JPH0745541A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
- Publication number
- JPH0745541A JPH0745541A JP18856693A JP18856693A JPH0745541A JP H0745541 A JPH0745541 A JP H0745541A JP 18856693 A JP18856693 A JP 18856693A JP 18856693 A JP18856693 A JP 18856693A JP H0745541 A JPH0745541 A JP H0745541A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thin film
- gas
- hydrogen ions
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- Pending
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は高濃度にＶ族元素を添加したIV半導
体薄膜を製造する技術を提供することを目的とする。 【構成】 反応容器内に薄膜堆積用基板を配置し７５０
℃以下に加熱し、前記反応容器内を１×１０-1Ｐａ以下
の分圧でIV族元素を含む少なくとも一種類の水素化合物
気体と該気体より低い分圧のＶ族元素を含む水素化合物
気体で充たし、かつ水素イオンを前記基板上に照射し、
前記基板上で前記各気体を分解させて半導体薄膜を薄膜
堆積用基板上に堆積させる薄膜形成方法。 【効果】 本発明によれば高濃度にｎ型ドーパントを添
加した条件でも成長速度を低下すること無く、低抵抗の
シリコン層を形成することが可能となる。
体薄膜を製造する技術を提供することを目的とする。 【構成】 反応容器内に薄膜堆積用基板を配置し７５０
℃以下に加熱し、前記反応容器内を１×１０-1Ｐａ以下
の分圧でIV族元素を含む少なくとも一種類の水素化合物
気体と該気体より低い分圧のＶ族元素を含む水素化合物
気体で充たし、かつ水素イオンを前記基板上に照射し、
前記基板上で前記各気体を分解させて半導体薄膜を薄膜
堆積用基板上に堆積させる薄膜形成方法。 【効果】 本発明によれば高濃度にｎ型ドーパントを添
加した条件でも成長速度を低下すること無く、低抵抗の
シリコン層を形成することが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体薄膜の形成方法に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において薄膜成長
技術はイオン注入法にかわるｐ−ｎ接合の形成方法とし
て注目されている。即ち、イオン注入法では注入に伴な
う不純物の深さ方向への分布のゆらぎが本質的に伴なう
のに対して、薄膜成長法では異なる不純物を含むニつの
層を積層することにより極めて急峻な接合界面を形成す
ることが可能となる。この場合、成長をする基板表面の
酸化物等を除去し更に原料中及び薄膜成長を行う雰囲気
中の不純物を極力低減する事により、薄膜成長に必要な
基板温度を低下することが重要なポイントとなる。この
様なクリーン化の技術により成長温度を７５０℃以下に
すれば、成長中の温度による不純物の拡散が無視できる
ほど小さくなり急峻な界面形成が可能となる。
技術はイオン注入法にかわるｐ−ｎ接合の形成方法とし
て注目されている。即ち、イオン注入法では注入に伴な
う不純物の深さ方向への分布のゆらぎが本質的に伴なう
のに対して、薄膜成長法では異なる不純物を含むニつの
層を積層することにより極めて急峻な接合界面を形成す
ることが可能となる。この場合、成長をする基板表面の
酸化物等を除去し更に原料中及び薄膜成長を行う雰囲気
中の不純物を極力低減する事により、薄膜成長に必要な
基板温度を低下することが重要なポイントとなる。この
様なクリーン化の技術により成長温度を７５０℃以下に
すれば、成長中の温度による不純物の拡散が無視できる
ほど小さくなり急峻な界面形成が可能となる。
【０００３】シリコンの薄膜を作成する方法として、固
体シリコンを真空中で電子ビームにより高温に加熱して
成長用基板面に結晶を成長させるＭＢＥ法と、減圧ある
いは真空にした雰囲気にシリコン原子を含む水素化合物
気体を原料として導入し、加熱した基板上に結晶を成長
させるＣＶＤ法が代表的である。このうちＣＶＤ法が半
導体製造の手法として量産性に優れているとされてい
る。
体シリコンを真空中で電子ビームにより高温に加熱して
成長用基板面に結晶を成長させるＭＢＥ法と、減圧ある
いは真空にした雰囲気にシリコン原子を含む水素化合物
気体を原料として導入し、加熱した基板上に結晶を成長
させるＣＶＤ法が代表的である。このうちＣＶＤ法が半
導体製造の手法として量産性に優れているとされてい
る。
【０００４】ＣＶＤ法でシリコン結晶中に不純物を添加
する場合はｐ型ではIII族元素のほう素を含む水素化合
物気体を、ｎ型ではＶ族元素の燐あるいは砒素を含む水
素化合物気体を原料気体とともに反応容器に導入する。
このとき原料気体と不純物気体の混合比を制御すること
により添加する不純物の濃度を制御している。
する場合はｐ型ではIII族元素のほう素を含む水素化合
物気体を、ｎ型ではＶ族元素の燐あるいは砒素を含む水
素化合物気体を原料気体とともに反応容器に導入する。
このとき原料気体と不純物気体の混合比を制御すること
により添加する不純物の濃度を制御している。
【０００５】ここでジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）あるいはモノ
シラン（ＳｉＨ4）中にジボラン（Ｂ2Ｈ6）を混ぜてｐ
型半導体薄膜を成長する場合はガスの混合比を制御する
ことにより不純物濃度１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3から１
０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の膜が得ることが可能である。
一方、アルシン（ＡｓＨ3）あるいはフォスフィン（Ｐ
Ｈ3）を混ぜてｎ型半導体薄膜を成長する場合は、これ
らの不純物原子が成長表面に蓄積され原料分子の分解を
妨げるため、成長速度が極端に低下し高濃度の不純物を
含む層を得ることが困難となる。
シラン（ＳｉＨ4）中にジボラン（Ｂ2Ｈ6）を混ぜてｐ
型半導体薄膜を成長する場合はガスの混合比を制御する
ことにより不純物濃度１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3から１
０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の膜が得ることが可能である。
一方、アルシン（ＡｓＨ3）あるいはフォスフィン（Ｐ
Ｈ3）を混ぜてｎ型半導体薄膜を成長する場合は、これ
らの不純物原子が成長表面に蓄積され原料分子の分解を
妨げるため、成長速度が極端に低下し高濃度の不純物を
含む層を得ることが困難となる。
【０００６】これに対して原料気体を導入する反応容器
の真空度を１×１０-1Ｐａより低くし、基板表面ばかり
でなく気相中でも原料分子の分解が起こるようにすれば
反応速度を落とすことなく高濃度の不純物添加層を得る
ことが可能となる。しかし、この方法では大量の原料気
体を反応容器に導入する必要があり、消費効率も低いと
いう欠点を有する。更に反応容器に導入する気体の量が
多いと不純物ガスの切り替えに時間がかかり不純物分布
の急峻性も劣化する。また、基板温度を７５０℃より高
く設定することによりジシラン及びアルシンの分解効率
を高くすることも可能であるが、この場合も不純物の拡
散が分布の急峻性を低下させる原因となるので好ましく
ない。更に成長容器内の原料気体等をプラズマ放電等に
より分解して基板表面に供給する方法は、上記の理由と
同様に好ましくないばかりか、シリコン、砒素等の質量
の大きな元素がイオンとして基板表面に照射されるので
結晶中への欠陥の導入も懸念される。
の真空度を１×１０-1Ｐａより低くし、基板表面ばかり
でなく気相中でも原料分子の分解が起こるようにすれば
反応速度を落とすことなく高濃度の不純物添加層を得る
ことが可能となる。しかし、この方法では大量の原料気
体を反応容器に導入する必要があり、消費効率も低いと
いう欠点を有する。更に反応容器に導入する気体の量が
多いと不純物ガスの切り替えに時間がかかり不純物分布
の急峻性も劣化する。また、基板温度を７５０℃より高
く設定することによりジシラン及びアルシンの分解効率
を高くすることも可能であるが、この場合も不純物の拡
散が分布の急峻性を低下させる原因となるので好ましく
ない。更に成長容器内の原料気体等をプラズマ放電等に
より分解して基板表面に供給する方法は、上記の理由と
同様に好ましくないばかりか、シリコン、砒素等の質量
の大きな元素がイオンとして基板表面に照射されるので
結晶中への欠陥の導入も懸念される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これまで述べたよう
に、真空容器に原料ガス（モノシラン、ジシラン）及び
ｎ型不純物ガス（アルシン、フォスフィン）を導入して
半導体薄膜を成長する技術において、高濃度の不純物を
含む結晶を得るためには多くの制約があった。
に、真空容器に原料ガス（モノシラン、ジシラン）及び
ｎ型不純物ガス（アルシン、フォスフィン）を導入して
半導体薄膜を成長する技術において、高濃度の不純物を
含む結晶を得るためには多くの制約があった。
【０００８】本発明は真空中に原料を供給して高濃度に
不純物を含むｎ型半導体薄膜を得る手法を提供すること
を目的とする。
不純物を含むｎ型半導体薄膜を得る手法を提供すること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜形成方
法は、反応容器内に薄膜堆積用基板を配置し７５０℃以
下に加熱し、前記反応容器内を１×１０-1Ｐａ以下の分
圧でIV族元素を含む少なくとも一種類の水素化合物気体
とＶ族元素を含む水素化合物気体で充たし、かつ水素イ
オンを前記基板上に照射し、前記基板上で前記各気体を
分解させて半導体薄膜を薄膜堆積用基板上に堆積させる
特徴を有する。すなわち、本発明ではヒ素、リン原子が
シリコン表面で蓄積し、モノシラン、ジシラン等の原料
ガスの分解を妨げるのを防ぐため、シリコン基板表面に
低加速の水素イオン照射を施すことにより解決する。基
板温度が高いと拡散等の問題が生じ、また分圧が高くな
ると気相中分解が生じてしまう。従って上記規定の基板
温度、分圧の下で水素イオン照射により基板表面での反
応を良好に行わせることができる。
法は、反応容器内に薄膜堆積用基板を配置し７５０℃以
下に加熱し、前記反応容器内を１×１０-1Ｐａ以下の分
圧でIV族元素を含む少なくとも一種類の水素化合物気体
とＶ族元素を含む水素化合物気体で充たし、かつ水素イ
オンを前記基板上に照射し、前記基板上で前記各気体を
分解させて半導体薄膜を薄膜堆積用基板上に堆積させる
特徴を有する。すなわち、本発明ではヒ素、リン原子が
シリコン表面で蓄積し、モノシラン、ジシラン等の原料
ガスの分解を妨げるのを防ぐため、シリコン基板表面に
低加速の水素イオン照射を施すことにより解決する。基
板温度が高いと拡散等の問題が生じ、また分圧が高くな
ると気相中分解が生じてしまう。従って上記規定の基板
温度、分圧の下で水素イオン照射により基板表面での反
応を良好に行わせることができる。
【００１０】
【作用】低加速の水素イオンの照射により基板表面にヒ
素、リン原子が安定な状態で蓄積することを防止できる
ため、成長速度の低下をまねかずに高濃度に不純物を含
む半導体薄膜結晶を得ることが可能となる。また原子分
子の分解を促進することができる。
素、リン原子が安定な状態で蓄積することを防止できる
ため、成長速度の低下をまねかずに高濃度に不純物を含
む半導体薄膜結晶を得ることが可能となる。また原子分
子の分解を促進することができる。
【００１１】さらに、イオンとして基板表面に照射され
る元素が質量数の小さい原子であるため、欠陥導入の可
能性も小さい。
る元素が質量数の小さい原子であるため、欠陥導入の可
能性も小さい。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき説明する。
【００１３】図１に本発明の一実施例に用いられる半導
体薄膜製造装置を断面図で示す。図１において、１は一
例としてステンレス製の超高真空容器で、基板加熱ヒー
ター２と、これに対向し配置され加熱される基板３を内
装する。また、４はターボ分子ポンプで、これと直列に
大気側に連結されたロータリポンプ５で背圧を保ち前記
超高真空容器１内を排気する。また、超高真空容器１に
はジシランガス導入バルブ６ａ、アルシンガス導入バル
ブ６ｂが設けられ超高真空容器内の雰囲気を形成する。
さらに前記基板３に対向し設けられたイオン化室７は、
ターボ分子ポンプ１４とこれに直列に大気側に連結され
たロータリポンプ１５で排気され、水素導入バルブから
水素が導入されイオン化照射を行うように構成されてい
る。
体薄膜製造装置を断面図で示す。図１において、１は一
例としてステンレス製の超高真空容器で、基板加熱ヒー
ター２と、これに対向し配置され加熱される基板３を内
装する。また、４はターボ分子ポンプで、これと直列に
大気側に連結されたロータリポンプ５で背圧を保ち前記
超高真空容器１内を排気する。また、超高真空容器１に
はジシランガス導入バルブ６ａ、アルシンガス導入バル
ブ６ｂが設けられ超高真空容器内の雰囲気を形成する。
さらに前記基板３に対向し設けられたイオン化室７は、
ターボ分子ポンプ１４とこれに直列に大気側に連結され
たロータリポンプ１５で排気され、水素導入バルブから
水素が導入されイオン化照射を行うように構成されてい
る。
【００１４】上記一例の装置により次の如く半導体薄膜
結晶成長を行う。すなわち、薄膜成長を行う反応容器と
してステンレス製の超高真空容器を用い、ターボ分子ポ
ンプにより容器を排気して１０-8Ｐａの到達真空度を得
ている。この真空容器にジシランガスを２．０ＳＣＣ
Ｍ、アルシンガスを０．２ＳＣＣＭ導入している。この
とき真空容器内の真空度（ジシランの分圧にほぼ等し
い）は５．０×１．０-3ｐａとなった。この状態で真空
容器内におかれたヒーターにより基板温度を６５０℃ま
で加熱した。ここで基板上に加速エネルギー５０ｅＶの
水素イオンを照射した。水素イオンは反応容器とは真空
的に作動排気により結合されたイオン源より供給され
る。イオンの照射密度は２×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓ
とした。この条件で３０分間薄膜の成長を行った結果得
られた成長層は厚さ３０ｎｍ、キャリア濃度１．５×１
０19ｃｍ-3であった。図２はジシランの供給量を２．０
ＳＣＣＭに固定して、アルシンガスの供給量を０から
１．０ＳＣＣＭまで変化させて基板温度６５０℃の条件
で３０分間成長したシリコン層の厚さとキャリア濃度
を、水素イオン照射のある場合と無い場合で比較したグ
ラフである。水素イオンの条件は先の条件と同じであ
る。水素イオンの照射が無い場合は、アルシンガスの導
入と同時に成長が抑制され、キャリア濃度も２×１０18
ｃｍ-3が最高値であった。これに対して水素イオンを照
射した場合は成長の抑制がほとんどみられず、２．０×
１０19ｃｍ-3のキャリア濃度が得られている。
結晶成長を行う。すなわち、薄膜成長を行う反応容器と
してステンレス製の超高真空容器を用い、ターボ分子ポ
ンプにより容器を排気して１０-8Ｐａの到達真空度を得
ている。この真空容器にジシランガスを２．０ＳＣＣ
Ｍ、アルシンガスを０．２ＳＣＣＭ導入している。この
とき真空容器内の真空度（ジシランの分圧にほぼ等し
い）は５．０×１．０-3ｐａとなった。この状態で真空
容器内におかれたヒーターにより基板温度を６５０℃ま
で加熱した。ここで基板上に加速エネルギー５０ｅＶの
水素イオンを照射した。水素イオンは反応容器とは真空
的に作動排気により結合されたイオン源より供給され
る。イオンの照射密度は２×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓ
とした。この条件で３０分間薄膜の成長を行った結果得
られた成長層は厚さ３０ｎｍ、キャリア濃度１．５×１
０19ｃｍ-3であった。図２はジシランの供給量を２．０
ＳＣＣＭに固定して、アルシンガスの供給量を０から
１．０ＳＣＣＭまで変化させて基板温度６５０℃の条件
で３０分間成長したシリコン層の厚さとキャリア濃度
を、水素イオン照射のある場合と無い場合で比較したグ
ラフである。水素イオンの条件は先の条件と同じであ
る。水素イオンの照射が無い場合は、アルシンガスの導
入と同時に成長が抑制され、キャリア濃度も２×１０18
ｃｍ-3が最高値であった。これに対して水素イオンを照
射した場合は成長の抑制がほとんどみられず、２．０×
１０19ｃｍ-3のキャリア濃度が得られている。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
濃度にｎ型ドーパントを添加した条件でも成長速度を低
下すること無く、低抵抗のシリコン層を形成することが
可能となる顕著な利点がある。
濃度にｎ型ドーパントを添加した条件でも成長速度を低
下すること無く、低抵抗のシリコン層を形成することが
可能となる顕著な利点がある。
【図１】にかかる一実施例の薄膜形成方法を説明するた
めの装置の断面図。
めの装置の断面図。
【図２】（ａ）、および（ｂ）はいずれも本発明による
成膜と従来の方法による成膜とを比較して示すいずれも
線図。
成膜と従来の方法による成膜とを比較して示すいずれも
線図。
１ 超高真空容器 ２ 基板加熱ヒーター ３ 基板 ４、１４ ターボ分子ポンプ ５、１５ ロータリーポンプ ６ａ ジシランガス導入バルブ ６ｂ アルシンガス導入バルブ ７ イオン化室 ８ 水素導入バルブ
Claims (1)
- 【請求項１】 反応容器内に薄膜堆積用基板を配置し７
５０℃以下に加熱し、前記反応容器内を１×１０-1Ｐａ
以下の分圧でIV族元素を含む少なくとも一種類の水素化
合物気体とＶ族元素を含む水素化合物気体で充たし、か
つ水素イオンを前記基板上に照射し、前記基板上で前記
各気体を分解させて半導体薄膜を薄膜堆積用基板上に堆
積させる薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18856693A JPH0745541A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18856693A JPH0745541A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745541A true JPH0745541A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16225935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18856693A Pending JPH0745541A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745541A (ja) |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP18856693A patent/JPH0745541A/ja active Pending
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