JPH03290395A - ガスソース分子線エピタキシャル成長装置 - Google Patents
ガスソース分子線エピタキシャル成長装置Info
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- JPH03290395A JPH03290395A JP9158890A JP9158890A JPH03290395A JP H03290395 A JPH03290395 A JP H03290395A JP 9158890 A JP9158890 A JP 9158890A JP 9158890 A JP9158890 A JP 9158890A JP H03290395 A JPH03290395 A JP H03290395A
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- doping gas
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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）
本発明はガスソース分子線エピタキシャル成長における
ドーピングに関する。
ドーピングに関する。
（従来の技術）
ガスソース分子線エピタキシャル成長法ではエピタキシ
ャル成長におけるドーピングは希釈されたガス状のドー
ピング物質を成長中にガスセルから基板に供給すること
でドーピングを行っている。この時従来はドーピング量
は成長中に供給する希釈されたドーピングガスのガス流
量をマスフローコントローラーで変化させることで制御
していた。
ャル成長におけるドーピングは希釈されたガス状のドー
ピング物質を成長中にガスセルから基板に供給すること
でドーピングを行っている。この時従来はドーピング量
は成長中に供給する希釈されたドーピングガスのガス流
量をマスフローコントローラーで変化させることで制御
していた。
（発明が解決しようとする課題）
ドーピングガスの流量を制御するマスフローコントロー
ラーはその最大流量の１％程度までの流量制御が可能で
ある。一方ドーピング濃度は成長中に供給するドーピン
グガスの流量に比例する。
ラーはその最大流量の１％程度までの流量制御が可能で
ある。一方ドーピング濃度は成長中に供給するドーピン
グガスの流量に比例する。
従って従来の方法ではドーピング濃度は希釈されたドー
ピングガスの希釈率と、そのマスフローコントローラー
による流量によって決定される。従来の方法ではドーピ
ングガスの希釈率は予め用意したボンベに充填したドー
ピングガスの希釈率によって決定され、−旦ドーピング
ガスポンベをつなぎこんだ後ではドーピングガスの希釈
率は変更できない。しかもその流量はマス７０−コント
ローラーの制御範囲である２オーダーでしか制御できな
いため、高々２桁程度のドーピング量制御しかできなか
った。しかし半導体デバイス用のエピタキシャル成長を
行う上ではさらに幅広い範囲でのドーピング量の制御が
要求される。
ピングガスの希釈率と、そのマスフローコントローラー
による流量によって決定される。従来の方法ではドーピ
ングガスの希釈率は予め用意したボンベに充填したドー
ピングガスの希釈率によって決定され、−旦ドーピング
ガスポンベをつなぎこんだ後ではドーピングガスの希釈
率は変更できない。しかもその流量はマス７０−コント
ローラーの制御範囲である２オーダーでしか制御できな
いため、高々２桁程度のドーピング量制御しかできなか
った。しかし半導体デバイス用のエピタキシャル成長を
行う上ではさらに幅広い範囲でのドーピング量の制御が
要求される。
本発明の目的は以上に述べたように従来のガスドーピン
グ法では不可能な極めて広い範囲でドーピング量を制御
できるガスソース分子線エピタキシャル成長装置を提供
することである。
グ法では不可能な極めて広い範囲でドーピング量を制御
できるガスソース分子線エピタキシャル成長装置を提供
することである。
（課題を解決するための手段）
すなわち本発明ではドーピングガスポンベ、希釈用ガス
ボンベを用意し、それぞれのガスを独立のマスフローコ
ントローラーを通して独自の排気系を持つサブチェンバ
ーに供給し、さらにそのサブチェンバーからマスフロー
コントロラーヲ通してガスセルのドーピングガスを供給
することによって、ドーピングガス流量を極めて広い流
量範囲で制御し、供給する。
ボンベを用意し、それぞれのガスを独立のマスフローコ
ントローラーを通して独自の排気系を持つサブチェンバ
ーに供給し、さらにそのサブチェンバーからマスフロー
コントロラーヲ通してガスセルのドーピングガスを供給
することによって、ドーピングガス流量を極めて広い流
量範囲で制御し、供給する。
（作用）
本発明では１００％のドーピングガスとそれを希釈する
ための希釈ガスを独立に準備する。これらのガスはそれ
ぞれマスフローコントローラーを通してサブチェンバー
に供給される。これらのガスはサブチェンバーにおいて
混合される。以下説明を簡単にするためにドーピングガ
スラインのマスフローコントローラーを具体的に最大流
量１ｓｅｃｍ、希釈ガスラインのマスフローコントロー
ラーを最大流量１０１００５ｅ対応のものとする。サブ
チェンバーにおけるドーピングガスの希釈率はサブチェ
ンバーに供給されるドーピングガスの流量と希釈ガスの
流量の比によって決定される。マスフローコントローラ
ーの制御範囲はその最大流量の１％程度である。一方こ
の方式で制御できるドーピングガスの希釈率は 希釈率＝ （ドーピングガス流量）／（希釈ガス＋ドー
ピングガス流量） で決定される。このとき最大のドーピングガス希釈率は
希釈ガス流量＝Ｏのとき与えられて１００％となる。一
方最小のドーピングガス希釈率はドーピングガス流量を
マスフローコントローラーで制御できる最小値に設定し
、希釈ガス流量は最大値に設定した場合に与えられる。
ための希釈ガスを独立に準備する。これらのガスはそれ
ぞれマスフローコントローラーを通してサブチェンバー
に供給される。これらのガスはサブチェンバーにおいて
混合される。以下説明を簡単にするためにドーピングガ
スラインのマスフローコントローラーを具体的に最大流
量１ｓｅｃｍ、希釈ガスラインのマスフローコントロー
ラーを最大流量１０１００５ｅ対応のものとする。サブ
チェンバーにおけるドーピングガスの希釈率はサブチェ
ンバーに供給されるドーピングガスの流量と希釈ガスの
流量の比によって決定される。マスフローコントローラ
ーの制御範囲はその最大流量の１％程度である。一方こ
の方式で制御できるドーピングガスの希釈率は 希釈率＝ （ドーピングガス流量）／（希釈ガス＋ドー
ピングガス流量） で決定される。このとき最大のドーピングガス希釈率は
希釈ガス流量＝Ｏのとき与えられて１００％となる。一
方最小のドーピングガス希釈率はドーピングガス流量を
マスフローコントローラーで制御できる最小値に設定し
、希釈ガス流量は最大値に設定した場合に与えられる。
具体的にはドーピングガスラインのマスフローコントロ
ーラーで制御できる最小流量は最大流量１ｓｅｃｍの１
％、すなわち０、Ｏｌｓｅｃｍである。また希釈ガスラ
インのマスフローコントローラーの最大流量は１０１０
０５ｅであるから、このときのドーピングガスの最小の
希釈率は０．０００１％である。最大の希釈率１００％
と最小の希釈率０．０００１％の間に任意の希釈率はド
ーピングガスラインと希釈ガスラインのマスフローコン
トロラーの流量設定によって得ることができる。従って
本発明によればドーピングガスの希釈りっを１００％か
ら０．０００１％という６桁という極めて広い範囲で変
化させることができる。
ーラーで制御できる最小流量は最大流量１ｓｅｃｍの１
％、すなわち０、Ｏｌｓｅｃｍである。また希釈ガスラ
インのマスフローコントローラーの最大流量は１０１０
０５ｅであるから、このときのドーピングガスの最小の
希釈率は０．０００１％である。最大の希釈率１００％
と最小の希釈率０．０００１％の間に任意の希釈率はド
ーピングガスラインと希釈ガスラインのマスフローコン
トロラーの流量設定によって得ることができる。従って
本発明によればドーピングガスの希釈りっを１００％か
ら０．０００１％という６桁という極めて広い範囲で変
化させることができる。
実際のドーピング量はドーピングガスの希釈率ではなく
、ガスセルから基板に向かって供給されるドーピングガ
スの流量に比例する。先の方式でサブチェンバーにおい
て希釈したドーピングガスを、サブチェンバーからガス
セルに向かって一定流量で供給すれば極めて広い範囲の
ドーピングガス量変化を実現することができる。このた
めにサブチェンバーには独立の排気機構を設け、サブチ
ェンバーからガスセルへ供給する分以外の余分なガスは
排気することによってサブチェンバーからガスセルに供
給する希釈ガスの流量を一定に保つ。この方式を用いれ
ば大幅なドーピングレンジの変更にも瞬時に対応するこ
とができる。すなわち具体的には初めに希釈ガスを流さ
ずにドーピングガスだけを流して高濃度ドーピングを行
ったあと、ドーピングガスを希釈して低濃度ドーピング
を行う場合には、独立な排気機構を持つサブチェンバー
を使用しない場合には高濃度ドーピング時のドーピング
ガスが残留して低濃度時にメモリー効果が現れてしまう
。これを防ぐためには独立の排気機構を持つサブチェン
バーで常に排気を行い、高濃度ドーピングから低濃度ド
ーピング切り替え時等のドーピングガスの残留ガスを排
気する形で後に残らないようにして時間応答性の良い、
極めて広範囲のドーピング量の変化が可能となる。
、ガスセルから基板に向かって供給されるドーピングガ
スの流量に比例する。先の方式でサブチェンバーにおい
て希釈したドーピングガスを、サブチェンバーからガス
セルに向かって一定流量で供給すれば極めて広い範囲の
ドーピングガス量変化を実現することができる。このた
めにサブチェンバーには独立の排気機構を設け、サブチ
ェンバーからガスセルへ供給する分以外の余分なガスは
排気することによってサブチェンバーからガスセルに供
給する希釈ガスの流量を一定に保つ。この方式を用いれ
ば大幅なドーピングレンジの変更にも瞬時に対応するこ
とができる。すなわち具体的には初めに希釈ガスを流さ
ずにドーピングガスだけを流して高濃度ドーピングを行
ったあと、ドーピングガスを希釈して低濃度ドーピング
を行う場合には、独立な排気機構を持つサブチェンバー
を使用しない場合には高濃度ドーピング時のドーピング
ガスが残留して低濃度時にメモリー効果が現れてしまう
。これを防ぐためには独立の排気機構を持つサブチェン
バーで常に排気を行い、高濃度ドーピングから低濃度ド
ーピング切り替え時等のドーピングガスの残留ガスを排
気する形で後に残らないようにして時間応答性の良い、
極めて広範囲のドーピング量の変化が可能となる。
（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
エピタキシャル成長装置の概要説明図である。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エピタキシャル成長装置
２にロードされる。このシリコン基板に対して超高真空
のシリコン分子線エピタキシャル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（ＲＨＥＥＤ）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表面超構造が観測されることで確証した。こ
の清浄な表面に対してシリコン成長のソースガスである
ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）６をソースガスセルフから供給
する。ソースガスセルフに供給されるジシランガス流量
はソースガスラインのマスフローコントローラー８によ
って２．０ｓｅｃｍに設定した。基板に対してはこのジ
シランソースガスおよびドーピングガスが照射される。
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
エピタキシャル成長装置の概要説明図である。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エピタキシャル成長装置
２にロードされる。このシリコン基板に対して超高真空
のシリコン分子線エピタキシャル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（ＲＨＥＥＤ）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表面超構造が観測されることで確証した。こ
の清浄な表面に対してシリコン成長のソースガスである
ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）６をソースガスセルフから供給
する。ソースガスセルフに供給されるジシランガス流量
はソースガスラインのマスフローコントローラー８によ
って２．０ｓｅｃｍに設定した。基板に対してはこのジ
シランソースガスおよびドーピングガスが照射される。
成長中の基板温度は６３０°Ｃとした。本実施例ではド
ーピングガスとしてジボラン（Ｂ２Ｈ６）９を用いボロ
ンドーピングを行った。ドーピングガスの希釈ガスとし
ては成長のソースガスと同じジシラン１゜を用いる。ジ
ボランおよび希釈用ジシランはそれぞれドーピングガス
ラインのマスフローコントローラ１１（最大流量１ｓｅ
ｃｍ）および希釈ガスラインのマスフローコントローラ
ー１２（最大流量１００１００５ｅによって流量を制御
されサブチェンバー１３に供給される。サブチェンバー
は独自にターボ分子ポンプ１４によって排気される。サ
ブチェンバーの真空度は真空計１５によってモニターさ
れる。またサブチェンバーからドーピング用ガスセルへ
の流量はマスフローコントローラー１６によって０．１
ｓｅｃｍに設定されている。ドーピングガスの希釈率は
サブチェンバーに流入するドーピングガスおよび希釈用
ガスの流量をマスフローコントローラーテ制御すること
によって設定できる。この時には（作用）の項で述べた
ようにジボラン１００％からジシラン希釈ジボラン０．
０００１％の範囲の希釈ガスをサブチェンバーで作るこ
とができる。このガスは一部はサブチェンバーで排気さ
れ、残りがマスフローコントローラー１６によってドー
ピング用ガスセルに供給される。サブチェンバーの真空
度は０．０１Ｔｏｒｒになるようにターボ分子ポンプ１
４の排気速度は設定されている。なお成長中のガスソー
ス分子線エピタキシャル装置の成長室真空度はＩ Ｘ
１Ｏ−６Ｔｏｒｒであった。様々なドーピングガスおよ
び希釈ガスの組み合わせで各１時間の成長を行い、その
ときのドーピング量をホールに測定によって評価した結
果を第２図に示す。図から明らかなように本実施例では
４×１０２０ｃｍ３から３ Ｘ １０１１０ｌ５という
極めて広い範囲のポロンドーピングをガスドーピングで
実現できた。
ーピングガスとしてジボラン（Ｂ２Ｈ６）９を用いボロ
ンドーピングを行った。ドーピングガスの希釈ガスとし
ては成長のソースガスと同じジシラン１゜を用いる。ジ
ボランおよび希釈用ジシランはそれぞれドーピングガス
ラインのマスフローコントローラ１１（最大流量１ｓｅ
ｃｍ）および希釈ガスラインのマスフローコントローラ
ー１２（最大流量１００１００５ｅによって流量を制御
されサブチェンバー１３に供給される。サブチェンバー
は独自にターボ分子ポンプ１４によって排気される。サ
ブチェンバーの真空度は真空計１５によってモニターさ
れる。またサブチェンバーからドーピング用ガスセルへ
の流量はマスフローコントローラー１６によって０．１
ｓｅｃｍに設定されている。ドーピングガスの希釈率は
サブチェンバーに流入するドーピングガスおよび希釈用
ガスの流量をマスフローコントローラーテ制御すること
によって設定できる。この時には（作用）の項で述べた
ようにジボラン１００％からジシラン希釈ジボラン０．
０００１％の範囲の希釈ガスをサブチェンバーで作るこ
とができる。このガスは一部はサブチェンバーで排気さ
れ、残りがマスフローコントローラー１６によってドー
ピング用ガスセルに供給される。サブチェンバーの真空
度は０．０１Ｔｏｒｒになるようにターボ分子ポンプ１
４の排気速度は設定されている。なお成長中のガスソー
ス分子線エピタキシャル装置の成長室真空度はＩ Ｘ
１Ｏ−６Ｔｏｒｒであった。様々なドーピングガスおよ
び希釈ガスの組み合わせで各１時間の成長を行い、その
ときのドーピング量をホールに測定によって評価した結
果を第２図に示す。図から明らかなように本実施例では
４×１０２０ｃｍ３から３ Ｘ １０１１０ｌ５という
極めて広い範囲のポロンドーピングをガスドーピングで
実現できた。
なお本実施例ではボロンについて述べたが、リン、ヒ素
といったｎ型不純物でも同様の効果がある。また成長す
る膜もシリコンに限らすＧａＡｓ等の化合物半導体でも
よいことは明らがである。
といったｎ型不純物でも同様の効果がある。また成長す
る膜もシリコンに限らすＧａＡｓ等の化合物半導体でも
よいことは明らがである。
（発明の効果）
以上詳しく説明したように本発明によれば、ガスソース
分子線エピタキシャル成長において極めて広い範囲での
ガスドーピングが可能となる。
分子線エピタキシャル成長において極めて広い範囲での
ガスドーピングが可能となる。
第１図は本発明の実施例のガスソースシリコン分子線エ
ピタキシャル成長装置の概略図である。第２図は本発明
の実施例で行ったドーピングガスの希釈率とドーピング
濃度の関係を示す図である。 図において１は４インチｎ型５ｉ（１００）ウェハー、
２はガスソースシリコン分子線エピタキシャル成長装置
、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は反射電子線回折パターン観察用蛍光スクリー
ン、６はシリコンエピタキシャル成長のソースガスであ
るジシラン、７はソース用ガスセル、８はソースガスラ
インのマスフローコントローラー、９はジボランガス、
１ｏはドーピングガス希釈用のジシランガス、１１はド
ーピングガスラインのマスフローコントローラー、１２
は希釈ガスラインのマスフローコントローラー、１３は
サブチェンバー、１４はサブチェンバー排気用ターボ分
子ポンブ、１５はサブチェンバー用真空計、１６はサブ
チェンバーからドーピング用ガスセルまでのライン流量
制御用のマスフローコントローラーである。
ピタキシャル成長装置の概略図である。第２図は本発明
の実施例で行ったドーピングガスの希釈率とドーピング
濃度の関係を示す図である。 図において１は４インチｎ型５ｉ（１００）ウェハー、
２はガスソースシリコン分子線エピタキシャル成長装置
、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は反射電子線回折パターン観察用蛍光スクリー
ン、６はシリコンエピタキシャル成長のソースガスであ
るジシラン、７はソース用ガスセル、８はソースガスラ
インのマスフローコントローラー、９はジボランガス、
１ｏはドーピングガス希釈用のジシランガス、１１はド
ーピングガスラインのマスフローコントローラー、１２
は希釈ガスラインのマスフローコントローラー、１３は
サブチェンバー、１４はサブチェンバー排気用ターボ分
子ポンブ、１５はサブチェンバー用真空計、１６はサブ
チェンバーからドーピング用ガスセルまでのライン流量
制御用のマスフローコントローラーである。
Claims (1)
- （１）独立の排気機構を持つサブチェンバーにドーピン
グガスとその希釈ガスを別々にマスフローコントローラ
ーを介して導入し、サブチェンバーで混合した希釈ドー
ピングガスの一部をドーピング用ガスセルに供給するこ
とを特徴とするガスソース分子線エピタキシャル成長装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9158890A JP2643529B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | ガスソース分子線エピタキシャル成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9158890A JP2643529B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | ガスソース分子線エピタキシャル成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03290395A true JPH03290395A (ja) | 1991-12-20 |
| JP2643529B2 JP2643529B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=14030710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9158890A Expired - Lifetime JP2643529B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | ガスソース分子線エピタキシャル成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643529B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2698288A1 (fr) * | 1992-11-20 | 1994-05-27 | Air Liquide | Procédé d'alimentation gazeuse notamment en diborane et silane. |
| US5441893A (en) * | 1993-04-06 | 1995-08-15 | Matra Mhs | Method for monitoring the boron content of borophosphosilicate |
-
1990
- 1990-04-06 JP JP9158890A patent/JP2643529B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2698288A1 (fr) * | 1992-11-20 | 1994-05-27 | Air Liquide | Procédé d'alimentation gazeuse notamment en diborane et silane. |
| EP0599682A1 (fr) * | 1992-11-20 | 1994-06-01 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procédé d'alimentation gazeuse notamment en diborane et silane |
| US5447744A (en) * | 1992-11-20 | 1995-09-05 | L'air Liquide | Process for supplying a gas, especially of diborane and silane |
| US5441893A (en) * | 1993-04-06 | 1995-08-15 | Matra Mhs | Method for monitoring the boron content of borophosphosilicate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2643529B2 (ja) | 1997-08-20 |
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