JPH04127421A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH04127421A
JPH04127421A JP24951190A JP24951190A JPH04127421A JP H04127421 A JPH04127421 A JP H04127421A JP 24951190 A JP24951190 A JP 24951190A JP 24951190 A JP24951190 A JP 24951190A JP H04127421 A JPH04127421 A JP H04127421A
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JP
Japan
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molecular
amount
layer
inp
mbe
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Application number
JP24951190A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriyoshi Shimizu
紀嘉 清水
Tomoji Nakamura
友二 中村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the molecular-beam epitaxial method, for Si, which can obtain a desired impurity concentration distribution by a method wherein a P molecular-beam generation amount from a P molecular-beam generation apparatus is controlled on the basis of a P molecular-beam amount detected by using a detection apparatus and a P-doping amount in an Si growth layer is matched to a prescribed value. CONSTITUTION:When a P-doped Si layer is grown by using a molecular-beam epitaxial (MBE) operation, a required P concentration is input to an impurity concentration control apparatus 17. Then, a corresponding ion current value is set, InP is heated and a P molecular beam is generated at a constant speed. While the MBE operation progresses, an ion current generated at a quadrupole mass spectrograph system 16 is always compared with a set value; a heating current at a Knudsen cell 15 is increased or decreased so as to compensate its excess or deficiency. As P in the InP is consumed, it is required to gradually raise a cell temperature in order to realize a prescribed ion current value. By this invention, however, it is controlled so as to match a P molecular beam amount, and the state of source InP is not affected.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明はSiのエピタキシャル成長に於けるドナー不純
物のドーピング法に関し、 ドーピング法料としてドーパント元素を含む化合物を用
いる際に、該原料化合物の分解が進行するに伴ってドー
パント分子の発生速度が変動するのを抑制的に制御する
ことを目的とし、本発明に含まれるSlのエピタキシャ
ル成長は、Pの化合物を原料とするP分子線発生装置を
用い、該Si成長層にPを不純物としてドーピングする
に当たり、 Si層を成長させる基板の近傍に2分子線量を検出する
検出装置を配置し、 該検出装置により検出された2分子線量に基づいて該P
分子線発生装置からのP分子線発生量を制御することに
より、該Si成長層中のPドープ量を所定値に合わせる
処理を包含して構成される。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention relates to a method for doping donor impurities in the epitaxial growth of Si, and when a compound containing a dopant element is used as a doping material, it is possible to The purpose of the epitaxial growth of Sl included in the present invention is to suppress the variation in the generation rate of dopant molecules caused by this, and to perform the epitaxial growth of Sl included in the present invention, a P molecular beam generator using a P compound as a raw material is used to perform the Si growth. When doping the layer with P as an impurity, a detection device for detecting the bimolecular dose is placed near the substrate on which the Si layer is grown, and the P is detected based on the bimolecular dose detected by the detection device.
The structure includes a process of adjusting the amount of P doped in the Si growth layer to a predetermined value by controlling the amount of P molecular beams generated from the molecular beam generator.

本発明では、クヌッセンセルに装填されるソースとして
InPのような化合物を用いることによって2分子線の
発生を容易ならしめ、更に4重極質量分析計で2分子線
量をモニタしながらその発生量を制御することによって
、原料の分解進行に伴う2分子線の発生量変動に対処し
ている。またSi層の成長は分子線エピタキシーに依る
のが適当である。
In the present invention, a compound such as InP is used as a source loaded in a Knudsen cell to facilitate the generation of bimolecular beams, and the amount of bimolecular beams generated is monitored by a quadrupole mass spectrometer. Through this control, fluctuations in the amount of bimolecular beams generated as the raw material decomposes progress can be coped with. It is also appropriate that the Si layer be grown by molecular beam epitaxy.

Pは蒸気圧が高いので、質量分析計や処理室内壁に付着
したものをベーキングによって完全に除去することがで
きる。
Since P has a high vapor pressure, it can be completely removed from the mass spectrometer or the inner walls of the processing chamber by baking.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は半導体成長層中への不純物導入法に関わり、典
型的には分子線エピタキシー(MBE)によるSi層層
の形成において、N型不純物であるPをドーピング′す
る方法に関わる。
The present invention relates to a method of introducing impurities into a semiconductor growth layer, and typically relates to a method of doping P, which is an N-type impurity, in the formation of a Si layer by molecular beam epitaxy (MBE).

近年Si基板に形成される集積回路装置(IC)の高速
化、高集積化の技術は著しく進歩しているが、能動素子
の特性を定める電子や正孔の移動度などの量子的な物理
量は、Si結晶のエネルギーバンド構造により定まって
いるものであるから、Siだけを用いるのではICの特
性向上に限界がある。
In recent years, technology for increasing the speed and integration of integrated circuit devices (ICs) formed on Si substrates has made significant progress, but quantum physical quantities such as the mobility of electrons and holes, which determine the characteristics of active elements, are , which is determined by the energy band structure of Si crystal, there is a limit to the improvement of IC characteristics if only Si is used.

この問題を解決し、より高性能の素子を得る方法の一つ
はGaAsのような高移動度の半導体材料を使用するこ
とであるが、Siを主体として素子を形成する場合には
、異種半導体材料とのへテロ接合を利用して高速・高性
能素子を形成することが提案され、開発が進められてい
る。ヘテロ接合を形成する相手の材料は、ゲルマニウム
(Ge)のような半導体材料や金属(Ni、Coなど)
のシリサイドである。
One way to solve this problem and obtain higher performance devices is to use high-mobility semiconductor materials such as GaAs, but when forming devices mainly using Si, It has been proposed to form high-speed, high-performance devices using heterojunctions with other materials, and development is progressing. The partner material forming the heterojunction is a semiconductor material such as germanium (Ge) or a metal (Ni, Co, etc.)
silicide.

ヘテロ構造素子の作成において、MBEは素子構成層の
形成に最適の堆積成長法であるが、成長層中にドープさ
れる不純物の濃度分布は高精度に制御されねばならない
。MBE成長層中に不純物を添加する場合、主成分材料
と同様に不純物も分子線を発生させて基板に照射し、成
長層中に取り込ませることになるが、主成分材料に比べ
数桁低い量を取り扱うことになるので、分子線発生速度
の制御は困難なものとなる。
In producing a heterostructure device, MBE is the most suitable deposition growth method for forming device constituent layers, but the concentration distribution of impurities doped into the grown layer must be controlled with high precision. When adding impurities to the MBE growth layer, like the main component material, the impurity generates molecular beams that irradiate the substrate and incorporate into the growth layer, but the amount is several orders of magnitude lower than that of the main component material. Therefore, it is difficult to control the molecular beam generation rate.

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕通常のS
iのMBEにおいては、n型不純物としてアンチモン(
Sb)が用いられている。sbはSiに比べて原子半径
が大で結晶格子に歪みを与え、更にSiに対する固溶限
界が低いこともあって、高濃度ドーピングが難しいとい
う問題がある。
[Problems to be solved by conventional technology and invention] Ordinary S
In the MBE of i, antimony (
Sb) is used. sb has a larger atomic radius than Si, which causes distortion in the crystal lattice, and also has a low solid solubility limit for Si, making it difficult to dope it at a high concentration.

にもかかわらずsbが用いられているのは、n型不純物
として広く用いられる燐(P)や砒素(A s )には
次のような難点があって、MBEの添加不純物として利
用し難い故である。
Despite this, sb is used because phosphorus (P) and arsenic (A s ), which are widely used as n-type impurities, have the following drawbacks and are difficult to use as additive impurities in MBE. It is.

n型不純物であるV族元素をMBE成長層中にドーピン
グすることは一般に困難とされているが、それは、(a
)分子の蒸気圧が高い、(b)Si表面への付着係数が
小である、fc)表面偏析を起こしやすい、ことに因る
ものである。特にPやAsでは、分子の蒸気圧の高いこ
との影響が大きい。
It is generally considered difficult to dope group V elements, which are n-type impurities, into the MBE grown layer;
This is due to the following reasons: a) the vapor pressure of the molecules is high; (b) the adhesion coefficient to the Si surface is small; and fc) surface segregation is likely to occur. Particularly in the case of P and As, the influence of the high vapor pressure of the molecules is large.

MBEにおける添加不純物の分子線はクヌツセンセルを
用いて発生させるが、発生する分子線量はセルの温度を
調節することで制御される。PやAsの分子を不純物源
に用いて所定のドーピング量に応じた分子線発生速度を
得ようとすれば、セル温度を比較的低い温度領域で制御
することになるが、該セルのように熱容量の大きい対象
物を低い温度領域で高精度に制御することは困難である
Molecular beams of added impurities in MBE are generated using a Knutsen cell, and the amount of generated molecular beams is controlled by adjusting the temperature of the cell. If we try to obtain a molecular beam generation rate corresponding to a predetermined doping amount using P or As molecules as an impurity source, the cell temperature will be controlled in a relatively low temperature range, but as in this cell, It is difficult to control objects with large heat capacity with high precision in a low temperature range.

更に、不純物分子の蒸気圧が高いと、MBE実行中に真
空槽壁面に付着した不純物が再蒸発して成長層中に取り
込まれるので、不純物ドーピング量が変動し易くなる。
Furthermore, when the vapor pressure of impurity molecules is high, the impurities attached to the wall surface of the vacuum chamber during MBE are re-evaporated and incorporated into the growth layer, making it easy for the amount of impurity doping to fluctuate.

通常そのような場合には、予備処理段階で、ベーキング
によって真空槽壁面に付着した不純物を放出させること
が行われるが、その際セル中の不純物も同時に蒸発する
、といった問題もある。
In such cases, impurities adhering to the walls of the vacuum chamber are usually released by baking in the pretreatment stage, but there is also the problem that impurities in the cell are also evaporated at the same time.

かかる不都合はPやAsの分子の蒸気圧が高いことに起
因するのであるから、PやAsの化合物を不純物源とし
て使用すれば、その解離圧は分子の蒸気圧より低く、上
記の問題を回避することが出来る。ところが、化合物を
不純物源として使用すると、分解の進行に伴って分子線
発生速度と温度との関係か変動し、不純物ドーピング量
が変化することになる。それ故、PやAsの化合物を不
純物源として使用するには、該化谷物の分解の進行状況
に合わせてセル温度を変更制御することが必要である。
This inconvenience is caused by the high vapor pressure of P and As molecules, so if a P or As compound is used as an impurity source, its dissociation pressure will be lower than the vapor pressure of the molecule, and the above problem can be avoided. You can. However, when a compound is used as an impurity source, the relationship between the molecular beam generation rate and temperature changes as decomposition progresses, and the amount of impurity doped changes. Therefore, in order to use a compound of P or As as an impurity source, it is necessary to change and control the cell temperature in accordance with the progress of decomposition of the compound.

本発明の目的は、ドーピング源として化合物を使用する
際に分子線発生量を所定値に制御する処理法を提供する
ことであり、それによって不純物濃度分布を所望のもの
とするSiのMBE法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a processing method for controlling the amount of molecular beam generation to a predetermined value when a compound is used as a doping source, thereby improving the Si MBE method to achieve a desired impurity concentration distribution. It is to provide.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するため、本発明に包含されるSiのエ
ピタキシャル成長においては、燐(P)の化合物を原料
とするP分子線発生装置を用いて、Si成長層にPを不
純物としてドーピングするに際し、 該Si層を成長させる基板近傍に2分子線量を検出する
検出装置を配置し、 該検出装置により検出された2分子線量に基づいて該P
分子線発生装置からのP分子線発生量を制御することに
より、該Si成長層中のPドープ量を所定値に合わせる
ことが行われる。
In order to achieve the above object, in the epitaxial growth of Si included in the present invention, when doping the Si growth layer with P as an impurity using a P molecular beam generator using a phosphorus (P) compound as a raw material, A detection device for detecting a bimolecular dose is placed near the substrate on which the Si layer is grown, and the P is determined based on the bimolecular dose detected by the detection device.
By controlling the amount of P molecular beams generated from the molecular beam generator, the amount of P doped in the Si growth layer is adjusted to a predetermined value.

また、本発明の典型的な実施例においては、該Siのエ
ピタキシャル成長法はMBEであり、該Pの化合物はI
nPであり、該P分子線発生装置はクヌッセンセルであ
り、基板近傍に配置される該検出装置は4重極質量分析
計であって、該4重極質量分析計による2分子線量測定
値に従って該クヌッセンセル中の該原料化合物の分解速
度を熱的に制御することが行われる。
Further, in a typical embodiment of the present invention, the Si epitaxial growth method is MBE, and the P compound is I
nP, the P molecular beam generator is a Knudsen cell, and the detection device disposed near the substrate is a quadrupole mass spectrometer, and according to the bimolecular dose measurement value by the quadrupole mass spectrometer. The rate of decomposition of the raw material compound in the Knudsen cell is thermally controlled.

〔作 用〕[For production]

PのソースとしてInPを用い、Si中に通常行われる
程度の濃度(10” 〜10”cm−”)にドーピング
する場合、クヌッセンセルが保持される温度範囲は35
0〜600℃であって、この範囲であれば温度制御は容
易である。
When InP is used as a P source and doped to the concentration normally used in Si (10" to 10"cm-"), the temperature range in which the Knudsen cell is maintained is 35
The temperature is 0 to 600°C, and within this range, temperature control is easy.

また、この温度範囲ではソースを構成するいま一つの元
素であるInの蒸気圧は十分に低(、成長層に取り込ま
れる量は無視できる程度である。
Furthermore, in this temperature range, the vapor pressure of In, another element constituting the source, is sufficiently low (the amount taken into the growth layer is negligible).

更に、InPからのPの蒸発が続くと表面近傍でPが枯
渇することも考えられるが、実際には残されるInは液
滴となって結晶表面に凝集するので、Pの蒸発速度が著
しく減少することはない。
Furthermore, if the evaporation of P from InP continues, P may be depleted near the surface, but in reality, the remaining In becomes droplets and aggregates on the crystal surface, so the evaporation rate of P is significantly reduced. There's nothing to do.

しかし、表面の状況が変化することに伴うP蒸発速度の
変動は、半導体素子の製造に際して許容される不純物濃
度分布の変化範囲を越えるものであるから、ソースの温
度を調節して2分子線の発生速度減少を補償することが
必要である。
However, fluctuations in the P evaporation rate due to changes in the surface condition exceed the range of changes in the impurity concentration distribution that is permissible when manufacturing semiconductor devices. It is necessary to compensate for the reduction in rate of development.

本発明ではSi層を成長させる基板の近傍に微量の2分
子線量が検出できる検出器(実施例では4重極質量分析
計)を配置し、ここで検出したP分子線量値に基づいて
クヌッセンセルの温度を調節して、2分子線量が所望の
不純物濃度分布に対応するものとなるように制御する。
In the present invention, a detector (a quadrupole mass spectrometer in the example) capable of detecting a trace amount of bimolecular dose is placed near the substrate on which the Si layer is grown, and a Knudsen cell is used based on the P molecular dose value detected here. The temperature is adjusted so that the bimolecular dose corresponds to a desired impurity concentration distribution.

即ち、該分析器で検出した2分子線量から、成長層中の
不純物濃度が所定値より低くなると判断された時には、
クヌッセンセルの温度を上昇させて2分子線の発生速度
を高め、反対に成長層中の不純物濃度が所定値より高く
なると判断された時にはセルの温度を下げる。
That is, when it is determined that the impurity concentration in the growth layer is lower than a predetermined value from the bimolecular dose detected by the analyzer,
The temperature of the Knudsen cell is raised to increase the rate of bimolecular beam generation, and conversely, when it is determined that the impurity concentration in the growth layer is higher than a predetermined value, the temperature of the cell is lowered.

本発明の処理はP分子線発生量を実時間で検知して対応
するのであるから、2分子線の発生速度の変化の状況が
毎回具なるものであっても、それに応じてP分子線発生
量が補償されることになる。
Since the process of the present invention detects and responds to the amount of P molecular beam generation in real time, even if the situation of change in the generation rate of bimolecular beams is specific each time, P molecular beam generation is performed accordingly. amount will be compensated.

なお、クヌッセンセルの温度の応答には若干の遅延が生
ずるが、P分子線発生量の変動は単調且つ緩慢であり、
先行制御によって補償を完全なものとすることは困難で
はない。
Note that although there is a slight delay in the temperature response of the Knudsen cell, the fluctuation in the amount of P molecular beam generation is monotonous and slow.
It is not difficult to achieve complete compensation through advance control.

更に、本発明の処理ではPの分子はP4ではなくP、と
して発生するため、単体のPを加熱した時に得られるP
4に較べてより効果的にSi層中に取り込まれ、より低
い1分子線量で所望の不純物濃度分布を得ることができ
る。
Furthermore, in the process of the present invention, P molecules are generated as P instead of P4, so the P obtained when simple P is heated is
It is more effectively incorporated into the Si layer than in case 4, and a desired impurity concentration distribution can be obtained with a lower single molecule dose.

不純物源としてAsの化合物を使用し、Asをドーピン
グすることも、本発明と同様に実施し得るのであるが、
As分子の蒸気圧はP分子のそれに比べて低く、真空槽
壁面に付着したAsなどがベーキングによって除去され
ないという難点がある。そのため、壁面に付着したAs
が増加すると10”−” 〜10−” TorrのAs
蒸気を生ずるようになり、Si層中に多量のAsがドー
プされるようになる。
Although doping with As using an As compound as an impurity source can also be carried out in the same manner as in the present invention,
The vapor pressure of As molecules is lower than that of P molecules, and there is a drawback that As attached to the walls of the vacuum chamber cannot be removed by baking. Therefore, As attached to the wall surface
As increases, 10”-” to 10-” Torr As
Steam is generated and a large amount of As is doped into the Si layer.

不純物元素がPである場合のみベーキングによる付着物
の除去が効果的に行われるという状況は、4重極質量分
析計のヘッドに於いても同様であり、不純物としてPを
選択することによって毎回正確な計測が行われる。
The situation in which deposits can be effectively removed by baking only when the impurity element is P is the same for the head of a quadrupole mass spectrometer, and by selecting P as the impurity, it can be accurately removed every time. measurements are taken.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の実施に使用されるMBE装置の構造を
模式的に示す断面図である。以下、該図面を参照しなが
ら本発明におけるMBE処理を説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an MBE apparatus used for implementing the present invention. The MBE processing in the present invention will be described below with reference to the drawings.

真空槽10の内部上方に基板保持装置11が設けられ、
該保持装置にSi基板12が取りつけられている。基板
保持装置1】は基板をその面内で回転させると共にこれ
を加熱して所定の温度に維持する機能を有するものであ
る。
A substrate holding device 11 is provided inside and above the vacuum chamber 10,
A Si substrate 12 is attached to the holding device. The substrate holding device 1 has the function of rotating the substrate within its plane and heating it to maintain it at a predetermined temperature.

真空槽lOの下部にはSi分子線の発生源である電子ビ
ーム(EB)蒸着器13が設置され、その上方には基板
に近接して、Si分子線量をモニタするための膜厚計1
4が設けられている。
An electron beam (EB) evaporator 13, which is a source of Si molecular beams, is installed at the bottom of the vacuum chamber IO, and above it, a film thickness meter 1 is installed close to the substrate to monitor the Si molecular beam dose.
4 is provided.

Pドープのための装置としてクヌッセンセル15が設け
られており、ここからP分子がSi基板12に向けて放
出される。Si基板の近傍には1分子線量をモニタする
ための4重極質量分析計16が配置されている。また、
図示されていないが、該質量分析計のヘッドには付着し
たPをベーキング除去するためのヒータが付属している
A Knudsen cell 15 is provided as a device for P doping, from which P molecules are emitted toward the Si substrate 12. A quadrupole mass spectrometer 16 for monitoring the single molecule dose is arranged near the Si substrate. Also,
Although not shown, the head of the mass spectrometer is equipped with a heater for baking and removing attached P.

不純物濃度制御装置17は質量分析計16で検出した1
分子線量に従ってクヌッセンセル15の温度を調節し、
P分子線発生速度を制御する。セルの熱容量が大きいた
め、P分子線発生速度が変化するのに若干の遅延時間が
生ずることは既述した通りであるが、2分子線の検出量
にセルの温度履歴を加味してP分子線発生速度を予測し
、セルの加熱電力を制御する当業者には周知の処理方法
が該装置の制御プログラムとして準備されている。
The impurity concentration control device 17 uses 1 detected by the mass spectrometer 16.
adjusting the temperature of the Knudsen cell 15 according to the molecular dose;
Controls the rate of P molecular beam generation. As mentioned above, since the heat capacity of the cell is large, there is a slight delay time for the P molecular beam generation rate to change. Processing methods well known to those skilled in the art for predicting the line generation rate and controlling the heating power of the cell are provided as a control program for the device.

ここで、第1図の装置を用いてPをドープしたSi層を
MBE成長させる処理について説明する。
Here, a process for growing a P-doped Si layer by MBE using the apparatus shown in FIG. 1 will be described.

Siの成長は、通常行われるように、蒸着器13に装填
された単体Siが加熱されてSi分子線となり、この分
子線がSi基板表面に照射されることにより進行する。
The growth of Si progresses by heating the Si loaded in the evaporator 13 to form a Si molecular beam, and irradiating the surface of the Si substrate with this molecular beam, as is normally done.

成長層厚は膜厚計14によって常時モニタされ、この計
測値に基づいてEB蒸着器13が制御される。
The thickness of the grown layer is constantly monitored by a film thickness meter 14, and the EB evaporator 13 is controlled based on this measured value.

同時に、Pも次のようにして基板表面に供給される。先
ず、クヌッセンセル15にInPウェハを10mm X
 20mmの大きさに襞間整形したものを数個装填する
。これを加熱することによりInPは部分的に解離して
22分子と金属Inが発生する。
At the same time, P is also supplied to the substrate surface in the following manner. First, place an InP wafer in the Knudsen cell 15 with a size of 10 mm
Load several pieces of 20 mm size with the creases adjusted. By heating this, InP is partially dissociated to generate 22 molecules and metal In.

Inはウェハ表面に付着したまま残り、Pは分子線とな
ってSi基板表面に到達し、成長中のSi層に取り込ま
れる。その際、Si基板近傍の22分子の密度は4重極
質量分析計16によってイオン電流として計測される。
In remains attached to the wafer surface, and P reaches the Si substrate surface in the form of molecular beams and is incorporated into the growing Si layer. At this time, the density of 22 molecules near the Si substrate is measured as an ion current by the quadrupole mass spectrometer 16.

Si成長層中に取り込まれるPの量と質量分析計による
計測値との間には密接な相関性があり、両者の関係を予
め実験的に求めておき、不純物濃度制御装置17の制御
プログラム中に組み込んでおく。
There is a close correlation between the amount of P incorporated into the Si growth layer and the value measured by a mass spectrometer, and the relationship between the two is experimentally determined in advance and the control program of the impurity concentration control device 17 is performed. Incorporate it into.

PドープSi層をMBE成長させる時は、必要なP濃度
を該制御装置に入力すると、対応するイオン電流値が設
定され、InPが加熱されて一定速度で2分子線が発生
する。MBE進行中は常に分析計16に生ずるイオン電
流と該設定値が比較され、その過不足を補償するように
クヌッセンセルの加熱電流が増減される。InP中のP
の消費に伴い、所定のイオン電流値を実現するためにセ
ル温度を次第に上昇させることが必要であるが、本発明
では1分子線量に合わせてこれを制御するので、ソース
InPの状態に影響されることがない。
When growing a P-doped Si layer by MBE, a required P concentration is input to the control device, a corresponding ion current value is set, InP is heated, and a bimolecular beam is generated at a constant rate. During MBE, the ion current generated in the analyzer 16 is constantly compared with the set value, and the heating current of the Knudsen cell is increased or decreased to compensate for excess or deficiency. P in InP
As the ion current is consumed, it is necessary to gradually increase the cell temperature in order to achieve a predetermined ion current value, but in the present invention, this is controlled according to the single molecule dose, so it is not affected by the state of the source InP. Never.

Si基板温度を600°C,Si層のMBE成長速度を
1μm/h rとした場合のSi層中のP濃度分布が第
2図に示されている。該図に記された2本の曲線の中、
(a)はP濃度をl X10”cF3に設定したもの、
(b)はl X 10110l7”に設定して成長させ
たもので、クヌッセンセルの温度の初期値は夫々630
℃、500°Cである。
FIG. 2 shows the P concentration distribution in the Si layer when the Si substrate temperature is 600° C. and the MBE growth rate of the Si layer is 1 μm/hr. Among the two curves marked in the figure,
(a) shows the P concentration set to 1×10”cF3;
(b) is grown with the setting of l x 10110 l7'', and the initial value of the Knudsen cell temperature is 630, respectively.
℃, 500°C.

4重極質量分析計によるP2の最小検出感度は10 ”
 Torr以下であるから、不純物濃度として10 ”
 7cm3以下まで制御することができる。
The minimum detection sensitivity of P2 by quadrupole mass spectrometer is 10”
Since it is less than Torr, the impurity concentration is 10”
It can be controlled down to 7cm3 or less.

この実施例では不純物源の燐化合物としてInPを用い
ているが、その他の化合物としてGaP、AAPなどを
使用することもできる。また、Siの成長法もMBE以
外に、イオンビーム蒸着法やスパッタ蒸着法などが利用
可能で、これ等の成長法とイオン電流モニタによる不純
物ドープ量の制御を組み合わせて、本発明を実施するこ
ともできる。
In this embodiment, InP is used as a phosphorus compound as an impurity source, but other compounds such as GaP and AAP can also be used. In addition to MBE, other Si growth methods such as ion beam evaporation and sputter evaporation can be used, and the present invention can be carried out by combining these growth methods with controlling the amount of impurity doping using an ion current monitor. You can also do it.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明では基板近傍に設けた質量
分析計の出力に従って不純物であるPの供給量を制御し
ているので、Pソースの経時変化の影響を受けることな
(、Si成長層中のP濃度分布を所望の形に実現するこ
とができる。
As explained above, in the present invention, since the supply amount of P as an impurity is controlled according to the output of a mass spectrometer installed near the substrate, it is not affected by changes in the P source over time (the Si growth layer It is possible to realize a desired P concentration distribution in the inside.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施に用いる装置の構造を模式的に示
す図、 第2図は実施例におけるSi成長層中のP濃度分布を示
す図 であって、 図において IOは真空槽、 lは基板保持装置、 2はSi基板、 3はEB蒸着器、 4は膜厚計、 5はクヌッセンセル、 16は4重極質量分析計、 I7は不純物濃度制御装置 である。 本発明の実施に用いる装置の構造を模式的に示す同第 図
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an apparatus used for carrying out the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the P concentration distribution in the Si growth layer in an example. In the figure, IO is a vacuum chamber; 2 is a substrate holding device, 2 is a Si substrate, 3 is an EB evaporator, 4 is a film thickness meter, 5 is a Knudsen cell, 16 is a quadrupole mass spectrometer, and I7 is an impurity concentration control device. The same figure schematically shows the structure of the device used for carrying out the present invention.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)減圧雰囲気中に原料を供給して行うSi層のエピ
タキシャル成長工程に、 燐(P)の化合物からP分子線を発生させる装置(15
)を用いて、該Si成長層にPを不純物としてドーピン
グする際に、 Si層を成長させる該基板(12)の近傍にP分子線量
を検出する検出装置(16)を配置し、 該検出装置により検出されたP分子線量に基づいて該P
分子線発生装置からのP分子線発生量を制御することに
より、該Si成長層中のPドープ量を所定値に合わせる
工程が包含されて成ることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
(1) A device (15
) is used to dope the Si growth layer with P as an impurity, a detection device (16) for detecting the P molecular dose is placed near the substrate (12) on which the Si layer is grown, and the detection device Based on the P molecular dose detected by
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of adjusting the amount of P doped in the Si growth layer to a predetermined value by controlling the amount of P molecular beams generated from a molecular beam generator.
(2)請求項1に記載のSi層のエピタキシャル成長に
於いて、 該Siのエピタキシャル成長法はSi分子線を基板に照
射して行うものであり、該P分子線発生装置はクヌッセ
ンセルであり、該原料化合物はInPであり、基板近傍
に配置される該検出装置は4重極質量分析計であって、 該4重極質量分析計によるP分子線量測定値に従って該
クヌッセンセル中の該原料化合物の分解速度を熱的に制
御する工程を包含することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
(2) In the epitaxial growth of the Si layer according to claim 1, the Si epitaxial growth method is performed by irradiating the substrate with a Si molecular beam, the P molecular beam generator is a Knudsen cell, and the The raw material compound is InP, and the detection device disposed near the substrate is a quadrupole mass spectrometer, which detects the amount of the raw material compound in the Knudsen cell according to the measured P molecular dose by the quadrupole mass spectrometer. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of thermally controlling a decomposition rate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2005069356A1 (en) * 2004-01-15 2008-04-24 独立行政法人科学技術振興機構 Method for producing single crystal thin film and single crystal thin film device

Cited By (2)

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