JPH0658881B2 - 気相成長層中への均一なド−ピング方法 - Google Patents

気相成長層中への均一なド−ピング方法

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JPH0658881B2
JPH0658881B2 JP61038358A JP3835886A JPH0658881B2 JP H0658881 B2 JPH0658881 B2 JP H0658881B2 JP 61038358 A JP61038358 A JP 61038358A JP 3835886 A JP3835886 A JP 3835886A JP H0658881 B2 JPH0658881 B2 JP H0658881B2
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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は気相成長法による結晶成長において、ドーピン
グガスを材料ガスよりも早く炉内に導入し,遅くまで炉
内に滞留させ結晶中の不純物濃度を均一にする気相成長
層中への均一なドーピング方法に関し,詳しくは,静電
誘電型トランジスタの製造方法に関する。
<従来の技術> 従来一般に気相成長法によって半導体結晶を製造する方
法は第7図のタイミング図に示すようにPH3,B2H6など
のドーピングガスを炉内に導入後炉内に滞留させる時間
t2とSiCl2などの材料ガスを炉内に導入後炉内に滞留さ
せる時間t1とを同じくしている。すなわちドーピングガ
スと材料ガスとは同時に導入と停止の方法がとられてい
る。
<発明が解決しようとする問題点> しかし従来のこの方法においては厚さ数マイクロ程度の
比較的薄い成長層では目標とする濃度からはずれ,濃度
むらが生じ第8図のように基板1の上に,まづ不純物濃
度が薄い層2が成長し,その上に濃度が均一な層3が成
長し,成長の終りに再び不純物濃度が薄い層4が生ずる
欠点がある。しかしこの成長層の不純物濃度が1014/cm3
以下の成長層,あるいは数十μm程度の比較的厚い成長
層ではあまり問題にならないが厚さ数μm程度の薄い成
長層では目標とする濃度から外れ,濃度むらが存在する
ため半導体素子の特性に大きく影響することが分った。
本発明の目的は,P型の高不純物濃度の拡散層(2〜4
×1019cm-3)表面から,不純物であるボロン原子の飛
び出しを補償して,チャンネルの導電型反転を防止する
ことができる気相成長層中への均一なドーピング方法を
提供することにある。
<問題点を解決するための手段> 本発明は従来のかかる欠点を除き,高周波誘導炉内で溶
融された結晶中にドーピングガスと材料ガスとを導入し
気相成長法により均一な不純物濃度の重合わされるもの
が互いに異なる導電タイプの不純物層を複数積層して半
導体材料を得るドーピング方法において,まずドーピン
グガスを材料ガスよりも早く炉内に導入し且つ該ガスを
遅くまで炉内に滞留させる気相成長層中への均一なドー
ピング方法である。
<作用> ドーピングガスを早く導入し遅くまで炉内に滞留させる
ことによって均一な半導体が得られる。
<実施例> 本発明による気相成長層中への均一なドーピング法の実
施例を図面を参照して説明する。第1図のタイミング図
に示すように,まずPH3,B2H6,AsH3の如きドーピング
ガスをA点の時に炉内に導入し時間T1径過後B点にてSi
Cl4,SiHCl3,SiH2Cl2の如き材料ガスをt1時間導入し,
C点で停止してもドーピングガスを時間T2だけ続けて滞
留させD点で停止させる。すなわちドーピングガスの滞
留時間はA点からD点までの時間t2に対し材料ガスの滞
留時間はt1であり,t2>t1の条件で結晶を成長させる。
いま従来の方法で成長させた層を四探針法で不純物の濃
度を測定した結果は5×1015/cm3に対し,本発明の方
法で材料ガスが導入開始と停止の前後でドーピングガス
が滞留している第1図に示す時T1=T2=4分として得た
不純物濃度は8〜9×1015/cm3であり約2倍の濃度とな
る。しかし成長層の厚みはいずれも8μmでキャリア流
量,モル比,基板温度は同じ条件とした。
一方本発明者はPCl2を0.5 apm混入させたSiCl4液のみで
上記と同じ条件で気相成長させて8〜12×1015/cm3
の不純物濃度の成長層を得た。この方法は昭和53年特
許願第159,196号(昭56年審判第21,436号)
「半導体エピタキシャル層のドーピング法」として出願
した。この方法を仮に液ドーピング法と名ずける。
更に本発明者は燐を2〜3×1013/cm3ドーピングさせ
たN型半導体中に不純物として硼素濃度2×1019/cm3
上の反対導電型の島をストライプ状,あるいはメッシュ
状に埋込む実験を行い,これに基づく発明を行った。そ
の結果は特公昭56−43605号,および特公昭57−
6685号「埋め込み層を有する半導体素子の製造方
法」として公告されている。
その結果は従来の方法によるガスドーピング法では目標
とする始めと終りの部分の不純物濃度1×1016/cm3
対し,少くとも5×1014/cm3以下であり第3図のよう
にn型半導体7の中に燐り相ったp型半導体6の島がつ
ながり,反転層5が生じるいわゆる反転現象が見られ
た。特にこの場合は成長開始時の濃度が薄いことによっ
て補償効果が弱くなり反転しやすいことが分る。一方本
発明による方法においては第4図のように反転現象はな
かった。このように本発明によるドーピング方法は従来
のドーピング方法では得られない特長を有しており,特
に反対導電型の埋め込み層を有する半導体素子の製造に
は有効である。
以下に本発明の実施例を説明する。
実施例1 すでに述べたように半導体素子中に効率よく
反対導電型の層を埋め込むため,あらかじめ,基板1に
薄い補償層を成長させる場合,従来方法によるガスドー
ピング法でまず成長させ,次に本発明の方法によるガス
ドーピング法で成長させ,最後に参考のため前述の液ド
ーピング法で成長させた。この条件と結果を表1に示
す。
表1の結果に見られるように各ドーピング法によって成
長層濃度に差がでている。しかしこれらの差は従来ガス
ドーピング法によって得られた成長層が第8図に示すよ
うに成長層内に濃度の均一な層3と薄い層2,4を生
じ,結局この濃度むらが四探針法による測定では,平均
の濃度として算出されるから,結果として濃度差となっ
て現われると考えられる。なお,H2プローブによる成長
層の容量値でも差となって示されている。この濃度むら
は,第1図の本発明による方法では最小限におさえられ
る。すなわち始めにPH3ガスを炉内に導入し以後時間t2
の間炉内に流しつづけ,一定の時間T1後にSiCl4を時間t
1だけ炉内に導入し,SiCl4を止めてから一定の時間T2
間はPH3を炉内に流しつづけるのである。このように炉
内の雰囲気を,SiCl4を導入する前後一定時間,PH3で満
たしておくと,成長の始めと終りにPH3がSiCl4の還元反
応にとり込まれやすくなり,第2図に示すように濃度の
むらが生じにくくなり基板1に続き濃度が均一な層3が
成長する。実際第8図の濃度むらの厚さを計算すると,
濃度の薄い層2,4の厚さは表1の例の場合,それぞれ
約1μmであった。この値は次の実施例2でも検証する
ことができる。
実施例2 前記実施例1の方法によって得られたn型半
導体7からなる濃度が均一な層3上に酸化膜を形成させ
酸化膜にストライプ状あるいはメッシュ状の窓を選択エ
ッチングで開け,次に拡散炉でp型半導体6の不純物を
窓に拡散し,酸化膜を除去後p型半導体6の島をn型半
導体7中に埋め込むための気相成長工程において,n型
半導体からなる補償層をまず成長させてから,必要な濃
度厚さのn型半導体を成長させる。したがって本実施例
2の目的は第4図のようにn型半導体7の中にp型半導
体6を効率よく埋め込むことである。しかし従来のガス
ドーピング法では,第3図のようにとなりのp型半導体
6の層が互に反転層5のように連結してしまう。(反転
現象) この現象は表2の条件のもとで起る。
すなわち従来の方法によるガスドーピング法で,第7図
のタイミングがt1=t2=4分の場合,ドーピング量を1
ppmより増やしても確実に反転する。これは,先に述べ
た通り補償層8に濃度むらができるためである。すなわ
ち濃度2×1019/cm3以上の濃度のp型半導体6の不純
物を窓に拡散した基板1上に濃度1×1016/cm3程度の
n型半導体7を成長させる工程で,成長開始時の化学反
応によって拡散層から不純物が飛び出し,その不純物が
逆に成長層に付着し,ついには第3図のように反転層5
のようにつながってしまう。この反転層5の厚みでの評
価される程度は成長時の温度,SiCl4のモル比,拡散層
の不純物濃度などによっても決定されるが,本実験例に
おいては1×1016/cm3程度の濃度むらのないn型半導体
7を成長させることによって確実に島状のp型半導体6
を埋め込むことができる。ちなみに従来方法によるガス
ドーピング法で埋め込まれた第3図の反転層5の厚みは
0.4〜0.5μmであった。この値より反転層5に含
まれるp型不純物の量は,第6図のようにp+とnの間
隔が1:1の場合,飛び出した拡散層の不純物の0.1
%が反転層5に含まれたとして,4〜5×1011/cm2
ある。従ってこの単位面積当りの不純物の数を補償する
には5×1011/cm2以上のn型不純物が必要になる。つ
まり第6図の反転しなかった補償層10で示される厚さ
約0.5μmの補償層8は1×1016/cm3以上の不純物
濃度が必要になる。逆に推定すれば,従来のガスドーピ
ングにより同条件で埋め込み成長すると,第8図のよう
な1×1016/cm3より濃度の薄い層2,4が成長される
ので反転することになり,その薄い層2,4の濃度は,
概略1×1015/cm3程度になる。なお,実験例において
は,n型半導体7の均一性について説明したが,p型半
導体6においてもドーピングガスが異なるだけである。
<発明の効果> 以上に述べたように本発明によれば気相成長層内の不純
物濃度を均一にすることができ,特に厚さの薄い成長層
には有効で効率よく反対導電型の埋め込み層が容易に得
られる。また,本発明によれば,チャンネルの反転を防
止することができるとともに,例えば,P(1019cm
-3)層ゲートをN(1014〜1015cm-3)層ソースとN
(1013〜101415cm-3)層ドレインとの中に埋め込
むことが可能である気相成長層中への均一なドーピング
方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の気相成長層中への均一なガスドーピン
グ法の実施例によるドーピングガスと材料ガスの炉内に
導入停止時間のタイミングチャート図,第2図は本発明
によって形成された濃度が均一な成長層の一部の断面
図,第3図は埋め込み層が反転した半導体の一部の断面
図,第4図は正常な埋め込み層が正常に形成された半導
体の一部の断面図,第5図および第6図は補償層中に効
率よく埋め込まれた半導体の一部の断面図,第7図は従
来のガスドーピング法の例によるドーピングガスと材料
ガスを同時に炉内に導入停止時間のタイミングチャート
図,第8図は第7図の方法によって得られる成長層が不
均一な濃度によって形成された半導体の一部の断面図で
ある。 なお 1:基板,2,4:濃度が薄い層,3:濃度が均一な
層,5:反転層,6:p型半導体,7:n型半導体,
8:補償層,9:補償層より濃度が薄い層,10:反転
しなかった補償層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】結晶が溶融されている炉内にドーピングガ
    スと材料ガスを導入し気相成長法により均一な不純物濃
    度の重合わされるものが互いに異なる導電タイプの不純
    物層を複数積層して半導体材料を得るドーピング方法に
    おいて、 前記ドーピングガスを前記材料ガスよりも早く前記炉内
    に導入し、且つ遅くまで炉内に滞留させることを特徴と
    する気相成長層中への均一なドーピング方法。
JP61038358A 1986-02-25 1986-02-25 気相成長層中への均一なド−ピング方法 Expired - Lifetime JPH0658881B2 (ja)

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JPS5229171A (en) * 1975-08-30 1977-03-04 Fujitsu Ltd Process for crowing semiconductor crystal

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