickness of about 50 nm) produced in this example by performing a process by photoexcitation differentiation at a substrate temperature of 420 ° C. or higher. .

なお、図4を用いて説明した例では、成長温度300℃でシリコン上層を結晶成長させることができているが、これは、ボロン導入層がより薄い(ボロンの堆積量が少ない)場合である。これに対し、より厚いボロン導入層(層厚約50nm)を形成した場合、上述したように、成長温度を420℃まで高くすることで、シリコン上層をエピタキシャル成長層とすることができる。   In the example described with reference to FIG. 4, the silicon upper layer can be crystal-grown at a growth temperature of 300 ° C. This is a case where the boron introduction layer is thinner (the amount of boron deposited is small). . On the other hand, when a thicker boron-introduced layer (layer thickness of about 50 nm) is formed, the silicon upper layer can be made an epitaxially grown layer by raising the growth temperature to 420 ° C. as described above.

以上に説明したように、本発明によれば、同じ装置内で、ボロン導入層の形成に引き続き、ソースガスの切り替えで第2半導体層を形成しているので、大気に曝すことなく、良好な界面特性を有するボロン導入層を連続的に形成することができる。また、ソースガスを励起光で分解する堆積により、ボロン導入層および第2半導体層を形成しているので、ボロン原子の熱拡散を抑制できる低温プロセスが可能であると同時に、水素原子の「Surfactant」効果によって、ボロン原子の拡散を抑制することができる。   As described above, according to the present invention, since the second semiconductor layer is formed by switching the source gas in the same apparatus following the formation of the boron introduction layer, the second semiconductor layer is formed without exposure to the atmosphere. A boron introduction layer having interface characteristics can be formed continuously. Further, since the boron introduction layer and the second semiconductor layer are formed by deposition that decomposes the source gas with excitation light, a low-temperature process that can suppress thermal diffusion of boron atoms is possible, and at the same time, the “Surfactant of hydrogen atoms” By the effect, the diffusion of boron atoms can be suppressed.

さらに分光エリプソメトリーにより、ボロン導入層の形成状態を監視することで、ボロン原子の第1半導体層表面への導入量を成長中に知ることができる。このように監視することで、生業温度およびガス圧などの条件が変化したとしても、作製しているデルタドープ構造毎に、第1ソースガスの導入を停止すべき時点を決めることが可能となる。   Furthermore, by monitoring the formation state of the boron introduction layer by spectroscopic ellipsometry, the amount of boron atoms introduced into the surface of the first semiconductor layer can be known during growth. By monitoring in this way, even when conditions such as the production temperature and the gas pressure change, it becomes possible to determine the time point at which the introduction of the first source gas should be stopped for each delta dope structure being manufactured.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、主に、半導体としてシリコンを用いる場合について説明したが、これに限るものではなく、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウム混晶であっても同様である。ゲルマニウムのためのソースガスとしては、ゲルマン(GeH4)を用いれば、全く同様なプロセスが可能となる。但し、ボロン原子が拡散し始める温度、あるいはゲルマニウムやシリコンゲルマニウムを堆積する温度は異なる。一般にシリコンゲルマニウム混晶においては、ゲルマニウムの濃度が高くなるに従い、結晶化温度は低い。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, although the case where silicon is mainly used as a semiconductor has been described in the above-described embodiment, the present invention is not limited to this, and the same applies to germanium or silicon-germanium mixed crystals. If germanium (GeH 4 ) is used as a source gas for germanium, the same process can be performed. However, the temperature at which boron atoms begin to diffuse or the temperature at which germanium or silicon germanium is deposited is different. In general, in a silicon germanium mixed crystal, the crystallization temperature decreases as the germanium concentration increases.

Claims (3)

紫外光,真空紫外光,および軟X線より選択した励起光を、シリコン,ゲルマニウム,およびシリコンゲルマニウム混晶より選択した半導体からなる第1半導体層の表面に照射した状態で、前記第1半導体層の上にボロン原子を含む第1ソースガスを導入し、前記第1半導体層の上にボロン導入層を形成する第1工程と、
前記第1ソースガスの導入に引き続き、前記励起光が照射されている前記ボロン導入層の上に前記第1半導体層を構成する原子を含む第2ソースガスを導入し、前記ボロン導入層の上に第2半導体層を形成する第2工程と
を少なくとも備えることを特徴とするデルタドープ構造の形成方法。
The first semiconductor layer is irradiated with excitation light selected from ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, and soft X-rays on the surface of the first semiconductor layer made of a semiconductor selected from silicon, germanium, and silicon-germanium mixed crystal. A first step of introducing a first source gas containing boron atoms on the first semiconductor layer and forming a boron introduction layer on the first semiconductor layer;
Subsequent to the introduction of the first source gas, a second source gas containing atoms constituting the first semiconductor layer is introduced onto the boron introduction layer irradiated with the excitation light, and the top of the boron introduction layer is introduced. And at least a second step of forming a second semiconductor layer. A method for forming a delta-doped structure.
請求項1記載のデルタドープ構造の形成方法において、
前記第2工程の後で、前記ボロン導入層のボロンを電気的に活性化させる加熱処理を行うことを特徴とするデルタドープ構造の形成方法。
The method for forming a delta-doped structure according to claim 1,
After the second step, a heat treatment for electrically activating boron in the boron introduction layer is performed.
請求項1または2記載のデルタドープ構造の形成方法において、
前記第1工程では、分光エリプソメータにより測定される前記第1半導体層の表面へのボロン原子の導入量の変化よりボロン膜が成長し始める時点を予想し、予測した時点の前に前記第1ソースガスの導入を停止することを特徴とするデルタドープ構造の形成方法。
In the formation method of the delta dope structure of Claim 1 or 2,
In the first step, a time point at which a boron film starts to grow is predicted from a change in the amount of boron atoms introduced to the surface of the first semiconductor layer measured by a spectroscopic ellipsometer, and the first source is predicted before the predicted time point. A method of forming a delta-doped structure, characterized by stopping the introduction of gas.
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