JPH05234917A - 半導体薄膜の形成方法及びその装置 - Google Patents

半導体薄膜の形成方法及びその装置

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JPH05234917A
JPH05234917A JP7245292A JP7245292A JPH05234917A JP H05234917 A JPH05234917 A JP H05234917A JP 7245292 A JP7245292 A JP 7245292A JP 7245292 A JP7245292 A JP 7245292A JP H05234917 A JPH05234917 A JP H05234917A
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JP
Japan
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thin film
semiconductor thin
carrier concentration
raman
control meter
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Application number
JP7245292A
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English (en)
Inventor
Kyoji Matsuda
恭司 松田
Shigeharu Hinotani
重晴 日野谷
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄膜中のキャリア濃度の制御精度が良い半導
体薄膜の形成方法及びその装置を提供する。 【構成】 入射窓13, 出射窓14, 試料台12, この上方に
散乱光を集光するレンズ19を設けたプラズマCVD装置
10内に、ドーピングガスN2 が電動リークバルブ24を介
して導入する。レーザ発振器20からはレーザ光L1 がパ
ルス化され基板Sを照射する。レーザ光L1 のパルス化
はチョッパ制御計31により制御される。基板Sからの散
乱光L3 はラマン分光光度計30により分光されロックイ
ンアンプ32へ入力される。ロックインアンプ32にはチョ
ッパ制御計31からのパルス周期が入力されており、前期
信号のうちこのパルス周期に同期した信号のみが検出さ
れる。中央制御計33ではこの信号をラマンスペクトルと
して展開し、LO−モードのラマンシフト量及びこれより
求められるキャリア濃度からドープガス濃度の増減を演
算し、ガス流量制御計34に指示を与える。ガス流量制御
計34はその指示により電動リークバルブ24の開閉を調節
し、ガス流量のフィードバック制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化学気相成長と同時に
ドーピングを行って半導体薄膜を形成する方法及びその
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体薄膜、例えばSiC等を形成する方
法には、主に化学気相成長法,すなわちCVD法が用い
られている。CVDと同時にドーピングガスを導入する
ことにより、不純物を注入しながら薄膜を形成すること
ができる。
【0003】ドーピングを行う際にドーピングされる物
質中の不純物を制御することにより、その物質中のキャ
リア濃度の制御が行われる。従来この制御は、反応室内
でのガス流量と物質中のキャリア濃度との関係を予め求
めてその検量線を作成し、所望するキャリア濃度となる
ドーピングガス流量を供給することにより行っていた。
図2はドーピングガスとしてN2 ガスの流量とキャリア
濃度との関係を表したグラフであり、横軸がN2 ガス流
量、縦軸がキャリア濃度を示している。このグラフから
2 ガス流量とキャリア濃度とは比例関係にあることが
判る。
【0004】Appl.Phys.Lett., Vol.49,No.8,25 August
1986 に掲載された″Temperaturedependence of elect
rical properties of non-doped and nitrogen-doped b
eta-SiC single crystals grown by chemical vapor de
position ″に、SiC に窒素でドーピングするときに窒
素ガスの流量を制限してキャリア濃度を変化させる方法
が報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法で半導体薄膜を形成した場合には、形成した薄膜
のキャリア濃度は、製品完成後に測定するまで確認する
ことができない。このため半導体薄膜の形成条件を変化
させる場合は、その都度ドーピングガス流量及びキャリ
ア濃度の関係を求め検量線を作成する必要があり、作業
効率が悪かった。
【0006】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、半導体薄膜中のキャリア濃度を測定しながら半
導体薄膜を形成することにより、薄膜中のキャリア濃度
の制御精度が良く、薄膜の形成条件を変更する場合でも
作業効率の良い、半導体薄膜の形成方法及び半導体薄膜
の形成装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体薄膜
の形成方法は、不純物をガスによりドーピングしなが
ら、化学気相成長法により所定のキャリア濃度を有する
半導体薄膜を形成する方法において、前記半導体薄膜の
形成中に該半導体薄膜の振動モードのラマンシフト量を
測定する過程と、これにより前記半導体薄膜中のキャリ
ア濃度を求める過程と、前記キャリア濃度に応じて前記
ガス流量を制御する過程とを有することを特徴とする。
本発明に係る半導体薄膜の形成装置は、半導体薄膜を形
成すべき基板を載置する試料台及び平行平板電極を内部
に備えドーピングガス入気孔を有するチャンバの側壁に
光学窓を設けたCVD装置と、前記半導体薄膜を照射す
る光を発振する光源と、前記半導体薄膜からのラマン散
乱光を導入するラマン分光光度計と、該ラマン分光光度
計により得られたラマンシフト量から前記半導体薄膜中
のキャリア濃度を求める手段と、該キャリア濃度により
ドーピングガス量を制御する手段とを備えることを特徴
とする。
【0008】
【作用】本発明の半導体薄膜の形成方法及び形成装置で
は、化学気相成長法により半導体薄膜を形成しながら不
純物をガスドーピングし、形成される半導体薄膜の振動
モードのラマンシフト量から前記半導体薄膜中のキャリ
ア濃度を測定する。半導体薄膜中のラマンシフト量とキ
ャリア濃度との関係を以下に説明する。
【0009】図3はSiCのラマンスペクトルであり、横
軸はラマンシフト量、縦軸は散乱強度を示している。入
射光源は単色光のAr+ レーザ, 出力 100mW, 波長は 51
4.5nmで測定した。このSiCのラマンスペクトルには、
音響モードの縦波光学フォノンであるLO−モード(973c
m -1),TO−モード(798cm -1) の2本のピークが存在
している。
【0010】半導体薄膜中の自由キャリアは集団的に運
動をするプラズマ状態で存在しており、この自由キャリ
アと上述の縦波光学フォノンとが結合してプラズモン−
LOフォノンモードが形成される。この結合によりLOフォ
ノンモードの周波数が、キャリア濃度の増加と共に高周
波側にシフトする。図4はSiC中のキャリア濃度による
前記LO−モードのピーク位置の変化を示すグラフであ
る。このグラフから、LO−モードの周波数の変化とキャ
リア濃度の増減とは密接な関係があり、キャリア濃度が
増加するほどLO−モードは高周波側に移動することが判
る。
【0011】以上のことから、SiC 薄膜の場合には、半
導体薄膜のLO−モードの周波数を測定することにより、
形成中の薄膜のキャリア濃度を求めることができる。こ
のキャリア濃度と所定のキャリア濃度とを比較して、そ
の差を解消すべくドーピングガス濃度を制御することに
より、所定のキャリア濃度の半導体薄膜を、そのキャリ
ア濃度を測定しながら形成する。
【0012】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は本発明の半導体薄膜形成装
置の模式的構造図である。図中10はプラズマCVD装置
であり、図中11は相対する側壁に入射窓13, 出射窓14を
設けたチャンバである。このチャンバ11の内部底面には
試料台12が設置されており、試料台12の上方には散乱光
を集光するレンズ19が配置されている。チャンバ11の上
面及び下面には入気孔17及び排気孔18が形成され、反応
ガスH2 ,SiH4 ,3 8 は入気孔17から導入され
る。ドーピングガスN2 は電動リークバルブ24を介して
入気孔17からチャンバ11内に導入される。また反応済み
の排ガスは排気孔18から排出される。
【0013】試料台12上面及びこの上方には平行平板電
極15, 16が設置され、10KHz〜14MHzの高周波電源RF9
により高周波電圧が印加される。この高周波電圧により
内部の反応ガスはプラズマ化され運動エネルギーを与え
られて、平行平板電極15上に載置されたグラファイトの
基板Sに衝突し、SiCの半導体薄膜形成反応を行うよう
になっている。
【0014】レーザ発振器20からは、単色光としてAr+
レーザ等のレーザ光L1 が514.5 nmの波長,100mW の出
力で発振され、光学チョッパ23によりパルス化され、全
反射ミラー21で反射されて入射窓13を透過し基板Sを照
射する。このパルス化は半導体薄膜のラマン散乱光L3
から、CVD装置内のプラズマによるバックグラウンド
ノイズの影響を減少するためである。光学チョッパ23は
チョッパ制御計31により制御され、このパルス周期がロ
ックインアンプ32に入力される。レーザ光L1は基板S
を照射し、反射したレーザ光L2 は出射窓14を透過す
る。基板Sからの散乱光L3 は集光レンズ19で集光され
る。この上方には光軸を一致させて光ファィバー22が一
端を臨ませており、他端をラマン分光光度計30に接続し
ている。
【0015】光ファィバー22が接続されているラマン分
光光度計30は分光器及びマルチチャネル検出部で構成さ
れ、ロックインアンプ32が接続されている。このロック
インアンプ32には上述したようにチョッパ制御計31が接
続されている。基板Sからの散乱光L3 は光ファィバー
22を通りラマン分光光度計30により分光され、マルチチ
ャネル検出部により検出された信号がロックインアンプ
32へ入力される。ロックインアンプ32にはチョッパ制御
計31からのパルス周期が入力されており、前期信号のう
ちこのパルス周期に同期した信号のみが検出され、ロッ
クインアンプ32から出力される。
【0016】ロックインアンプ32には中央制御計33, ガ
ス流量制御計34がこの順に接続されており、ロックイン
アンプ32から出力される信号は中央制御計33に入力され
る。中央制御計33ではこの信号をラマンスペクトルとし
て展開し、中央制御計33に内蔵されたピークサーチプロ
グラムにより、LO−モードのラマンシフト量が求められ
る。図2はドーピングガスの流量とキャリア濃度との関
係を表すグラフであり、図4は前述したようにキャリア
濃度の変化に対するラマンスペクトル中のLO−モードの
ラマンシフト量の関係を表すグラフである。前記中央制
御系33においては図4に示された関係から、前記ラマン
シフト量に対するキャリア濃度を求める。このキャリア
濃度と所望するキャリア濃度との差によりドーピングガ
ス濃度の増減を図2に基づいて演算し、ガス流量制御計
34に指示を与える。ガス流量制御計34はその指示により
電動リークバルブ24の開動を調節し、ガス流量のフィー
ドバック制御を行う。これにより、チャンバ内へ導入さ
れるドーピングガスの流量が制御され、所望するキャリ
ア濃度の半導体薄膜を精度良く形成することができる。
【0017】なお、本実施例においてはCVD装置とし
てプラズマCVD装置を用いたが、これに限るものでは
なく、有磁場マイクロ波CVD装置,熱CVD装置等を
使用しても良い。
【0018】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体薄膜の形
成方法及びその装置においては、キャリア濃度を測定し
ながら半導体薄膜を形成することができるので、半導体
薄膜の形成条件を変化させる場合にもリアルタイムの制
御を行うことができ、また半導体薄膜の形成方向に所望
のキャリア濃度の制御を精度良く行うことができる等、
本発明は優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体薄膜形成装置の模式的構造図で
ある。
【図2】ドーピングガスの流量とキャリア濃度との関係
を表したグラフである。
【図3】SiCのラマンスペクトルである。
【図4】SiC中のキャリア濃度による前記LO−モードの
ピーク位置の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
10 CVD装置 11 チャンバ 12 試料台 19 集光レンズ 20 発振器 22 光ファイバ 23 光学チョッパ 24 電動リークバルブ 30 ラマン分光光度計 31 チョッパ制御計 32 ロックインアンプ 33 中央制御計 34 ガス流量制御計 S 基板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物をガスドーピングしながら、化学
    気相成長法により所定のキャリア濃度を有する半導体薄
    膜を形成する方法において、前記半導体薄膜の形成中に
    該半導体薄膜の振動モードのラマンシフト量を測定する
    過程と、これにより前記半導体薄膜中のキャリア濃度を
    求める過程と、前記キャリア濃度に応じてドーピングガ
    ス量を制御する過程とを有することを特徴とする半導体
    薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 半導体薄膜を形成すべき基板を載置する
    試料台及び平行平板電極を内部に備え、ドーピングガス
    入気孔を有するチャンバの側壁に光学窓を設けたCVD
    装置と、前記半導体薄膜を照射する単色光を発する光源
    と、前記半導体薄膜からのラマン散乱光を受光すべく配
    したラマン分光計と、該ラマン分光計により得られたラ
    マンシフト量から前記半導体薄膜中のキャリア濃度を求
    める手段と、該キャリア濃度によりドーピングガス量を
    制御する手段とを備えることを特徴とする半導体薄膜の
    形成装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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