JPS6051688A - 不純物の偏析方法 - Google Patents

不純物の偏析方法

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JPS6051688A
JPS6051688A JP15635883A JP15635883A JPS6051688A JP S6051688 A JPS6051688 A JP S6051688A JP 15635883 A JP15635883 A JP 15635883A JP 15635883 A JP15635883 A JP 15635883A JP S6051688 A JPS6051688 A JP S6051688A
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Tadashi Sunada
砂田 匡
Shiro Sato
史郎 佐藤
Junichi Senkawa
純一 千川
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Japan Broadcasting Corp
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Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/06Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting the molten zone not extending over the whole cross-section

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、結晶中に微量に含まれる不純物を結晶表面に
偏析させる方法に関し、特に、微量不純物の分析方法で
ある2次イオン分析法(SIMS)を用いて分析する場
合に、不純物濃度が抄出感度以下であっても、前処理と
してWI量不純物を偏析させることにより容易に分析測
定を行えるようにするものである。
従来行われているSlについてのレーザーアニーリング
においては、不純物イオンを注入した半導体結晶にパル
スレーザ−ビーム(シリコン結晶に対し、パルス幅約2
Qns 、エネルギー畜度1.5J/ Cm2程度のル
ビ′−パルスレーザ−)を!11遍身4レて表面層を融
解させ、続いて未融解部を基様結晶としてi’;li速
固化を起こさせる。1−・1化速度(成長速度)は、」
二連のレーザーアニーリングの場合4m/sにも達し、
固化の過程においてAs、P、Bなどの不純物は偏析せ
ず、従って界面の偏析係数に゛はほぼlに近い1゛1白
と考えられている(ここでに−=Cs/’:”、 、C
sは結晶中の不純物濃度、呼は界面に接する融液中の不
純物a度である)。
−上述したレーザーアニーリングで偏析が起こらないの
は、固化速度が極めて大きいために、融液中の不純物原
子が母体原子の固化に巻き込まれて結晶内に取り込まれ
てしまうからであると考えられていた。後述するように
、この考えは誤りであり、不純物原子と母体原子は独立
に結晶内に取り込まれる。
一力、これとは逆にエネルギービームを照射して結晶内
部に均一に分布する不純物原子を表面に多部:に堆積さ
せるためには、不純物の偏析係数に1が小さいことが必
要である。
本発明の目的は、偏析係数に′が固化速1=&Vと密接
なる関連を有することに着目し、結晶中に均一に分布す
る微y4の不純物を、エネルギービームを照射すること
により、結晶表面に有効に堆積させ、もって、検出感度
以下の微量不純物の分析をif能ならしめようとするも
のである。
かかる目的を達成するために、本発明では、エネルギー
ビームを結晶表面に照射して結晶の表面層を融解し、続
いて未融解部を基板結晶として結晶成長させるにあたり
、固化速度を D/a (Dは81体融液中における不純物原子の拡散係数、a
は前記結晶の原子間距g1)よりほぼ1積置七小さくす
る。
以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は、界面偏析係数と成長速度との関係を示す。界
面での不純物原子の偏析は融液噛結晶間の原子の移動を
必要とするので、界面偏析係数に7は固化速度Vに依存
する。一般に、固化速度Vが小ざいと原子の移動が十分
繰り返されるので界面は平衡状態となり、平衡偏析係数
に、で偏析が起こる。しかし、固化速度Vが十分大きい
場合にはこの平衡状態の実現が困難となり、界面の原子
が凍結される。その結果、界面偏析係# k’は、第1
図に示すようなV依存性をもつ、従来行われているレー
ザーアニーリングはV〜4m/sであり、第1図の斜線
部に相当し、 k゛〜1の速度領域である。
第2図は、均一に不純物Siを含むGaAs単結晶にパ
ルスレーザ−を照射した後の不純物の再分布を示す本発
明の実施例である。本図において、C0はレーザー照射
前に結晶中に均一に分布していた不純物濃度、0s(x
)はレーザー照射後の不純物濃度、スは結晶表面からの
深さである。
第2図の右上に示す挿入図は、界面偏析係数かに’<1
の不純物に対するエネルギービーム照用後の不純物の再
分布を示す。この分布曲線は初期過渡曲vj、(右端)
、定常状態、終端過渡曲線(左端)からなり、第2図は
終端過渡曲線に相当する。図中の曲線はGaAs中の不
純物Siについての一実施例を示したもので、それぞれ
に’ =0.35. k“=0.2としたときの理論曲
線である。詳しくはブイ・ジーφスミス他の著によるカ
ナダづアン・ジャーナルΦオブ・フィジッ、クス(V、
C。
Sm1th et al、 Canadian Jou
r++al of Physics)33巻、723頁
、1955年 を参照されたい。
この図から明らかなように、いずれも界面偏析係数はに
′<1であり、1100at アルゴン中で照射した場
合には界面偏析係数に′は平衡偏析係数に、の値にほぼ
等しく、平衡偏析係数に、で偏析していることがわかる
。特に、空気中、すなわち酸素謬囲気中では不純物の偏
析は大きく、表面に高濃度のSi層が得られている。
第2−に示した偏析は、融解後の固化速度が約1mへで
行われたものである。上述したように通常のレーザーア
ニーリングでは融解後の固化速度は〜4m/sであり、
不純物の偏析は起こりにくい。このようにlll1/s
の固化速度を得るために、本実施例(GaAsの場合)
ではパルス幅20nsec 、エネルギー密度lJ/c
+o2のルビーレーザーを用いた。
以下、本発明に係る不純物を有効に偏析させるための固
化速度vについで述べる。
上述した1+n/secの固化速興で成長が進行する場
合、一原子層a(aは原子間距l11)を固化するに要
する時間はa/V−10″’ secである。この短時
間の間でも、不純物原子が上述したように平衡偏析係数
に、で偏析する(すなわち、界面が平衡状態となる)。
このようにす衡になるためには、Itl” secの間
に界面上の原子と液体中の原子の位iM変換が十分行わ
れる必要がある。液体中の原子の位置交換に要する時間
は10 secであり、このことから界面上の原子はま
だ固化の潜熱を放出する以前の状態であることがわかる
結局、不純物原子の偏析は第3図に示す如く、界面の融
液側で生じ、固化の進行と共に界面の状jt(かそのま
ま凍結されている。すなわち、不純物 、原子と母体原
子は独立に結晶に取り込まれる。従来のレーザーアニー
リングにおけるに#〜lの結果は、あまりにも高速成長
であるので、第3図示の界面Sと融液しとの間において
すら平衡状態が成立せず偏析が妨げられている。
不純物の偏析を有効に行わせるためには、なるへ〈k゛
が小さい成長を行わせる必要がある。このためには、少
なくとも第3図示の界面Sで偏析を起こさせる必要があ
る。このために、界面原子が融液中へ拡散する速度D/
a (既述のように界面自身も融液状態にあるので、D
は融液中における不純物原子の拡散係数、aは結晶の原
子間距#)より固化速度Vを小さくとる必要がある。す
なわち、V<D/a とする。
一般に口は不純物および母体元素に依存せず、D 〜1
0− cta2/sec程度である。またaは半導体で
は3人位であるので、D/aはほぼIOm/ sとなる
以上の説明および実験事実から明らかなように、固化速
度Vは1m八もしくはそれ以下、換dすれば固化速度V
はD/aの1110もしくはそれ以下に設定することに
より不純物の有効な偏析を行うことができる。
以上述べたことから明らかなよフに照射ビームはレーザ
ービームに限られず、電子ビームj赤外線などを用いて
も同様の効果が得られることは勿論である。
さらに、本発明は次に示す第1表に見られる如く、Ga
As中におけるに、<1のすべての不純物(Al、 P
、Beは除く)に対して適用することかできる。
以下に示す第1表は、GaAs中におシするイζ細物の
平衡偏析係数を示す、この表シよR,K 。
Willardson and W、P、Al1red
、 Proceeding ofInternatio
nal Symposium on GaAs、 Re
ading+9813゜ In5titute of Physics and 
Physical 5ociety。
London、Page 35゜ rDistribution coefficient
s in GalliumarsenideJから抜粋
したものである。
p〕l −・ Al 30.2 Sb (Q、02 0.O’+8 Bi 5 XIO’ Be 3 Ca (0,022XIOう C018 Cr t3.4XIo″ 5.7 XIO”r、’o 
8.0X10′4 XIO″I′Ju2×10う ぐX
1l)−” Ge O,03Ll、G18 0.011n 0.1 
7 XIO’ Fe 2.0XIO’ 3 XIO’ l Xl0−3
Pb (0,02ぐlXl0′ Mg ’ 0.047 0.3 0.1Mn Q、02
1 0.05’ 0.02Ni 8.0XIIl−(0
,t12 4 X1ll−P 2 3 3 Se O,40,44〜0.55 0.30Si 0.
1+ 0.13 0.+ 0.14 0.14Ag Q
、I (4XlO”’ S O,1? 0.3 0.5〜1.0 0.30Te
 O,0250,30,054〜0.18 0.051
]Sn O,0480,030,08 Zn ’ 0.36 0.1 0.27−0.fl O
,40+66+1:III)、preBentWork
以上説明したとおり、本発明によれば、■ 2次イオン
質量分析法(SIMS)や放射化分析なとのノ〕法にお
いて検出感度以下の微量不純物を、結晶表面に高密度に
て堆積させることができるので、従来検出不能であった
微量不純物の検出が可能である。
■ エネルギービームとしてレーザービームを用いた場
合には、ビームを絞ることにより局所的に不純物を堆積
させることができるので、不純物の空間分布を知ること
ができる。
■ 半絶縁性結晶、例えば半絶縁GaAsのような結晶
では、キャリアを供給する不純物、例えばSlが表面に
堆積させられることにより表面・が低抵抗化するので、
2次イオン質量分析法を用いてa ja−不純物を検出
する場合、1次イオン照射による結晶表面の帯電を防止
することができる。
■ ウェーハ上の特定の場所にエネルギービームを照射
することにより、ウェーハ」二に局所的に不純物を分1
1jさせることかできるので、デバイスの製造にも利用
することができる。
■ 本発明はゾーンメルティングと比較して、処理時間
が短く且つ設備も簡単なものであるうえ、ウェーハの様
な薄板に対しても適用することかできる。
■ 多種類の不純物の検出に適用することができるつ
【図面の簡単な説明】
第1図は界面偏析係数と成長速度との関係を示す線図、 イシ21?71はGaAs試料に均一にドープされたS
iに対してパルスレーザ−を照射した後のSiの分布を
説明する線図、 第3図は成長界面近傍の原子状態を1悦明する図である
。 し・・・融液、 S・・・界面、 C・・・結晶。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l) エネルギービームを結晶表面に照射して前記結晶
    の表面層を融解し、続いて未融解部を基板結晶として結
    晶成長させるにあたり、固化速度を D/a (0は7i)体融液中における不純物原子の拡散係数、
    aは前記結晶の原子間距離)よりほぼ1積置」−小さく
    することを特徴とする不純物の偏析方法。 2)前記エネルギービームをレーザビーム、電子ビーム
    もしくは赤外線とすることを特徴とする1F詐請求の範
    囲第1項記載の不純物の偏析方法。
JP15635883A 1983-08-29 1983-08-29 不純物の偏析方法 Granted JPS6051688A (ja)

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JPS6051688A true JPS6051688A (ja) 1985-03-23
JPH0377156B2 JPH0377156B2 (ja) 1991-12-09

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5560087A (en) * 1978-10-26 1980-05-06 Fujitsu Ltd Semiconductor material refining method
JPS5637292A (en) * 1979-09-04 1981-04-10 Toshiba Corp Crystal growing method
JPS5777099A (en) * 1980-09-03 1982-05-14 Westinghouse Electric Corp Semiconductor material and manufacture
JPS5820794A (ja) * 1981-07-24 1983-02-07 Seiko Epson Corp 半導体基板の製造方法

Patent Citations (4)

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