JPH01109715A - 気相成長方法 - Google Patents

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】 ［概要］ 気相成長法のうち、シリコンをドープする方法に関し、 被成長基板に形成する結晶成長層全面に均一にシリコン
をドープすることを目的とし、減圧中でシリコンをドー
プして結晶層を成長する気相成長方法において、ドーパ
ントとしてモノシランとジシランとを同時に導入するよ
うにしたことを特徴とする。

［産業上の利用分野］ 本発明は気相成長方法のうち、シリコンをドープする結
晶層の気相成長法に関する。

半導体装置を製造する場合、半導体基板上に他の半導体
層を成長する気相成長法が用いられており、これは半導
体装置の製造における基礎的技術である。

このような気相成長法には種々の方法が開発されていて
、無機ガスを分解して金属膜を被着したり、また、結晶
層をエピタキシャル成長する方法などがあるが、最近、
化合物半逗体結晶層の成長方法として、有機金属熱分解
気相成長法（ＭＯＣＶＤ）が開発されており、これは減
圧または常圧中で有機金属ガスを原料ガスとして、それ
を熱分解させて結晶成長する方法で、エピタキシャル成
長の可能なものである。

しかし、これらの気相成長法によって結晶層を成長する
場合、不純物の面内分布が均一なことが極めて重要であ
る。

［従来の技術］ 第３図はＨＥＭＴ用の選択ドープＧａＡｓ／　ｎ　−Ａ
ｔＧａＡｓヘテロ接合構造の断面図を示しており、■は
半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はＧａＡｓバッファ層、３は
ＡｔＧａＡｓスペーサ層、４はｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供
給層、５はｎ−ＧａＡｓコンタクト層である。ＨＥＭＴ
　（高電子移動度トランジスタ）は図のようなヘテロ接
合結晶層にゲート、ソース、ドレインを設けてトランジ
スタ素子として完成されるが、上記の第３図に示す結晶
層にはｎ型（ドナー）にドープ（ｄｏｐｅ）した結晶成
長層の電子供給層４やコンタクト層５が含まれている。

このようなｎドープのＧａＡｓ系結晶成長層は、通、常
、シリコン（Ｓｔ）をドーピングしてｎ型にしており、
気相成長法によって結晶成長層を形成してｎ型にドープ
する場合にはジシラン（Ｓｉ２　Ｈｓ　）またはモノシ
ラン（ＳｉＨａ）を熱分解させてドーピングしている。

第４図は上記のようなヘテロ接合を形成するためのＭＯ
ＣＶ［）装置（有機金属熱分解気相成長装置）の概要図
を示しており、１１は反応管、１２は高周波加熱コイル
、１３は被成長基板、１４はグラファイトサセプタ、１
５は反応ガス導入口、１６は排気口である。

例えば、被成長基板としてＧａＡｓ基板を挿入し、第３
図に示す結晶成長層を連続成長させる場合、基板の温度
を７００℃、減圧度を１０Ｔｏｒｒ程度にし、原料ガス
として、キャリアガスには純化した水素（Ｈ２）　、　
ＡＩソースにはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｇ
ａソースにはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ａｓソー
スにはアルシン（Ａ３ＨＦｌ）を用いて、ｎ型ドーパン
トには上記のようにジシラン（Ｓｉ２　Ｈ６）を使用し
ている。

このジシランを使用するわけは比較的温度変化に無関係
に安定してドーピングできるからであるが、勿論、他の
ドーパント、例えば、モノシラン（ＳｉＨａ）も使用さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記のような横型のＭＯＣＶＤ装置を用いて
、減圧中で反応ガスの流れに平行に載置した被成長基板
にｎ型ドーパントのＳｉ２　Ｈ，６ガスを導入して結晶
成長層にドーピングさせると、反応ガス導入口１５に近
い、被成長基板面の結晶成長層にはＳｉドーピング量が
多くて、反応ガス導入口１５から最も遠い位置（排気口
に近い位置）の被成長基板面の結晶成長層にはＳｉドー
ピング量が少な（なり、被成長基板全面に均一にドープ
されないと云う問題がある。そうすれば、被成長基板面
に設ける多数素子は特性のバラツキができて、半導体装
置の品質を低下させることになる。

本発明はこの問題点を解消させて、結晶成長層全面に均
一にシリコンをドープすることを目的とした気相成長方
法を提案するものである。

［問題点を解決するための手段］ その目的は、減圧中でシリコン（Ｓｉ）をドープして結
晶層を成長する際、ドーパントとしてモノシラン（Ｓｉ
Ｈａ）とジシラン（Ｓｉ２　Ｈ６）を同時に導入するよ
うにした気相成長方法によって達成される。

［作用コ 即ち、本発明は、Ｓｉのドーパントとして、分解効率の
異なるモノシランとジシランとを混合して導入し、被成
長基板全面のＳｉドーピング量を均一化するものである
。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図はモノシラン（ＳｉＨ４）とジシラン（Ｓｉ２Ｈ
６）の加熱温度とドーピング率との関係図を示しており
、ジシランは６００℃から８５０℃までほぼ一定したド
ーピング効率を示しているが、モノシランの場合は６０
０℃程度の低温度では分解効率が悪いためドーピング効
率が悪く、高温度に昇温するほど分解効率が高くなって
、８００〜８５０℃でジシランと同等のドーピング効率
になっている。

例えば、ＧａＡｓ層、　ＡｌＧａＡｓ層のエピタキシャ
ル成長にはＧａＡｓ基板を約７００℃に加熱して成長さ
せているから、その温度を考慮して導入ガス量が決め、
モノシランとジシランとを混合して導入する。

そうすれば、第２図に示す被成長基板の位置に対する電
子濃度が得られる。第２図において、被成長基板の位置
Ａ、Ｂは第４図の被成長基板の位置Ａ、Ｈに対応してお
り、位置Ａは反応ガス導入口に最も近い位置、位置Ｂは
反応ガス導入口に最も遠い位置である。点線はジシラン
のみの分解による電子濃度、破線はモノシランの分解に
よる電子濃度、実線はそれを合算した混合ガスの分解に
よる電子濃度である。即ち、ＭＯＣＶＤ装置には一定流
量の反応ガスが安定して導入されるが、ＧａＡｓ基板を
７００℃に加熱した場合、ジシランは分解効率が良くて
分解が早く、位置Ａでシリコンのドーピング量が多くな
り、位置Ｂでは分解するジシラン量が少なくなってドー
ピング量が減少する。

一方、モノシランは分解効率が悪くて、位ＷＡではドー
ピング量が少なく、排気口の方へ流れるに伴って次第に
熱分解が進み、位置Ｂではドーピング量が増加する。従
って、その混合ガスを流入して分解させれば、ＧａＡｓ
基板全面に均一なシリコンのドーピング量が得られ、電
子濃度が一定するものである。

次に、第４図に示すＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＡｓ基
板にｎ　−ＧａＡｓ結晶層を成長した具体例を説明する
。ＧａＡｓ基板温度７００℃、減圧度１０Ｔｏｒｒにし
て、キャリアガスＨ２の流量は１０１／分、　Ｇａソー
スＴＭＧの流量は２０ｃｃ　／分（５℃）　、　Ａｓソ
ースＡｓ　Ｈ３の流量は５００ｍ　ｌ　／分とし、Ｓｉ
Ｈ４とＳｉ２Ｈ６との流量はＴＭＧに対して各々４　Ｘ
ｌ０−’ｌ　　２　Ｘｌ０−４のモル比で導入した。そ
の結果、被成長基板の中心位置に対して電子濃度の変動
を±１０％以下に抑制することができた。ちなみに、従
来のＳｉ２　Ｈ６のみのドーピングの場合には電子濃度
の変動は±２５％であった。

このように、本発明にかかる気相成長方法を用いれば、
被成長基板にシリコンを均一にドーピングするために極
めて効果がある。

なお、本発明は特に減圧気相成長法において有効であり
、常圧気相成長法の場合にはやや効果が薄い。それはＳ
ｉ２Ｈ６の分解に関係あるものと考えられる。

且つ、本発明は反応ガスが輸送律速される方式のＭＯＣ
ＶＤ装置、即ち、被成長基板の横方向より反応ガスが導
入される方式のＭＯＣＶＤ装置において特に効果がある
ものである。

なお、上記実施例はＧａＡｓ基板にＧａＡｓ系結晶層を
成長する例で説明しているが、その他の被成長基板、例
えばＩｎＰ基板などにも適用できるものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明にかかる気相成
長方法によれば、シリコンドープの面内分布か均一化し
て、半導体装置の品質向上に大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかわりあるモノシランとジシランの
加熱温度とドーピング量との関係図、第２図は被成長基
板の位置と電子濃度との関係図、第３図はＨＥＭＴ用へ
テロ接合構造の断面図、第４図はＭＯＣＶＤ装置の概要
図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はＧａＡｓバッファ層、 ３はＡｌＧａＡｓスペーサ層、 ４はｎ　−ＡＩＧａＡｓ電子供給層、 ５はｎ−ＧａＡｓコンタクト層、 １１は反応管、　　　　　１２は高周波加熱コイル、１
３は被成長基板、　　　１４はサセプタ、１５は反応ガ
ス導入口、　１６は排気口を示している。 →７７１７ｐ！：温度 ：Ｅ／　’ｙう＞ｃ；’シラ＞ｏｒ　ｐｒＪＭ’ＡｄＬ
ｖド’−辷’＞７−量！４＠ｆｉｒｆＪ第１図 七ト皮Ｆ＼ミｔし石高（７反のイａ−ｆｆ−ｖｔｔρ二
≦「濃力ｊと。Ｉ（イ＜Ｖゴ第２図 第３図 ＭＯＣＶ’Ｄ暮デ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　減圧中でシリコンをドープして結晶層を成長する気相
   成長方法において、ドーパントとしてモノシランとジシ
   ランとを同時に導入するようにしたことを特徴とする気
   相成長方法。