JPH02296797A - Formation of selective boron-doped layer - Google Patents
Formation of selective boron-doped layerInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は選択的にボロンをドープするシリコンエピタキ
シャル成長に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to silicon epitaxial growth selectively doped with boron.
(従来の技術)
シリコン分子線エピタキシャル成長法においては従来シ
リコン分子線の発生方法として固体シリコンを電子線加
熱する方法が用いられていた。こうした固体ソースシリ
コン分子線エピタキシャル成長ではエピタキシャル膜中
へのドーピングは成長中に同時にドーパントの入ったク
ヌードセンセルから極く微量のドーパントを供給するこ
とで行われる。シリコン結晶中のp型ドーパントとして
はボロンが良く用いられる。しかし固体ソースを用いた
シリコン分子線エピタキシャル成長法では選択成長が不
可能なため、部分的に酸化膜で覆われたシリコン基板に
対しシリコン露出部分だけに選択的にボロンドープした
シリコンエピタキシャル膜を形成することは不可能であ
った。このため例えば高速npnバイポーラトランジス
タ作成の際にはp型ベース層を酸化膜パターンを利用し
てセルファラインにエピタキシャル成長させることが望
ましいが、従来のシリコン分子線成長技術ではこうした
要求に答えることが出来なかった。(Prior Art) In the silicon molecular beam epitaxial growth method, a method of heating solid silicon with an electron beam has conventionally been used as a method of generating silicon molecular beams. In such solid source silicon molecular beam epitaxial growth, the epitaxial film is doped by simultaneously supplying a very small amount of dopant from a Knudsen cell containing the dopant during growth. Boron is often used as a p-type dopant in silicon crystals. However, selective growth is not possible with the silicon molecular beam epitaxial growth method using a solid source, so it is necessary to form a boron-doped silicon epitaxial film selectively only on the exposed silicon parts of a silicon substrate partially covered with an oxide film. was impossible. For this reason, for example, when creating a high-speed npn bipolar transistor, it is desirable to epitaxially grow a p-type base layer on a self-line using an oxide film pattern, but conventional silicon molecular beam growth technology cannot meet these demands. Ta.
(発明が解決しようとする問題点)
本発明が解決しようとする問題点は従来のシリコン分子
線エピタキシャル成長方法では不可能であったボロンド
ープ層の選択成長を実現することである。(Problems to be Solved by the Invention) A problem to be solved by the present invention is to realize selective growth of a boron-doped layer, which was impossible with the conventional silicon molecular beam epitaxial growth method.
(問題点を解決するための手段)
本発明はガスソースシリコン分子線エピタキシャル成長
法においてソースガスと同時にHBO2よりボロンを供
給してエピタキシャル層のボロンドーピングを行い、ま
たガスソースシリコン分子線成長法では選択成長が可能
であることを利用して部分的に膜材で覆われたシリコン
に対しシリコン露出部分だけに選択的にボロンドープし
たシリコンエピタキシャル膜を形成する方法を提供する
ものである。(Means for Solving the Problems) The present invention supplies boron from HBO2 at the same time as the source gas in the gas source silicon molecular beam epitaxial growth method to dope the epitaxial layer with boron. The present invention provides a method for forming a silicon epitaxial film selectively doped with boron only in the exposed silicon portion of silicon partially covered with a film material by taking advantage of the fact that it can grow.
(作用)
ガスソースシリコン分子線エピタキシャル成長では成長
中の真空度は1O−5Torr以下であり、このような
高真空下では気体は基板温度と熱平衡状態にない。また
気体分子同士の衝突確率も極めて小さい。このため気相
中で気体分子が解離して基板にいたる通常の化学気相反
応成長法における成長過程は適用されない。ガスソース
シリコン分子線エピタキシャル成長では気体分子は全て
気相中で分解することなしに基板に到達する。この気体
分子は基板において熱エネルギーを受は取り解離吸着す
ることによって成長に寄与する。基板表面の解離吸着は
シリコン表面の化学的に活性なダングリングボンドと気
体分子の反応によって起こる。(Function) In gas source silicon molecular beam epitaxial growth, the degree of vacuum during growth is 10-5 Torr or less, and under such a high vacuum, the gas is not in thermal equilibrium with the substrate temperature. Also, the probability of collision between gas molecules is extremely small. For this reason, the growth process in the usual chemical vapor phase reaction growth method, in which gas molecules dissociate in the gas phase and reach the substrate, cannot be applied. In gas source silicon molecular beam epitaxial growth, all gas molecules reach the substrate without being decomposed in the gas phase. These gas molecules contribute to growth by receiving thermal energy on the substrate and dissociating and adsorbing them. Dissociative adsorption on the substrate surface occurs due to the reaction between chemically active dangling bonds on the silicon surface and gas molecules.
この解離吸着過程に必要な活性なダングリングボンドは
清浄なシリコン表面に・は存在するが酸化膜上には存在
しない。従ってガスソースシリコン分子線エピタキシャ
ル成長法において部分的に酸化膜で覆われたシリコン基
板に対°しシリコン露出部分だけに選択的にシリコンエ
ピタキシャル膜を形成することが可能となる。ガスソー
スシリコン分子線成長法による選択成長中に同時にボロ
ンをシリコン基板に供給した場合には選択エピタキシャ
ル成長部分にボロンドープ出来る。ボロンドーピングは
HBO2をクヌードセンセルによって蒸発させることに
より行う。HBO2を用いるのはボロン自体の蒸気圧は
低すぎてクヌードセンセルからドーピングを行えないた
めである。HBO2はボロンより3桁程度高い蒸気圧を
有する。HBO2をボロンドーピングに用いた場合には
これはクヌードセンセルからHBO2の形で基板に飛来
し、基板表面において解離してBが表面に吸着する。こ
の過程においても解離吸着を支配するのは表面のダング
リングボンドである。このため先に述べたガスソースシ
リコン分子線成長法において選択成長が可能であるのと
同じ理由によりHBO2を用いたボロンドーピングは酸
化膜などのパターンをもったシリコン基板に対しシリコ
ン開口部分だけに選択的におこる。従ってガスソースシ
リコン分子線成長法でHBO2を用いてボロンドーピン
グを行った場合にはボロンドープ層の選択成長が可能と
なる。The active dangling bonds necessary for this dissociation and adsorption process exist on the clean silicon surface, but not on the oxide film. Therefore, in the gas source silicon molecular beam epitaxial growth method, it is possible to selectively form a silicon epitaxial film only on exposed silicon parts of a silicon substrate partially covered with an oxide film. If boron is simultaneously supplied to the silicon substrate during selective growth by gas source silicon molecular beam growth, the selective epitaxial growth portion can be doped with boron. Boron doping is performed by evaporating HBO2 using a Knudsen cell. HBO2 is used because the vapor pressure of boron itself is too low to be doped from a Knudsen cell. HBO2 has a vapor pressure about three orders of magnitude higher than boron. When HBO2 is used for boron doping, it flies from the Knudsen cell to the substrate in the form of HBO2, dissociates on the substrate surface, and B is adsorbed to the surface. In this process as well, it is the dangling bonds on the surface that govern the dissociation and adsorption. For this reason, for the same reason that selective growth is possible in the gas source silicon molecular beam growth method mentioned earlier, boron doping using HBO2 is selected only for silicon openings on a silicon substrate with a pattern such as an oxide film. It happens. Therefore, when boron doping is performed using HBO2 in the gas source silicon molecular beam growth method, selective growth of a boron-doped layer becomes possible.
(実施例)
以下図面を用いて本発明について説明する。第1図は、
本発明の詳細な説明するためのガスソースシリコン分子
線成長装置の概要図である。基板は4インチn型5i(
100)ウェハー1を用いた。この基板はガスソースシ
リコン分子線成長装置2にロードされる。このシリコン
基板に対して超高真空のシリコン分子線成長装置内で基
板裏側のヒーター3により900°C110分間の加熱
を行う。このプロセスによって清浄な5i(100)表
面が得られる。表面の清浄さは高速電子銃4と蛍光スク
リーン5で構成される反射高速電子線回折装置の回折パ
ターンにおいて清浄な5i(100)面に特徴的な2×
1表面超構造が観察されることで確認した。この清浄な
表面に対してシリコン基板630°Cに保ってシリコン
成長のソースガスであるジシランをガスセル6から供給
する。ボロンドーピングのためにはHBO2クヌードセ
ンセル7を用いる。HBO2セルの温度は700°Cと
した。サブチェンバー8に供給されるジシランガス流量
は41secmとした。基板に対してはこのうちの一部
が照射される。ガスセルから基板に向かって照射される
ガス流量は〜lsecmである。(Example) The present invention will be described below using the drawings. Figure 1 shows
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas source silicon molecular beam growth apparatus for explaining the present invention in detail. The board is a 4 inch n-type 5i (
100) Wafer 1 was used. This substrate is loaded into a gas source silicon molecular beam growth apparatus 2. This silicon substrate is heated at 900° C. for 110 minutes using a heater 3 on the back side of the substrate in an ultra-high vacuum silicon molecular beam growth apparatus. This process results in a clean 5i (100) surface. The cleanliness of the surface is 2×, which is characteristic of a clean 5i (100) plane, in the diffraction pattern of a reflection high-speed electron diffractometer consisting of a high-speed electron gun 4 and a fluorescent screen 5.
This was confirmed by the observation of a 1-surface superstructure. Disilane, which is a source gas for silicon growth, is supplied from the gas cell 6 to this clean surface of the silicon substrate while maintaining the temperature at 630°C. HBO2 Knudsen cell 7 is used for boron doping. The temperature of the HBO2 cell was 700°C. The disilane gas flow rate supplied to the subchamber 8 was 41 seconds. A part of this is irradiated onto the substrate. The gas flow rate irradiated from the gas cell toward the substrate is ~lsecm.
第2図に以上の方法によって部分的にlpmの酸化膜に
よって覆われた5L(100)基板上に作成した膜厚0
.4μmのエピタキシャル膜の表面および断面の2次電
子走査顕微鏡観察の結果を示す。図から明らかなように
ボロンドーピングを行った場合でもシリコンの開口部に
だけ選択的にエピタキシャル膜が成長していることがわ
かる。Figure 2 shows a film with a thickness of 0 created on a 5L (100) substrate partially covered with an lpm oxide film by the above method.
.. The results of secondary electron scanning microscopy observation of the surface and cross section of a 4 μm epitaxial film are shown. As is clear from the figure, even when boron doping is performed, the epitaxial film grows selectively only in the silicon openings.
第3図は第2図で得られた部分的に酸化膜で覆われたn
型5i(100)基板上に選択成長させたボロンドープ
p型シリコンエピタキシャル膜と基板で構成されたp−
nダイオードの電流電圧特性をしめしたものである。図
から明らかな様に本方法を用いて得られたエピタキシャ
ル膜は良好なp−nダイオード特性を示す。これからシ
リコン開口部に選択的にボロンドープされたエピタキシ
ャル膜が得られていることがわかる。Figure 3 shows the partially covered n with oxide film obtained in Figure 2.
Type 5i (100) A p-
This figure shows the current-voltage characteristics of an n-diode. As is clear from the figure, the epitaxial film obtained using this method exhibits good pn diode characteristics. It can be seen from this that an epitaxial film is obtained in which the silicon openings are selectively doped with boron.
なお、本発明の有効性は、基板温度600°C〜700
°Cの範囲で確認された。またガスソースとしてはジシ
ランガスのみならずSiH4,5i3HBなどのシラン
系ガスでも良いし、5iH2CI2などのハロゲンシラ
ン系ガスなどであっても良い。また、マスクに用いた膜
材は酸化膜に限らず窒化膜などシリコン以外の膜材であ
れば良い。Note that the effectiveness of the present invention is determined when the substrate temperature is 600°C to 700°C.
Confirmed in the °C range. Further, the gas source may be not only disilane gas but also silane gas such as SiH4, 5i3HB, or halogen silane gas such as 5iH2CI2. Further, the film material used for the mask is not limited to an oxide film, but may be any film material other than silicon, such as a nitride film.
(発明の効果)
以上詳しく説明したように本発明によれば、シリコン表
面の化学的に活性なダングリングボードと原料号子との
反応によってボロンドープのシリコン層が成長するので
部分的に膜材で覆われたシリコンに対しシリコン露出部
分だけに選択的にボロンドープしたシリコン層の形成が
可能となる。(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, a boron-doped silicon layer grows due to the reaction between the chemically active dangling board on the silicon surface and the raw material, so that the silicon layer is partially coated with the film material. It becomes possible to form a silicon layer selectively doped with boron only in the exposed silicon portions of the covered silicon.
第1図は本発明の詳細な説明するためのガスソース方式
のシリコン分子線エピタキシャル成長装置の装置概略図
、第2図は本発明の実施例で作製した選択的にボロンド
ープしたシリコンエピタキシャル膜の断面の2次電子走
査顕微鏡写真の模式図、第3図は実施例で作製したボロ
ンドープp型ジノコンエピタキシャル膜と基板で構成さ
れたp−nダイオードの電流電圧特性を示す図である。
図において1は4インチn型5i(100)基板、2は
シリコン分子線成長装置、3は基板ヒーター、4は反射
高速電子線回折用高速電子銃、5は反射高速電子線回折
パターン観測用蛍光スクリーン、6はガスセル、7はH
BO2クヌードセンセル、8はサブチェンバー、9は5
i02.10はBドープ選択エピタキシャル膜である。FIG. 1 is a schematic diagram of a gas source type silicon molecular beam epitaxial growth apparatus for explaining the present invention in detail, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a selectively boron-doped silicon epitaxial film produced in an example of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram of a secondary electron scanning micrograph, and is a diagram showing the current-voltage characteristics of a pn diode composed of a boron-doped p-type dinocone epitaxial film and a substrate prepared in an example. In the figure, 1 is a 4-inch n-type 5i (100) substrate, 2 is a silicon molecular beam growth device, 3 is a substrate heater, 4 is a high-speed electron gun for reflective high-speed electron beam diffraction, and 5 is a fluorescent light for reflective high-speed electron diffraction pattern observation. Screen, 6 is gas cell, 7 is H
BO2 Knud Sensel, 8 is subchamber, 9 is 5
i02.10 is a B-doped selective epitaxial film.
Claims (1)
シリコン分子線エピタキシャル成長法によりシリコンを
成長させると同時にHBO_2を用いてボロンドープす
ることを特徴とする選択的ボロンドープ層の形成方法。(1) A method for forming a selective boron-doped layer, which comprises growing silicon on silicon partially covered with a film material by gas source silicon molecular beam epitaxial growth and simultaneously doping boron using HBO_2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11633189A JPH02296797A (en) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | Formation of selective boron-doped layer |
Applications Claiming Priority (1)
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JP11633189A JPH02296797A (en) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | Formation of selective boron-doped layer |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02296797A true JPH02296797A (en) | 1990-12-07 |
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ID=14684322
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JP11633189A Pending JPH02296797A (en) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | Formation of selective boron-doped layer |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH02296797A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62296523A (en) * | 1986-06-17 | 1987-12-23 | Matsushita Electronics Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPS63137414A (en) * | 1986-11-28 | 1988-06-09 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor thin film |
JPS649890A (en) * | 1987-07-01 | 1989-01-13 | Nec Corp | Apparatus for molecular beam growth |
-
1989
- 1989-05-09 JP JP11633189A patent/JPH02296797A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS62296523A (en) * | 1986-06-17 | 1987-12-23 | Matsushita Electronics Corp | Manufacture of semiconductor device |
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