JPS6236099A - Method for growing si in liquid phase - Google Patents

Method for growing si in liquid phase

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JPS6236099A
JPS6236099A JP60176119A JP17611985A JPS6236099A JP S6236099 A JPS6236099 A JP S6236099A JP 60176119 A JP60176119 A JP 60176119A JP 17611985 A JP17611985 A JP 17611985A JP S6236099 A JPS6236099 A JP S6236099A
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solvent
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Abstract

PURPOSE:To obtain a reliable liq.-phase grown layer of Si without narrowing the operating frequency band by using a soln. of the raw solute of Si in a solvent consisting essentially of Al and the balance B and Sn or Ge and Ga and growing Si. CONSTITUTION:A raw solute of Si is dissolved in a solvent consisting essentially of Al and contg., as the balance, B as a P type impurity which is most highly soluble in Si and is used for increasing the carrier concn., Sn or Ge as a metal to increase the lattice constant in silicon and Ga as a metal to break the solvent when the soln. is solidified. A desired epitaxial growth layer is easily obtained by using the soln.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はSiの液相成長法に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a method for liquid phase growth of Si.

〔従来技術〕[Prior art]

近年高周波デバイスあるいは大電力デバイスに対する性
能向上の要求が強まっている。高周波デバイスについて
は微細加工技術の進歩、あるいは化合物半導体の採用に
よって飛躍的に性能が向上していることはよく知られて
いる0例えばG a A sを用いたFETは電子移動
度が大きい特徴を生かして年々性能が向上し、雑音指数
も急速に改善されて来ている。
In recent years, there has been an increasing demand for improved performance of high frequency devices or high power devices. It is well known that the performance of high-frequency devices has dramatically improved due to advances in microfabrication technology or the adoption of compound semiconductors.For example, FETs using GaAs are characterized by high electron mobility. The performance has been improved year by year, and the noise figure has been rapidly improved.

一方、シリコン、デバイスにおいても年々改善が進んで
いることはいうまでもないがそれは主として微細加工技
術を中心としたウエーファの加工技術の進歩に支えられ
ているといっても過言ではない、この中で特に要望され
ていることは化合物半導体では達成し難い様な高純度を
有するシリコンを用いたPINダイオード、静電誘導ト
ランジスタ、静電誘導サイリスタなどの高耐圧、高周波
デバイスである。
On the other hand, it goes without saying that improvements in silicon and devices are progressing year by year, and it is no exaggeration to say that this is mainly supported by advances in wafer processing technology, centered on microfabrication technology. What is particularly desired are high-voltage, high-frequency devices such as PIN diodes, static induction transistors, and static induction thyristors that use silicon with a high purity that is difficult to achieve with compound semiconductors.

高周波領域で利用されるシリコンPINダイオードはス
イッチ、減衰器、移相器、リミッタなどの多くの用途を
有している。
Silicon PIN diodes used in high frequency regions have many uses such as switches, attenuators, phase shifters, and limiters.

静電誘導トランジスタや静電誘導サイリスタは高周波パ
ワーデバイスとして期待されている。
Static induction transistors and static induction thyristors are expected to be used as high-frequency power devices.

本発明はこれらのシリコンデバイスの性能を向上するた
めに要求される不純物分布を実現するための液相成長法
を提供するにある。
The present invention provides a liquid phase growth method for realizing the impurity distribution required to improve the performance of these silicon devices.

シリコンの室温に於ける理論的真性抵抗率は約260キ
ロ、オーム、センチメートルとされ、この時の真性キャ
リア密度は6.5X10an ”である、これに対して
実現されている抵抗率の最大値は約20キロ、オーム、
センチメートルであり、実用的抵抗率は5キロ、オーム
、センチメートル程度である。5キロ、オーム、センナ
メートルの抵抗率のシリコンを用いてPIN接合を作る
際に最も一般的方法j±不純物拡散法である。
The theoretical intrinsic resistivity of silicon at room temperature is approximately 260 kg, ohm, centimeter, and the intrinsic carrier density at this time is 6.5 x 10 an'', which is the maximum value of resistivity that has been realized. is about 20 km, ohm,
centimeter, and the practical resistivity is about 5 kg, ohm, centimeter. The most common method for making PIN junctions using silicon with a resistivity of 5 kg, ohm, or sennamometer is the impurity diffusion method.

高抵抗率シリコン基板の一方の主表面より一導電型を与
える不純物を実用上取扱いを容易にする最終厚さを与え
る深さ、例えば50μから100μ程度まで拡散する。
An impurity imparting one conductivity type is diffused from one main surface of a high resistivity silicon substrate to a depth that provides a final thickness that facilitates practical handling, for example, about 50 to 100 microns.

しかるのち高抵抗率側を所望の厚さまで研磨“加工し、
研磨加工層が残存しない様に鏡面化したのち、該主表面
側より先の不純物と逆の導電型を与える不純物を拡散し
てPIN構造を形成する。しかるのち周知の金属型極付
は処理を施して所要の耐圧を有するPIN接合ダイオー
ドを形成する。
Then, the high resistivity side is polished to the desired thickness.
After mirror-finishing so that no polishing layer remains, a PIN structure is formed by diffusing impurities that provide a conductivity type opposite to the impurities beyond the main surface side. The well-known metal type electrode is then processed to form a PIN junction diode having the required breakdown voltage.

他のPIN構造を形成する方法について言及するならば
以下の通りである。極めて抵抗率例えば10/1000
〜1/1000オーム・センチメートルのシリコン基板
の一主表面上に気相エピタキシアル成長技術を用いて可
及的高抵抗率のエピタキシアル層を所望の厚さに堆積し
、しかるのちこのエピタキシアル成長した第二の主表面
より基板とは反対導電型の不純物を拡散してPIN構造
を形成する方法である。
The method of forming another PIN structure is as follows. Extremely resistive e.g. 10/1000
A vapor phase epitaxial growth technique is used to deposit an epitaxial layer of the highest possible resistivity to the desired thickness on one major surface of a ~1/1000 ohm cm silicon substrate, and then this epitaxial layer is This method forms a PIN structure by diffusing impurities of a conductivity type opposite to that of the substrate from the grown second main surface.

さらに別の方法として例えば5キロ、オーム、センチメ
ートル前後の高抵抗率Si基板上に気相エピタキシアル
成長技術によって不純物元素として砒素原子を1o”/
ax程度以上含むようなN型エピタキシアル層を150
ミクロン前後堆積し、しかるのち高抵抗率シリコン基板
を所望の厚さまで研磨除去し、研磨加工層を取除く鏡面
仕上げを施したのちエピタキシアル層とは反対導電型即
ちP型の拡散を行ってPIN接合を形成する方法である
Another method is to use a vapor phase epitaxial growth technique to grow arsenic atoms as an impurity element on a Si substrate with a high resistivity of about 5 kg, ohm, or cm.
150 N-type epitaxial layers containing about ax or more
The high resistivity silicon substrate is deposited on the order of microns, and then the high resistivity silicon substrate is removed by polishing to the desired thickness, and after the polishing layer is removed and a mirror finish is applied, a conductivity type opposite to that of the epitaxial layer, that is, P type, is diffused to form a PIN. This is a method of forming a bond.

本発明は以上述べた諸種のPIN接合の形成法が有する
欠点を克服する為になされたものであり、以下従来の欠
点を図面に従って詳しく説明する。
The present invention has been made to overcome the drawbacks of the various methods of forming PIN junctions described above, and the drawbacks of the conventional methods will be explained in detail below with reference to the drawings.

第一に拡散法によって形成するPIN接合の欠点につい
て説明する。高周波領域で使用されるPIN接合におい
て高抵抗率層の厚さは概ね5μ〜50μ程度と薄いため
にPINダイオードの製造1組立の容易さを確保するた
め少なくとも一導電型の不純物拡散は第1図に示すよう
に例えばN型拡散層は100μ前後の深い拡゛散を行っ
てしかるのち反対導電型の拡散は比較的浅い拡散とする
ことで゛構成される。
First, the drawbacks of PIN junctions formed by the diffusion method will be explained. Since the thickness of the high resistivity layer in PIN junctions used in high frequency ranges is as thin as approximately 5 to 50 μ, impurity diffusion of at least one conductivity type is required in order to ensure ease of assembly of PIN diodes (see Figure 1). As shown in FIG. 3, for example, the N-type diffusion layer is formed by deep diffusion of about 100 μm, and then the opposite conductivity type is diffused relatively shallowly.

この構迩においては高抵抗率層1の領域は精度よ乏“薊
御されている。また高抵抗率層の抵抗率は入手可能な範
囲の所望の高さをうろことが出来る。
In this arrangement, the region of the high resistivity layer 1 is controlled with limited precision. Also, the resistivity of the high resistivity layer can vary to any desired height within the available range.

し′フし、この方法で作るPINダイ牙−ドは次の様な
重大な欠点を生ずる。即ち半導体は抵抗率ρと同時にE
、ε。なる誘電率(但し、ここで叶は車一体の比誘電率
、ε。は真空の誘電率゛を意味する)を有しているため
に材料特有の誘電分散周波数  1 領域ではより抵抗的性質を示し、fdより高い周□疲数
嶺域ではよ・り誘電体的性質を示すのである。
However, the PIN die made by this method has the following serious drawbacks. In other words, the semiconductor has resistivity ρ and E
,ε. (here, ``ha'' means the relative permittivity of the whole car, and ε means the permittivity of vacuum), so it has more resistive properties in the dielectric dispersion frequency 1 region peculiar to the material. It exhibits more dielectric-like properties in the region of the dielectric fatigue number higher than fd.

従って′不純物は熱拡散によって深く拡散してPIN接
合を形晟す−ると第1図に示す様にP型伝導領域もN型
伝導領域も不純物分布が徐々に変化するために抵抗率ρ
も空間的に徐々に変化し位置の関数としての性質をもつ
ことになる。このことは誘電分散周波数が場所の関数に
なることを意味し、使用周波数によっでPIN接合の接
合容量が周波数依存性をもつことになり、殊にマイクロ
波領域ではインピーダンス整合が重要となるにもかかわ
らずダイオードインピーダンスか周波数依存性を示すこ
とになるので使用周波数帯域が狭ばめられる欠点がある
Therefore, when the impurity diffuses deeply through thermal diffusion and shapes the PIN junction, as shown in Figure 1, the impurity distribution in both the P-type conduction region and the N-type conduction region gradually changes, so that the resistivity ρ increases.
It also gradually changes spatially and has properties as a function of position. This means that the dielectric dispersion frequency is a function of location, and the junction capacitance of the PIN junction has frequency dependence depending on the frequency used, and impedance matching is particularly important in the microwave region. However, since the diode impedance exhibits frequency dependence, it has the disadvantage that the usable frequency band is narrowed.

次に低抵抗率基板上に高抵抗率エピタキシアル層を成長
堆積させたのち、基板とは反対側の表面より基板とは逆
の導電型を有する不純物を拡散して形成するPIN接合
の場合の欠点について述べる。先ず、第2図に示すよう
に、高抵抗率層の気相につ、いて達成されている抵抗率
は1キロ、オーム、センチメートル程度であってPIN
接合に関していえば必要かつ十分な値までえられている
Next, a high resistivity epitaxial layer is grown and deposited on a low resistivity substrate, and then an impurity having a conductivity type opposite to that of the substrate is diffused from the surface opposite to the substrate to form a PIN junction. Describe the shortcomings. First, as shown in Figure 2, the resistivity achieved in the gas phase of the high resistivity layer is on the order of 1 kilometer, ohm, or centimeter, and the PIN
As for bonding, the necessary and sufficient values have been achieved.

しかしこれを達成するには高度の技術を要し、しかも再
現性が悪く容易に数倍以上の抵抗率の変動を来すために
非常に歩留りが悪く、研究用としてはとも角、生産用と
して安定的に供給を受けることは殆んど不可能に近い。
However, achieving this requires advanced technology, and the yield rate is extremely low because the reproducibility is poor and the resistivity easily fluctuates by several times more. It is almost impossible to receive a stable supply.

更に重大な欠点は高抵抗率層内に基板と同一導電型の不
純物が分布的にとり込まれ、深い拡散の場合よりは少な
いものの誘電分散を生ずる程度の分布を示す、これは一
般にオート、ドープと称される現象であって高抵抗気相
成長にはとんど必ず伴う問題である。従ってこの方法に
よって形成したPIN接合に於いても深い拡散によって
作られる場合と同様使用周波数帯域がせばめられ、Q値
も低下しやすい欠点がある。
A more serious drawback is that impurities of the same conductivity type as the substrate are introduced in a distributed manner into the high resistivity layer, resulting in a distribution that causes dielectric dispersion, although less than in the case of deep diffusion. This is a phenomenon known as oxidation, and is a problem that almost always accompanies high-resistance vapor phase growth. Therefore, the PIN junction formed by this method also has the disadvantage that the usable frequency band is narrowed and the Q value tends to decrease, as in the case of the PIN junction formed by deep diffusion.

更に高低効率基板上に高不純物密度即ち極く低抵抗の気
相成長層を厚く堆積し、高抵抗率基板を所要の厚みまで
研磨し、鏡面化したのち気相成長と逆導電型不純物を反
対表面から拡散して形成するPIN接合についての欠点
を述べる。この場合、第3図に示すように基板となる高
抵抗率基板は気相成長に先立って選別して使用すること
ができ。
Furthermore, a vapor phase growth layer with high impurity density, that is, extremely low resistance, is deposited thickly on the high and low efficiency substrate, and the high resistivity substrate is polished to the required thickness and mirror-finished, and then the vapor phase growth and opposite conductivity type impurities are reversed. Disadvantages of PIN junctions formed by diffusion from the surface will be described. In this case, as shown in FIG. 3, a high resistivity substrate can be selected and used prior to vapor phase growth.

しかも、近年のSL単結晶の製造法の急速な進歩により
残留不純物密度が1011/am’ 〜1012dl1
3といった高純度化が比較的容易に達成出来るようにな
っている。一方このような高純度SLに高速中性子を照
射するならばSi原子の一部が原子核転換を起こしてP
原子に変るため極めて一様な不純物分布を有する単結晶
基板をうろことができ、既に高耐圧整流器の製造用とし
て多用されるようになっている。したがって高抵抗率基
板上に低抵抗率成長層を形成する場合、高抵抗率層の不
純物密度の一様性また再現性は低抵抗率基板上に高抵抗
率層を気相成長させる場合に比べると格段に改良される
。またこの場合オートドーピングの効果は生ぜず、わず
かの外方向拡散のみによる不純物のしみ出し程度で留ま
るので性能的には最も良好なPIN接合することが出来
る。しがしこの方法は製造技術上2つの大きな欠点があ
ることを指摘することが出来る。先ず第一に高抵抗率層
の不純物密度が10′″/ccの桁で気相成長した低抵
抗率層の不純物密度が1−0”〜1021/ccという
大きな差があるために第4図に示すように2つの層の間
に大きな歪みが発生する。このため基板を所要の厚みま
で研摩しようとすると第5図に示すように1層の厚さが
一様でなくなってしまいPIN接合の性能がばらついて
しまい歩留りが極めて低くなってしまう欠点がある。ま
た高不純物密度の気相成長層を厚く堆積しようとすると
成長層表面に晶癖に従った凹凸が発生したり所謂ボイド
、突起、ピ、ラミッドといった欠陥が発生しやすい、更
にウェーファのそりを小さくする目的でドーパントに砒
素(これは導電率を最も大きくする不純物で多用されて
いる)を用いると100〜150ミクロンという成長に
際して排出される有毒砒素化合の処理に難点があり、こ
の様な厚いエピタキシアル成長層を有する結晶の供給成
者は実質的にないといった方が良い状況である。
Moreover, due to rapid progress in the production method of SL single crystals in recent years, the residual impurity density has decreased from 1011/am' to 1012 dl1.
High purity such as 3 can be achieved relatively easily. On the other hand, if such high-purity SL is irradiated with fast neutrons, some of the Si atoms undergo nuclear conversion and become P.
Because it converts into atoms, it can pass through single crystal substrates that have an extremely uniform impurity distribution, and it has already come into widespread use in the manufacture of high-voltage rectifiers. Therefore, when forming a low-resistivity layer on a high-resistivity substrate, the uniformity and reproducibility of the impurity density of the high-resistivity layer is lower than when forming a high-resistivity layer on a low-resistivity substrate by vapor phase growth. is greatly improved. Further, in this case, no autodoping effect occurs, and only a slight amount of impurity seeps out due to outward diffusion, resulting in the best PIN junction in terms of performance. However, it can be pointed out that this method has two major drawbacks in terms of manufacturing technology. First of all, the impurity density of the high resistivity layer is on the order of 10''/cc, and the impurity density of the low resistivity layer grown by vapor phase growth is 1-0'' to 1021/cc, which is a large difference. A large strain occurs between the two layers as shown in FIG. For this reason, when attempting to polish the substrate to a required thickness, the thickness of each layer becomes uneven as shown in FIG. 5, resulting in variations in the performance of the PIN bond and an extremely low yield. In addition, when attempting to thickly deposit a vapor-grown layer with high impurity density, the surface of the grown layer tends to become uneven according to the crystal habit, and defects such as voids, protrusions, pins, and lamids are likely to occur. If arsenic (this is the most commonly used impurity that increases electrical conductivity) is used as a dopant for the purpose of growth, there is a problem in processing the toxic arsenic compound emitted during growth of 100 to 150 microns, and it is difficult to handle such thick epitaxy. The situation is such that there are virtually no suppliers of crystals with Al-grown layers.

〔問題を解決するための具体的手段〕[Specific measures to solve the problem]

本発明者は、前述の間頭を解決するための具体的手段を
鋭意研究した結果、原料溶質のSiを溶解すべき溶媒の
主部をアルミニウムとし、残部にガリウム、硼素、およ
び錫あるいはゲルマニウムを含んだ溶液を用いることに
より前記問題点が解決され、信頼性ある液相成長層を得
ることができることを知見して本発明を完成したもので
ある。
As a result of intensive research into specific means for solving the above-mentioned problem, the present inventors determined that the main part of the solvent in which the raw material solute Si should be dissolved was aluminum, and the remaining part was gallium, boron, and tin or germanium. The present invention was completed based on the finding that the above-mentioned problems could be solved by using a solution containing the above-mentioned components, and a reliable liquid phase growth layer could be obtained.

〔作用〕[Effect]

本発明によりSLの液相成長法に用いる前記溶媒は、そ
の主部をアルミニウムとすることによりSiの溶解度を
高くして比較的低温で厚い成長層を得ることができ、そ
の際アルミニウムのSiに対する固溶度を高めるため硼
素が含まれることを要し、また、前記アルミニウム及び
硼素の含有によってSiの平均的格子常数の低減を錫あ
るいはゲルマニウムで防止するとともに、ガリウムによ
って前記溶媒の固化する際の弊害を防止するようになる
ものである。・ 〔実施例〕 先ず高抵抗率Si基板を用い、可及的に急峻な不純物分
布を形成するためには低温でエピタキシアル成長をする
ことが望ましい、この為には液相成長法によるエピタキ
シアル成長や分子ビームエピタキシー法などがある。し
かしその後に続く工程を考慮すると成長厚さが100〜
150ミクロであることが望ましいので分子ビームエピ
タキシー法は適当ではなく、液相エピタキシアル成長方
が最適である6Siの溶解度が十分高く比較的低温で厚
い成長層をうるのに適当な溶媒金属としてアルミニウム
を選ぶことができる。Alに対するSiの溶解度は文献
によれば700℃で約20原子パーセント、800℃で
約27原子パーセント900℃で約36原子パーセント
、1000℃では約44原子パーセントである。このこ
とは十分に厚い成長をつるのに適した溶媒であることを
示している。しかしアルミニウムのSiに対する固溶度
は最大で2X10”/cc程度であって砒素や燐に較べ
ると約二桁低い値しか得ることができない。したがって
A1を溶媒としてSiの溶媒成長をする際できるだけキ
ャリア密度を高くするには第三の不純物を添加する必要
がある。Siに対して最も固溶度の高いP型不純物は硼
素である。この硼素はアルミニウムに対して約25倍高
い固溶度をSiに対して有している。
The solvent used in the liquid phase growth method of SL according to the present invention can increase the solubility of Si and obtain a thick growth layer at a relatively low temperature by making the main portion of the solvent aluminum. In order to increase the solid solubility, boron needs to be included, and the inclusion of aluminum and boron prevents the reduction of the average lattice constant of Si with tin or germanium, and gallium prevents the reduction of the average lattice constant of Si. This is to prevent harmful effects.・ [Example] First, it is desirable to use a high resistivity Si substrate and perform epitaxial growth at a low temperature in order to form an impurity distribution as steep as possible. methods such as epitaxy and molecular beam epitaxy. However, considering the subsequent steps, the growth thickness is 100~
150 microns is desirable, so molecular beam epitaxy is not suitable, and liquid phase epitaxial growth is optimal.Aluminum is a suitable solvent metal because the solubility of 6Si is high enough to obtain a thick growth layer at a relatively low temperature. You can choose. According to the literature, the solubility of Si in Al is about 20 atomic percent at 700°C, about 27 atomic percent at 800°C, about 36 atomic percent at 900°C, and about 44 atomic percent at 1000°C. This indicates that it is a suitable solvent for producing sufficiently thick growths. However, the solid solubility of aluminum in Si is about 2X10"/cc at maximum, which is about two orders of magnitude lower than that of arsenic or phosphorus. Therefore, when growing Si using A1 as a solvent, it is possible to To increase the density, it is necessary to add a third impurity.The P-type impurity with the highest solid solubility in Si is boron.This boron has a solid solubility about 25 times higher than that in aluminum. It has for Si.

従って溶媒としてのアルミニウムに極く少量(5原子%
以下)硼素を加えてSLの液相エピタキシアル成長を行
うことは成長層内のP型不純物濃度を増大させるのに極
めて有効である。
Therefore, a very small amount (5 at.%) is added to aluminum as a solvent.
(Below) Performing liquid phase epitaxial growth of SL by adding boron is extremely effective in increasing the P-type impurity concentration in the growth layer.

しかし硼素にせよアルミニウムにせよシリコン中に多量
にとりこまれるとSLの平均的格子常数を71%さくす
る効果のあることはすでに知られている。従って硼素添
加のアルミニウムを溶媒としてシリコンの液相成長を行
うならば成長層は高抵抗シリコンよりも格子常数が小さ
くなるために成長後のウェーファは成長層側が縮んでそ
りを生ずることは明らかである。これは既に述べた高抵
抗基板に多量の不純物を含む気相成長を行ったときに現
われる欠点と全く同じものである0本発明の主旨はこの
欠点を克服するためには高抵抗層と同じ格子常数をもっ
た高濃度の成長層を堆積すればよいことになる。これを
実行するには第四の金属を添加すればよいが第四の金属
はシリコン中で格子常数を大きくするものでなくてはな
らない。従って可能性としてはIn、TQなどの■族金
属が考えられたが、いずれも使用に耐えない。InはS
Lに合金するとN型電導型を示すことが実験的に示され
ている。理由は現在に到るまで不明である。またSi中
のInのレベルは仮にPを示したとしても0.16av
と深いため温度特性上好ましくない効果を与える。また
TQは金属として毒性が極めて強く使用に耐えない、一
方■族元素を格子歪みの緩和に用いることはP型伝導の
伝導率を高くとろうとする主旨に反し除外される。従っ
て第四の添加銀属は第■族元素から選ぶべきである。錫
とゲルマニウムはいずれも好適である。錫のシリコンに
対する固溶度はアルミニウムを上回り最大約5.5 X
 10”/ecまで固溶しうるし、Geはシリコンと連
続合金を作りうる。したがって■族元素の添加によって
発生する格子常数の減少を緩和するための第四の添加金
属としては錫またはゲルマニウムが好適である。
However, it is already known that if a large amount of boron or aluminum is incorporated into silicon, it has the effect of reducing the average lattice constant of SL by 71%. Therefore, if liquid phase growth of silicon is performed using boron-doped aluminum as a solvent, it is clear that the grown layer will have a smaller lattice constant than high-resistance silicon, so the grown wafer will shrink on the grown layer side and cause warpage. . This is exactly the same drawback that appears when vapor phase growth containing a large amount of impurities is performed on a high-resistance substrate as described above.The purpose of the present invention is to overcome this drawback by It is sufficient to deposit a high concentration growth layer with a constant constant. To accomplish this, a fourth metal may be added, but the fourth metal must be one that increases the lattice constant in silicon. Therefore, group Ⅰ metals such as In and TQ have been considered as possibilities, but none of them are usable. In is S
It has been experimentally shown that when alloyed with L, it exhibits N-type conductivity. The reason is unknown until now. Moreover, even if the level of In in Si shows P, it is 0.16av
Because of the depth, it has an unfavorable effect on temperature characteristics. Further, TQ is extremely toxic as a metal and cannot be used. On the other hand, the use of group (I) elements to alleviate lattice strain is excluded because it goes against the purpose of increasing the conductivity of P-type conductivity. Therefore, the fourth additive silver metal should be selected from Group I elements. Both tin and germanium are suitable. The solid solubility of tin in silicon exceeds that of aluminum, with a maximum of approximately 5.5
10"/ec, and Ge can form a continuous alloy with silicon. Therefore, tin or germanium is suitable as the fourth additive metal to alleviate the decrease in the lattice constant caused by the addition of group Ⅰ elements. It is.

更に以上の方法によって液相成長によってえられる成長
層は高抵抗率基板と格子常数の比較的合ったものとなる
が実際は更に第五の金属の添加を必要とする。それはA
1は融点660℃以下で固体となり第四までの金属の添
加によって共晶温度は低下するものの基板及び成長層は
もとより固体であってその膨張係数は金属と著しく異な
る値をもっている。従って基板が溶媒と接融したまま固
化するならば基板と成長層は膨張係数の差によって破損
してしまう、これを避ける為には融点を下げると同時に
A1との合金がきわめて機械的にもろい材質になるよう
な金属を添加し固化する際に溶媒の方が破壊するように
すれば良い。この種の金属として最適なものはガリウム
である。アルミニウムにGaを混じるならば融点はガリ
ウムの量に従って低下し且つ固化した時にその合金は極
めて脆いものとなる。また副次的効果としてG a −
A 1合金は酸塩基と極めて良く反応するために成長後
の溶媒金属の除去を容易にする。このGa−Al合金が
このような効果を秦するに適当な量は、GaxAl&−
X(0≦X≦0.5)であることが判明した。
Furthermore, although the growth layer obtained by liquid phase growth according to the above method has a lattice constant that is relatively matched to that of the high resistivity substrate, in reality it is necessary to further add a fifth metal. That is A
No. 1 becomes a solid at a melting point of 660° C. or less, and although the eutectic temperature is lowered by adding metals up to the fourth, the substrate and growth layer are solid as well, and their expansion coefficient has a value significantly different from that of metals. Therefore, if the substrate solidifies while still in contact with the solvent, the substrate and the growth layer will be damaged due to the difference in expansion coefficients.To avoid this, lower the melting point and at the same time make the alloy with A1 an extremely mechanically brittle material It is sufficient to add a metal such that the solvent destroys it during solidification. The most suitable metal of this type is gallium. If Ga is mixed with aluminum, the melting point will decrease with the amount of gallium, and the alloy will become extremely brittle when solidified. Also, as a side effect, Ga −
The A1 alloy reacts very well with acids and bases, facilitating removal of solvent metals after growth. The appropriate amount for this Ga-Al alloy to have such an effect is GaxAl&-
It was found that X (0≦X≦0.5).

また液相成長法は他の成長方法に比較して最も熱平衡に
近い成長方法であるためにこの様にA1−Ga合金を溶
媒とし硼素をキャリア濃度増加の為に添加し、Snある
いはGeを格子常数の補償材として添加し、更にシリコ
ンを溶質として加えた1元の金属溶液として用いた複雑
な成長を行っても自動的に最も低いエネルギー状態を作
り出す様に成長が行なわれるので所望のエピタキシアル
成長層を比較的容易にうろことが出来る。
In addition, the liquid phase growth method is a growth method that is closest to thermal equilibrium compared to other growth methods, so in this way, A1-Ga alloy is used as a solvent, boron is added to increase the carrier concentration, and Sn or Ge is added to the lattice. Even if complex growth is performed using a one-component metal solution with silicon added as a constant compensator and silicon as a solute, the growth will automatically produce the lowest energy state, resulting in the desired epitaxial growth. It can move through the growth layer relatively easily.

なお、実験によると Al: Ga=99 : 1 (Al−Ga) : Sn= 99 : 1((Al 
−Ga) −8n) : B =99.1 : 0.1
上記合金に対し H8零囲器中900℃でSiを飽和溶解させたのち高抵
抗率基板に接融させ除冷することにより約150マイク
ロメートルの成長層をえたが殆どそりを生じなかった。
According to experiments, Al: Ga=99:1 (Al-Ga): Sn=99:1 ((Al
-Ga) -8n) : B =99.1 : 0.1
After saturated Si was dissolved in the above alloy at 900° C. in an H8 envelope, it was welded to a high resistivity substrate and slowly cooled to obtain a grown layer of about 150 micrometers, but almost no warping occurred.

このウェーファの高抵抗率基板側を所望の厚さ例えば1
5マイ50メートルまで研摩鏡面化してN型不純物を拡
散して得たダイオードは従来のものに比べて歩留りが5
倍にも達した。
The high resistivity substrate side of this wafer is coated to a desired thickness, e.g.
Diodes obtained by polishing to a mirror finish of 5 m to 50 m and diffusing N-type impurities have a yield of 5 m compared to conventional ones.
It has doubled.

なお、上記実施例ではガリウムを加えることによってA
 1− G a合金を形成するようにしたものであるが
、始めからAl−Ga合金を用いてもよいことはもちろ
んである。要は溶媒において、その主部にアルミニウム
、残部にガリウム、硼素および錫あるいはゲルマニウム
が含まれていればよい。
In addition, in the above example, by adding gallium, A
1-Ga alloy is formed, but it goes without saying that an Al-Ga alloy may be used from the beginning. In short, it is sufficient that the solvent mainly contains aluminum and the remainder contains gallium, boron, and tin or germanium.

〔効果〕〔effect〕

以上説明したことから明らかなように1本発明によるS
Lの液相成長法によれば、信頼性ある液相成長層を得る
ことができるようになる。
As is clear from the above explanation, one S according to the present invention
According to the liquid phase growth method of L, a reliable liquid phase growth layer can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第3図はそれぞれ従来の液層成長による半
導体基板の不純物密度分布を示すグラフ、第4図および
第5図は従来の液相成長により形成された基板の欠点を
示す側面図である。
Figures 1 to 3 are graphs showing impurity density distributions of semiconductor substrates formed by conventional liquid phase growth, respectively, and Figures 4 and 5 are side views showing defects of substrates formed by conventional liquid phase growth. be.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 原料溶質のSiを溶解すべき溶媒の主部をアルミニウム
とし、残部にガリウム、硼素、および錫あるいはゲルマ
ニウムを含んだ溶液を用いることを特徴としたSiの液
相成長法。
A method for liquid phase growth of Si, characterized in that the main part of the solvent in which Si as a raw solute is to be dissolved is aluminum, and the remainder is a solution containing gallium, boron, and tin or germanium.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6272595A (en) * 1985-09-13 1987-04-03 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテツド Silicon semiconductor substrate material and manufacture
US6391108B2 (en) * 1997-12-12 2002-05-21 Canon Kabushiki Kaisha Liquid phase growth method of silicon crystal, method of producing solar cell, and liquid phase growth apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5286058A (en) * 1976-01-12 1977-07-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Liquid phase epitaxial growth
JPS5988397A (en) * 1982-10-12 1984-05-22 Fujitsu Ltd Method for controlling growing speed of magnetic bubble garnet crystal

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5286058A (en) * 1976-01-12 1977-07-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Liquid phase epitaxial growth
JPS5988397A (en) * 1982-10-12 1984-05-22 Fujitsu Ltd Method for controlling growing speed of magnetic bubble garnet crystal

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6272595A (en) * 1985-09-13 1987-04-03 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテツド Silicon semiconductor substrate material and manufacture
US6391108B2 (en) * 1997-12-12 2002-05-21 Canon Kabushiki Kaisha Liquid phase growth method of silicon crystal, method of producing solar cell, and liquid phase growth apparatus

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