JPH03135013A - ドーピング用化合物製造方法及びドーピング方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を使用するシリ
コン皮膜用のドーピング法に関するものテアリ、特に、
シリコンＭＢＥのための新規なホウ素ドーピング源に関
するものである。

Ｂ、従来の技術およびその課題 オオターｊ−ウスヶ（Ｏｔａ、　Ｙｕｓｕｋｅ）の論文
、「広範囲のドーピング制御を伴うシリコン分子線エピ
タキシ（Ｎ十上にＮ）　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒＢｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ　　（Ｎ　ｏｎ　Ｈ
＋）　ｗｉｔｈ　Ｗｉｄｅ　ＲａｎｇｅＤｏｐｉｎｇ　
Ｃｏｎｔｒｏｌ）Ｊ　Ｎ　Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍ、　ＳＯＣ，）Ｖｏｌ、１２４、Ｎｏ、１１．１９７
７年、ｐｐ。

１７９５〜１８０２によれば、Ｓｉ単結晶皮膜を超高真
空中で、分子線エピタキシ技術により形成する。チロク
ラルスキー法で成長させたｎ＋型（ｐ≦０．００３Ω−
ｃｍ）の結晶面が（１１１）または（１００）の基板上
に、アンチモンをドーピングしたエピタキシャル皮膜を
６００〜１０５０’Ｃで成長させる。皮膜のドーピング
は１０１３〜１０”／ｃｍ３に制御する。またホウ素を
ドーピングした原料からｎ′″基板上にｐ型エピタキシ
ャル皮膜を成長させる。透過型電子顕微鏡検査および優
先転位エツチングにより、エピタキシャル皮膜は転位の
少ない高品質の単結晶であることが分かった。このエピ
タキシャル皮膜の電気特性はバルク様である。これらの
皮膜上にｐ　＋　　ｎ−ｎ　＋ダイオードを形成したと
ころ、逆もれ電流が低く、急激なブレイクダウンを示し
た。これらのダイオードは、ミリメートル波の周波数で
良好に作動する。

Ａ、Ａ、クビアック（Ｋｕｂｉａｋ）他の論文「ホウ素
およびアンチモンを共蒸発ドーパントとしてシリコンＭ
ＢＥに使用した付着係数の増大およびプロファイル制御
の改善（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＳｔｉｃｋｉｎｇＣｏｅｆ
ｆｉｃｉｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｐｒｏ
ｆｉｌｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊｓｉｎｇ　Ｂｏｒｏｎ　
ａｎｄ　Ａｎｔｉｍｏｎｙ　ａｓ　Ｃｏｅｖａｐｏｒａ
ｔｅｄＤｏｐａｎｔｓ　ｉｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ−ＭＢＥ
）　Ｊ　、Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ。

Ｔｅｃｈｎｏｌ、、　Ｂ）、ＶＯ１，Ｂ３、Ｎｏ、　２
．１９８５年、ｐｐ、５９２〜５９５によれば、シリコ
ンＭＢＥで共蒸発ドーパントを使用すると、ドーピング
が不十分になり、プロファイル制御がうまく行なわれな
い。しかし、ｐ型ドーパント用に１つ、ｎ型ドーパント
用に１つ、２つの新しい方法が開発され、これらの問題
が軽減される。共蒸発したホウ素（ｐ型）は、ソース・
セルの温度を変化させる従来のＭＢＥ法を用いて良好な
ドーピングおよびプロファイル制御を行なうことができ
る、簡単な取り込み機構を有する。ｎ型のドーピングに
ついては、アンチモンの取り込み効率を高める方法（電
位強化ドーピング）が発見され、これもプロファイル制
御に理想的である。この方法で最高１０００倍の強化が
達成された。バルク様の易動度を有する材料が、ｐ型ド
ーピングではｌＸ１０１５ないし８Ｘ１０１９ｃｍ−３
の範囲で、ｎ型では最高３Ｘ１０１９ｃｍ−３までの範
囲で得られる。１００オングストローム／　ｄ　ｅ　ｃ
　ａ　ｄ　ｅ以下までの極端にシャープなドーピング遷
移が得られた。

従来の技術に関するその他の参照文献には下記のものが
ある。

米国特許第４３１７６８０号明細書は、半導体デバイス
中にｐ導電型の領域を形成させる拡散源と、このような
拡散源を生成する方法を対象としている。この拡散源は
、純粋なシリコンの粉末中にｐ型の不純物を拡散させた
ものである。

米国特許第３５５８３７８号明細書には、気状ドーパン
トや再結合センタ等の異物を溶融した半導体の近傍に導
入することにより、その異物を半導体に含有させる制御
された方法が記載されている。

米国特許第３９４９１１９号明細書には、アルシンおよ
びジボランを含有するガスを衝突させることによって、
ドーピング不純物をホモエピタキシャル・シリコン皮膜
に取り込む制御された方法が記載されている。

米国特許第４４４７２７６号明細書には、ＧａＡｓ等の
結晶半導体を成長させる方法が記載されている。この方
法は、気相からのエピタキシャル成長に関するもので、
イオウ等のドーパント材料を分子線の形で与えるもので
ある。分子線は、クヌーセン・セルからの噴散により発
生させる。このようなセルとしてイオウを使用する場合
の従来の問題点は、イオウ源として電気化学セルを使用
することにより対処している。この方法によれば１複雑
なドーピング・プロファイルが形成できる・Ｃ０課題を
解決するための手段 シリコンＭＢＥ法の利点の１つは、はとんど原子レベル
の濃度の断絶を有するｎ型およびｐ型にドーピングした
皮膜を得ることができることである。しかし、このドー
ピング能力は、シリコンに関連したＭＢＥに使用するこ
とができるドーパントの選択が限られているために損な
われる。ｐ型成膜用の最も普及したドーパントはホウ素
であるが、ホウ素は噴散させるのに３０００℃以上の温
度を必要とするが、これは他の不純物レベルを低く保つ
ことができないため、超高真空（ＵＨＶ）法には適合し
ないので、元素ドーピング源として使用で゛きない。ホ
ウ素は電子線蒸着法により、直接蒸着させることができ
るが、シリコンのドーピングに必要なフラックスの制御
は不可能である。

ガリウムやおよびインジウム等の、他のｐ型ドーパント
は、シリコンの帯域ギャップが深過ぎ、シリコンへの溶
解度が比較的低い。イオン・ビーム・ドーピングが使用
可能であるが、非常に複雑である。Ｂ２Ｏ３等の化合物
ホウ素源は、通常使用するＭＢＥ成長温度では皮膜の酸
化物による汚染が多過ぎる。

このように、シリコンまたは関連する金属および合金の
ドーピング用の簡単なホウ素源が必要とされる。

本発明の目的は、ハース内でシリコンとホウ素を混合し
、ハース内でシリコンとホウ素を溶融する工程を含む、
半導体をドーピングするためのシリコンとホウ素の化合
物を製造する方法を提供することにある。

本発明の目的には、電子線によりシリコンとホウ素を溶
融してシリコンとホウ素の化合物を製造する方法を提供
することも含まれる。

本発明の目的には、シリコンのような半導体または関連
する金属および合金をドーピングするのに使用されるシ
リコンとホウ素の化合物を提供することも含まれる。

Ｄ、実施例 製造が容易で、ＵＨＶ処理条件での使用が簡単な、効果
的で、極めて安定なホウ素源を開示する。

このホウ素源を製造する方法は、電子線蒸着装置のハー
ス内で、ホウ素を融点の高い元素半導体材料、好ましく
はシリコンと化合物を形成させる。

シリコンを溶融し、これにホウ素を溶解し、この溶液を
急冷することにより、ホウ素のシリコンへの過飽和溶液
が生成する。ホウ素は高純度のものが必要で、制御され
た条件および中程度の電力レベルでは、粒状結晶の形態
のものでよい。この得られたシリコン・ホウ素化合物源
からシリコンを蒸発させると、ハースの中央の溶融合金
のプールから汚染のないシリコンが蒸発する。ホウ素は
液相中に分離され、この溶融相からプールから蒸発して
いる蒸気相への分離が起こる。ホウ素は、複雑な動力学
的機構なしに、Ｓｉｓ　Ｇｅｓ　Ｓｔ　−Ｇｅ合金や金
属等の成長中の層中にドーパントとして取り込まれる。

さらに、１０２０を超える極めて高い濃度のホウ素が容
易に得られる。このような極めて高い濃度レベルが、ド
ープ層に酸素、窒素、タンタル等による汚染が生じるこ
となく得られる。

本発明の方法は、シリコンの代りに、高融点の元素半導
体材料としてゲルマニウムを使ってホウ素との化合物を
得るのにも使用される。さらに、本発明のホウ素・シリ
コン源から得られるドーピング・レベルは、基板温度の
影響を受けない。

本発明の方法では、周知の分子線エピタキシャル（ＭＢ
Ｅ）成長技術を使用して、新規のホウ素源からホウ素を
ドーピングしたシリコン皮膜を形成させる。ＭＢＥでは
、付着させる材料の分子線を噴散源から基捩上に照射す
る。噴散源は、高真空に減圧する間、ハースを加熱する
手段を設けた、オリフィスを備えた閉鎖したチェンバ内
のハース中に置く。このチェンバに、オリフィスを通っ
て噴散し、ターゲットに付着させる、蒸気の発生源を収
納する。

分子線エピタキシ法は、ドーパントを半導体ターゲット
材料に取り込むのに一般に使用され、ドーパントも分子
線として与えられる。

本発明は、発生源材料の制御された蒸発によって生成さ
れる分子線を使用して、ターゲット基板にエピタキシャ
ル付着させることにより、気相から固体材料を成長させ
る方法を提供する。

図を参照すると、図は、まずホウ素とシリコン等の新規
のソース材料の合金を生成する手段と、ソース材料を蒸
発させ、電子線エピタキシャル法を使用してこれを基板
にドーピングする手段を示す。図で、電子エミッタ１０
は、高エネルギー電子の電子線１２を発生し、高純度の
粒状結晶のホウ素に向けて衝突させる。電子線１２をシ
リコンにも当てて、ホウ素・シリコン溶融物１４を生成
する。溶融物１４は、これを保持するキャビティ１６を
有する電子線蒸着装置１８のハース内で生成される。

上記のようにして形成したシリコン・ホウ素化合物は、
半導体ターゲットのドーピングのために、ＭＢＥ法で噴
散源として使用される。従来のＭＢＥ法の構造および技
術を使用して、シリコン・ホウ素溶融物１４を、ホウ素
とシリコンの粒子の分子線２０としてターゲット２２に
向けて照射する。

ホウ素・シリコン溶融物中のホウ素の比率は重要ではな
い。ホウ素の濃度と蒸発速度を必要に応じて選択するこ
とにより、広い範囲でターゲット２２のドーピング付着
が行なえる。

上記の本発明の方法は、汚染が全くまたは僅かしかない
ように、超高真空下で行なう。

ターゲット２２は、通常１カ所に固定するが、ドーピン
グをさらに均一にするために、回転式の機構（図示せず
）上に置いてもよい。

図では、電子線源１０は、電子線１２がレンズや合焦素
子等の電子線装置によって方向を案内されるように、蒸
発装置１８に対して横方向に置かれている。当業者には
、他の構造も可能であることが理解できるはずである。

たとえば、電子源１０をハース１６上に、ターゲット２
２をハース１８の上面に平行に置くこともできる。

以上、本発明を特定の好ましい実施例について具体的に
説明したが、上記の説明から、多くの改変、修正および
変更が可能であることは明らがである。したがって、上
記の改変、修正および変更も本発明の原理および範囲内
に含まれるものである。

Ｅ０発明の効果 本発明により、シリコンまたは関連する金属および合金
のドーピング用の簡単なホウ素源を提供する技術が達成
された。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の実施例を示す概略図である。 １０・・・・電子源、１２・・・・電子線、１４・・・
・ホウ素・シリコン溶融物、１６・・・・ハース、１８
・・・・電子線蒸着装置、２０・・・・分子線、２２・
・・・ターゲット。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体をドーピングするための、ホウ素と高融点
   の元素半導体材料との化合物を製造する方法において、 ホウ素と上記の元素半導体材料をハース内で混合するス
   テップと、上記ハース内で上記の元素半導体材料とホウ
   素を溶融し急冷することにより、上記のホウ素と上記の
   元素半導体材料との化合物を製造するステップとを含む
   ことを特徴とするドーピング用化合物製造方法。
2. （２）上記の元素半導体材料とホウ素の上記の溶融を、
   電子線によって行なうことを特徴とする、請求項（１）
   に記載の方法。
3. （３）上記の元素半導体材料がシリコンであり、上記の
   ハースでシリコンとホウ素の化合物を形成することを特
   徴とする、請求項（１）に記載の方法。
4. （４）基板をドーピングする方法において、（ａ）請求
   項（１）に記載の方法で製造した化合物を使用するステ
   ップと、 （ｂ）ハース内で上記化合物を付着させるステップと、 （ｃ）上記化合物上に電子線を照射して上記化合物を蒸
   発させ、分子線を形成させるステップと、（ｄ）蒸発し
   たホウ素と元素半導体材料の分子線を上記基板の表面に
   当てて、上記基板を上記ホウ素によりドーピングするス
   テップと を含むことを特徴とするドーピング方法。
5. （５）上記元素半導体材料がシリコンであり、上記基板
   がシリコンからなることを特徴とする、請求項（４）に
   記載の方法。
6. （６）上記基板がゲルマニウムからなることを特徴とす
   る、請求項（４）に記載の方法。
7. （７）上記基板がシリコンとゲルマニウムの化合物から
   なることを特徴とする、請求項（４）に記載の方法。
8. （８）上記元素半導体材料がゲルマニウムであることを
   特徴とする、請求項（１）に記載の方法。