JPH0691009B2 - 半導体薄膜製造方法 - Google Patents
半導体薄膜製造方法Info
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- JPH0691009B2 JPH0691009B2 JP61148581A JP14858186A JPH0691009B2 JP H0691009 B2 JPH0691009 B2 JP H0691009B2 JP 61148581 A JP61148581 A JP 61148581A JP 14858186 A JP14858186 A JP 14858186A JP H0691009 B2 JPH0691009 B2 JP H0691009B2
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- silicon
- boron
- thin film
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- doping
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は単結晶上の半導体薄膜の成長方法に関する。
（従来の技術） 近年高速バイポーラ素子、マイクロ波用素子あるいは超
格子構造素子などへの応用を目的としてこれまでのシリ
コン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行なわれ、
従って不純物分布を乱すことがほとんどないという特徴
を有する高真空内でのシリコン分子線成長（SiMBE）技
術が盛んに研究開発されている。
格子構造素子などへの応用を目的としてこれまでのシリ
コン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行なわれ、
従って不純物分布を乱すことがほとんどないという特徴
を有する高真空内でのシリコン分子線成長（SiMBE）技
術が盛んに研究開発されている。
この様なシリコン分子線成長技術においては、ドーピン
グ方法としてシリコンと同時に分子線セルから中性の分
子状もしくは原子状の不純物をとばす方法が一般的に行
われている。しかし、ドーピングのための不純物として
は、分子線セルから容易にとばすことができるアンチモ
ン（ｎ型）、ガリウム（ｐ型）に限られてきた。しか
し、現在の半導体素子製造プロセスにおいては、ｎ型不
純物としてヒ素、リン、ｐ型不純物としてホウ素が使わ
れており、これらの不純物に対する技術の蓄積も多い。
また、アンチモンでは固溶限は４×1019cm-3であり、現
在半導体プロセスにおいてヒ素によってつくられている
1022cm-3のオーミック接触用高濃度不純物領域を形成す
ることができない。また、ガリウムはシリコン酸化膜中
での拡散係数が非常に大きく、シリコン酸化膜に接した
ガリウムドープ層中から酸化膜内へ拡散してしまうの
で、通常のシリコン半導体製造プロセスでは、まったく
使われていない。また、素子構造をガリウムドープ層が
酸化膜と接しないような構造にしたとしても、ガリウム
の固溶限は1018cm-3程度なので、ホウ素の様な1020cm-3
のｐ型高濃度領域を作ることができない。
グ方法としてシリコンと同時に分子線セルから中性の分
子状もしくは原子状の不純物をとばす方法が一般的に行
われている。しかし、ドーピングのための不純物として
は、分子線セルから容易にとばすことができるアンチモ
ン（ｎ型）、ガリウム（ｐ型）に限られてきた。しか
し、現在の半導体素子製造プロセスにおいては、ｎ型不
純物としてヒ素、リン、ｐ型不純物としてホウ素が使わ
れており、これらの不純物に対する技術の蓄積も多い。
また、アンチモンでは固溶限は４×1019cm-3であり、現
在半導体プロセスにおいてヒ素によってつくられている
1022cm-3のオーミック接触用高濃度不純物領域を形成す
ることができない。また、ガリウムはシリコン酸化膜中
での拡散係数が非常に大きく、シリコン酸化膜に接した
ガリウムドープ層中から酸化膜内へ拡散してしまうの
で、通常のシリコン半導体製造プロセスでは、まったく
使われていない。また、素子構造をガリウムドープ層が
酸化膜と接しないような構造にしたとしても、ガリウム
の固溶限は1018cm-3程度なので、ホウ素の様な1020cm-3
のｐ型高濃度領域を作ることができない。
そこで、アール・エー・エー・クビアク（R.A.A.Kubia
k）等は、アプライド・フィジクス・レターズ（App.Phy
s.Lett.）44（９）（1984）878に述べられている様な特
殊なドーピング用セル内で単体のホウ素を〜2000℃に加
熱することによって、ホウ素によるドーピングを行い、
ホウ素のドーピング量が基板温度700℃から900℃の間で
シリコン基板温度に依存しないことを見出した。しか
し、セル温度がまだ低いために、最高濃度は４×1017cm
-3に止まっている。るつぼ材の耐熱性に限度があるため
にセル温度をこれ以上あげることはむつかしい。さら
に、この方法ではセル温度が非常に高いためにホウ素以
外の物質が混入する危険が高く、また近接するセルとの
熱絶縁をとるのもむつかしい。
k）等は、アプライド・フィジクス・レターズ（App.Phy
s.Lett.）44（９）（1984）878に述べられている様な特
殊なドーピング用セル内で単体のホウ素を〜2000℃に加
熱することによって、ホウ素によるドーピングを行い、
ホウ素のドーピング量が基板温度700℃から900℃の間で
シリコン基板温度に依存しないことを見出した。しか
し、セル温度がまだ低いために、最高濃度は４×1017cm
-3に止まっている。るつぼ材の耐熱性に限度があるため
にセル温度をこれ以上あげることはむつかしい。さら
に、この方法ではセル温度が非常に高いためにホウ素以
外の物質が混入する危険が高く、また近接するセルとの
熱絶縁をとるのもむつかしい。
さらに、相崎、辰巳等は、第17回固体素子材料コンファ
レンスのアブストラクトの301ページ（Extended Abstra
cts of the 17th Conference on Solid State Devices
and Materials,Tokyo,1985,pp,301-304）に述べられて
いる様に、拡散原料であるB2O3及びBNの混合物を通常の
k-セル内で加熱することによって、ホウ素によるドーピ
ングを行い、最高濃度７×1019cm-3の高濃度ドーピング
を達成している。しかし、ドーピングソースとして酸化
物を使用しているため、高濃度ドーピングを行うとエピ
タキシャル膜内への酸素の混入及び結晶性の悪化が問題
となっている。また、７×1019cm-3はk-セルの耐熱限度
1350℃でしかも成長速度を下げて達成されたものであ
り、これ以上の高濃度ドーピングは期待できない。さら
に、近年ヘテロバイポーラトランジスタのワイドバンド
ギャップエミッタとして酸素ドーピングを行なうことが
提案されている。しかし、酸素を十分にドーピングする
方法はまだ確立されていない。
レンスのアブストラクトの301ページ（Extended Abstra
cts of the 17th Conference on Solid State Devices
and Materials,Tokyo,1985,pp,301-304）に述べられて
いる様に、拡散原料であるB2O3及びBNの混合物を通常の
k-セル内で加熱することによって、ホウ素によるドーピ
ングを行い、最高濃度７×1019cm-3の高濃度ドーピング
を達成している。しかし、ドーピングソースとして酸化
物を使用しているため、高濃度ドーピングを行うとエピ
タキシャル膜内への酸素の混入及び結晶性の悪化が問題
となっている。また、７×1019cm-3はk-セルの耐熱限度
1350℃でしかも成長速度を下げて達成されたものであ
り、これ以上の高濃度ドーピングは期待できない。さら
に、近年ヘテロバイポーラトランジスタのワイドバンド
ギャップエミッタとして酸素ドーピングを行なうことが
提案されている。しかし、酸素を十分にドーピングする
方法はまだ確立されていない。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去して、シリ
コン分子線において、特殊なセルなく通常使われている
クヌーセンセルを用いてホウ素を制御性良く、高濃度に
ドーピングでき、しかも酸素を十分ドーピングできる半
導体薄膜の製造方法を提供することになる。
コン分子線において、特殊なセルなく通常使われている
クヌーセンセルを用いてホウ素を制御性良く、高濃度に
ドーピングでき、しかも酸素を十分ドーピングできる半
導体薄膜の製造方法を提供することになる。
（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、分子線エピタキ
シャル法によってシリコン薄膜を基板上に形成する場合
に、シリコンの成長と同時に、B2O3を加熱することによ
って得た分子線と紫外光（UV光）を基板に照射すること
によって、前記シリコン薄膜の中にホウ素と酸素をドー
ピングするようにしたものである。
シャル法によってシリコン薄膜を基板上に形成する場合
に、シリコンの成長と同時に、B2O3を加熱することによ
って得た分子線と紫外光（UV光）を基板に照射すること
によって、前記シリコン薄膜の中にホウ素と酸素をドー
ピングするようにしたものである。
（実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
B2O3はホウ素の拡散源として極めて高純度なものが得ら
れる。市販のものは粉末であり原料にはこれを用いた。
B2O3には吸湿性があるためセル装着後500℃で10時間の
ガス出しを行い、質量分析器によってH2Oピークが完全
に消えることを確認した。試料シリコン基板は、28％ア
ンモニア水と30％過酸化水素と水とを1:4:20の比率で混
合し沸騰させた溶液中で10分間洗浄し、シリコン基板表
面に薄い酸化シリコン膜を形成し、次いで高真空中にて
短時間600℃ないし800℃に加熱し、その後高真空中730
℃以下にて電子ビーム蒸着法により、基板表面の薄い酸
化シリコン膜の上に薄い酸化シリコン膜の膜厚の40％な
いし80％の膜厚のシリコン薄膜を形成し、しかる後に高
真空中にて730℃以上で短時間加熱することによって表
面洗浄を行った。
れる。市販のものは粉末であり原料にはこれを用いた。
B2O3には吸湿性があるためセル装着後500℃で10時間の
ガス出しを行い、質量分析器によってH2Oピークが完全
に消えることを確認した。試料シリコン基板は、28％ア
ンモニア水と30％過酸化水素と水とを1:4:20の比率で混
合し沸騰させた溶液中で10分間洗浄し、シリコン基板表
面に薄い酸化シリコン膜を形成し、次いで高真空中にて
短時間600℃ないし800℃に加熱し、その後高真空中730
℃以下にて電子ビーム蒸着法により、基板表面の薄い酸
化シリコン膜の上に薄い酸化シリコン膜の膜厚の40％な
いし80％の膜厚のシリコン薄膜を形成し、しかる後に高
真空中にて730℃以上で短時間加熱することによって表
面洗浄を行った。
第１図は、面方位が（100）で比抵抗が10〜20Ωcmであ
るｎ型シリコン基板上にホウ素のドーピングを行った時
のB2O3セル温度とドーピング量及び酸素濃度との関係
を、UV見積を照射した場合としない場合で比較したもの
である。洗浄化温度は780℃。成長温度は700℃。成長速
度は10Å/s。成長膜厚は1.5μｍ。UV光は500WのHg-Xeラ
ンプからの光をコールドミラーによって反射し、スプラ
ジル製のビューイングポートを通して真空内へ導入し
た。ドーピング濃度は四探針による抵抗値測定によりア
ービン（Irvin）カーブより求めた。酸素濃度は、SIMS
Secondary Ion Mass Spectroscopy）により求めた。第
１図より分かる様にUV光を照射した場合、セル濃度を70
0℃から950℃に変化させることによってホウ素のドーピ
ング量を1015〜1021cm-3の間で制御することができた。
この様な高濃度ドーピングは、相崎、辰巳等によって第
17回固体素子材料コンファレンスのアブストラクトの30
1ページ（Extended Abstracts of the 17th Conference
on Solid State Devices and Materials,Tokyo,1985,p
p.301-304）に述べられている拡散原料であるB2O3及びB
Nの混合物を用いては実現できない。また、UV光を照射
しなかった場合、ホウ素のドーピング量が増加しても酸
素濃度は増加せずSIMSの感度1018cm-3以下であった。こ
れに対して、UV光を照射した場合、酸素濃度は増加す
る。
るｎ型シリコン基板上にホウ素のドーピングを行った時
のB2O3セル温度とドーピング量及び酸素濃度との関係
を、UV見積を照射した場合としない場合で比較したもの
である。洗浄化温度は780℃。成長温度は700℃。成長速
度は10Å/s。成長膜厚は1.5μｍ。UV光は500WのHg-Xeラ
ンプからの光をコールドミラーによって反射し、スプラ
ジル製のビューイングポートを通して真空内へ導入し
た。ドーピング濃度は四探針による抵抗値測定によりア
ービン（Irvin）カーブより求めた。酸素濃度は、SIMS
Secondary Ion Mass Spectroscopy）により求めた。第
１図より分かる様にUV光を照射した場合、セル濃度を70
0℃から950℃に変化させることによってホウ素のドーピ
ング量を1015〜1021cm-3の間で制御することができた。
この様な高濃度ドーピングは、相崎、辰巳等によって第
17回固体素子材料コンファレンスのアブストラクトの30
1ページ（Extended Abstracts of the 17th Conference
on Solid State Devices and Materials,Tokyo,1985,p
p.301-304）に述べられている拡散原料であるB2O3及びB
Nの混合物を用いては実現できない。また、UV光を照射
しなかった場合、ホウ素のドーピング量が増加しても酸
素濃度は増加せずSIMSの感度1018cm-3以下であった。こ
れに対して、UV光を照射した場合、酸素濃度は増加す
る。
第２図は、面方位が（100）で比抵抗が10〜20Ω・cmで
あるｎ型シリコン基板上にホウ素のドーピングを行った
時のドーピング量とエピタキシャル膜内の結晶欠陥密度
との関係をUV光を照射した場合としない場合で比較した
ものである。洗浄化温度は780℃，成長温度は700℃，成
長速度は10Å/s,成長膜厚は1.5μｍとした。結晶欠陥密
度は、シリコン分子線成長後の試料に通常用いられてい
るライトエッチング（Wrightetching）を行い光学顕微
鏡を用いてエッチングピットを数えることによって行っ
た。第２図より分かる様にUV光を照射しなかった場合
は、ホウ素のドーピング量が〜1019cm-3を越えると急激
に結晶欠陥密度が増えはじめるが、UV光を照射した場合
には〜1021cm-3までほとんど増えない。
あるｎ型シリコン基板上にホウ素のドーピングを行った
時のドーピング量とエピタキシャル膜内の結晶欠陥密度
との関係をUV光を照射した場合としない場合で比較した
ものである。洗浄化温度は780℃，成長温度は700℃，成
長速度は10Å/s,成長膜厚は1.5μｍとした。結晶欠陥密
度は、シリコン分子線成長後の試料に通常用いられてい
るライトエッチング（Wrightetching）を行い光学顕微
鏡を用いてエッチングピットを数えることによって行っ
た。第２図より分かる様にUV光を照射しなかった場合
は、ホウ素のドーピング量が〜1019cm-3を越えると急激
に結晶欠陥密度が増えはじめるが、UV光を照射した場合
には〜1021cm-3までほとんど増えない。
以上の事実は次のように説明される。シリコン基板上で
は、次の様な反応が起こっていると考えられる。
は、次の様な反応が起こっていると考えられる。
BxOy＋hv1→xB＋yO Ｏ＋hv2→Ｏ＊ XO＊＋Si→SiOx つまり、B2O3ソースよりホウ素は酸化物の形で基板上へ
飛来し基板の熱振動によってその一部が分解するが、UV
光はこの分解を促進する。さらに、UV光は分解した酸素
を活性化し、この活性化した酸素はシリコンと結合しSi
Oxとなって基板内へ取り込まれる。従って、UV光を照射
した場合にはホウ素のキャリア濃度が増えると酸素濃度
も増加すると考えられる。一方、UV光を照射しない場合
はドーピング量が増えても、酸素濃度は増加しない。ま
た、結晶欠陥密度も増加する。
飛来し基板の熱振動によってその一部が分解するが、UV
光はこの分解を促進する。さらに、UV光は分解した酸素
を活性化し、この活性化した酸素はシリコンと結合しSi
Oxとなって基板内へ取り込まれる。従って、UV光を照射
した場合にはホウ素のキャリア濃度が増えると酸素濃度
も増加すると考えられる。一方、UV光を照射しない場合
はドーピング量が増えても、酸素濃度は増加しない。ま
た、結晶欠陥密度も増加する。
以上述べた様に、B2O3をドーピングソースとして使用す
る場合、UV光を同時に照射するとエピタキシャル膜内の
酸素濃度が増加し、結晶性が改善される効果があること
は明らかである。
る場合、UV光を同時に照射するとエピタキシャル膜内の
酸素濃度が増加し、結晶性が改善される効果があること
は明らかである。
なお、本実施例ではシリコンウエハーを対象としたが、
本発明の方法は表面にのみシリコンが存在するSOS（Sil
icon on Sapphire）基板や更に一般にSOI（Silicon on
Insulator）基板等にも当然適用できる。
本発明の方法は表面にのみシリコンが存在するSOS（Sil
icon on Sapphire）基板や更に一般にSOI（Silicon on
Insulator）基板等にも当然適用できる。
また、以上の説明では本発明をシリコン分子線成長技術
におけるドーピング方法に適用した場合を例にとって説
明したが、これに限られるものではなく集積回路製造等
のウエハー処理工程に広く一般的に適用できるものであ
る。
におけるドーピング方法に適用した場合を例にとって説
明したが、これに限られるものではなく集積回路製造等
のウエハー処理工程に広く一般的に適用できるものであ
る。
（発明の効果） 以上、詳細に述べた通り本発明によれば、シリコン分子
線成長において、特殊なセルでなく通常使われているク
ヌーセンセルを用いてホウ素を制御性良く、高濃度にド
ーピングでき、しかも酸素を十分にドーピングしたシリ
コン薄膜を得ることができる。
線成長において、特殊なセルでなく通常使われているク
ヌーセンセルを用いてホウ素を制御性良く、高濃度にド
ーピングでき、しかも酸素を十分にドーピングしたシリ
コン薄膜を得ることができる。
第１図は、ｎ型シリコン基板上にホウ素のドーピングを
行った時のB2O3セル温度とドーピング量及び酸素濃度と
の関係を、UV光を照射した場合としない場合で比較した
図である。 第２図はｎ型シリコン基板上にホウ素のドーピングを行
った時のドーピング量とエピタキシャル膜内の結晶欠陥
密度との関係をUV光を照射した場合としない場合で比較
した図である。
行った時のB2O3セル温度とドーピング量及び酸素濃度と
の関係を、UV光を照射した場合としない場合で比較した
図である。 第２図はｎ型シリコン基板上にホウ素のドーピングを行
った時のドーピング量とエピタキシャル膜内の結晶欠陥
密度との関係をUV光を照射した場合としない場合で比較
した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ ｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．48，Ｎｏ．３，Ｐ. 221−223 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ ｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．39，Ｎｏ．10，Ｐ. 825−827
Claims (1)
- 【請求項１】分子線エピタキシャル法によってシリコン
薄膜を基板上に形成する場合に、シリコンの成長と同時
に、B2O3を加熱することによって得た分子線と紫外光
（UV光）を基板に照射することによって、前記シリコン
薄膜の中にホウ素と酸素をドーピングすることを特徴と
する半導体薄膜製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61148581A JPH0691009B2 (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 半導体薄膜製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61148581A JPH0691009B2 (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 半導体薄膜製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS634608A JPS634608A (ja) | 1988-01-09 |
| JPH0691009B2 true JPH0691009B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=15455943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61148581A Expired - Fee Related JPH0691009B2 (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 半導体薄膜製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691009B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5024967A (en) * | 1989-06-30 | 1991-06-18 | At&T Bell Laboratories | Doping procedures for semiconductor devices |
-
1986
- 1986-06-24 JP JP61148581A patent/JPH0691009B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１０，Ｐ．８２５−８２７ |
| ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．３，Ｐ．２２１−２２３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS634608A (ja) | 1988-01-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |