JPS62502086A - ド−ピングされた材料のエピタキシによる堆積方法および装置 - Google Patents

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】 発明の名称 ドーピングされた材料のエピタキシによる堆積方法お　・よび装置 技術分野 本発明はドーピングされた材料のエピタキシによる堆積（蒸着）方法、ならびに この方法の実施を可能にする装置に関するものである。

発明の背景 本方法は、とくに半導電性でありかつ異なってドーピングされる幾つかの重畳さ れた薄膜力為ら形成されるエレクトロニクスま几はマイクロエレクトロニクス構 成要素の製造においてとくに使用されることができる。使用される主半導体材料 はシリコンま７ＩＣハガリウムヒ素のごときｍ−ｖ族の材料である。本発明は超 高周波ダイオード。

ヘテロ接合レーザおよびシリコン−金属−シリコンのごとき超高速トランジスタ またｉＪ８ＭＢトランジスタ、または透過可能なベーストランジスタ（ゲートの 形のベース）の製造を可能にする。

半導体薄膜は一般に単結晶半導体基板上のエピタキシによって製造される。現在 公知のエピタキシ方法に液相エピタキシ（Ｌｐｇ）、化学気相エピタキシ（ＣＶ Ｄ）および分子ビームエピタキシ（Ｍａｇ）である。

これらの種々のエピタキシ方法のうち、分子噴射エピタキシは、完全に平らな表 面および非常に急な中間面によす、トくに数ナノメータの非常に薄い膜を得るた めに本質的に高性能レベルを有する。分子ビームエピタキシ・　方法および装＠ ＪＸ　１９８０年２月に刊行されたＪ、　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙａ、　５１（２）のｍ１１０２〜１１１０頁の「同時イオン注入ドーピン グによるシリコン分子ビームエピタキシ」と題するＹ、オークによる論文に記載 されている。

この方法において、密封エンクロージャ内にはエピタキシを受ける材料、例えば シリコンの分子フラン、ジスまｘｒｚビームが形成されそして加熱された基板は これらの分子ビームの作用、ならびにドーピング粒子ビームの作用を受ける。

基板加熱温度は他の堆積方法かつとぐに化学気相堆積方法（１０００〜ｂ 〜ｂ の拡散はなくかつしたがって竪牢な構成要素に欠くことのできない極度に急なド ーピング外観を有する異なってドーピングしｆｃ重畳層を製造することができる 。

しかしながら、この堆積手順は、とぐに半導体層のドーピングに関連して、幾つ かの問題を生じる。したがって、成るドーピング粒子、例えばシリコンのｎ型ド ーピングに使用されるヒ素、リン、アンチモニ等に関して、非常に撹乱現象が現 われる。とぐに、ドーピング材料は型式Ｘ４　（Ａｇ３−Ｐ４等）の分子の形で 蒸着されかつ６００〜８５０℃の比較的低い基板加熱温度においてエピタキシを 受ける半導体層の表面に接触する大半のドーピング分子が前記層と一体にならず かつそれに代ってドーピングガスに戻る作用を有するドーピングガス蒸気張力が ある。

実際に約１０　でさる「結合係数」を決定することができた。すなわち１ドーピ ング原子はその表面上の１０．０００原子に対してエピタキシャル成長を受ける 層と一体にされる。この低い「結合係数」は非常に高い真空。

超高真空を維持する必要と矛盾する多量のドーピングガスがあるエピタキシエン クロージャ内に注入することを必要とする。

エピタキシを受ける基板上の「結合係数」を増大する几めの現在提案されている 方法の１つは前記基板を分極化することからなる。この基板分極化はイオン化さ れたドーピング粒子の引付けを可能にし、この粒子に次いで基板表面に衝突する 。不運にも、イオン化された粒子のこのボンバードメントに前記層内に多くの結 晶障害を発生することＶｃｊリエピタキシャル層を損傷するようになり、それは 実質上アモルファス層（スパッタリング効果）の形成を引き起すことができる。

発明の開示 本発明にとくに前に言及された欠点の回避を可能とするドーピングされた材料の エピタキシによる堆積方法およびこの方法を実施するための装置に関する。分子 ビームエピタキシ法によれば、そのドーピング剤が、前記層内の結晶欠陥の形成 に至ることなく、１に近い「結合係数」を有するドーピングエピタフティック層 の製造全可能にする。

より詳細には１本発明は、密閉エンクロージャ内で基板を加熱しかつ前記基板の 表面をドーピング材料の分子フラックスの作用にかつドーピング粒子の作用にさ らし基板表面の少なくとも一部が一定の強度の電子ビームで照射される。ドーピ ングされた材料の層からなる基板上のエピタキシによる堆積方法に関する。

基板表面上に発生する物理化学的現象は完全には知られないけれども、この方法 は、その場合ドーピングガスピタクテイツク＃を得ることを可能にする。その場 合基板表面の電子ボンバードメントは１対１０　、０００の比率においてエビタ フティック層のドーピングの濃度の増加となる。

さらに、この電子ボンバードメン）ｆｌ基板加熱温度の減少を可能にする。とく に、ドーピングされたシリコン層の堆積は、とくにシリコンからなる基板を％８ ００〜８５０℃の間の代りに６００〜８００℃の間の温度に加熱するだけによっ て行なわれることができる。

本発明から生じる利点は電子ビームの使用と関連づけられる。したがうて、本発 明者等によって行なわれた調査に光ビーム、例えばレーザビームによる基板のボ ンバードメントが同一の結果を得ることを可能としないことを明ら力為にした。

本発明による方法はドーピングされた半導体層の堆積を可能にする。それは好都 合にも例えばヒ素、リン′！ｉたはアンテモニでドーピングされたｐ型のシリコ ン層の、ま７’Ｃはホウ素でドーピングされｆＣｎ型のシリコン層の堆積に、な らびに余端元素１例えば亜鉛、ベリラムまｆｃはスズでドーピイグされた、ガリ ウムヒ素、インジウムまたにガリウムリンのごときｎ＋−ｖ原材料の層の堆積に 適用される。

これらの層に好ましくは単結晶半導体基板上に堆積される。任意の単結晶基板上 への任意の単結晶層のエピタキシによる堆積に関する主要条件の１つは基板のメ ツシュがエピタキシィツク層のメツシュに近い寸法およびジオメトリｆｔ有する ということである。

本発明方法の好適な実施例によれば、エピタキシ６を受ける層を構成する材料の 分子フラックスな電子ビームによる前記材料のターゲットの照射によって形成さ れる。

本発明方法は同一基板上に同一材料、かつとくに単結晶材からなる幾つかの重畳 された層の製造を可能にし、これらの層は、該層のエピタキシ中電子ビームの強 度を急に変更するのみで、例えばドーパント濃度の極めて急激な遷移（数原子フ ィルム）により異なってドーピングされる。また、基板上に非常に精密な幾何学 的区域を画成することができ、そのドーピング粒子濃度に％前記区域にのみ電子 ビームを供給することにより異なる。用語「異なってドーピングされた層」は＋ または一記号のｎまたはｐ型層およびそのドーパント濃度が１０１５〜１０１９ 原子／ｄの間の範囲にある同−観の層を意味すると理解される。

また一本発明ぼ上述した方法の実施を可能にしかつ密閉エンクロージャ内で、基 板を支持する手段、基板を加熱する手段、前記材料の少なくとも１つのターゲッ トを支持する手段、前記材料の分子７ラツクスを形成するため前記ターゲットを 加熱する手段、少なくとも１つのドーピング粒子ビームを形成するための手段お よび基板表面の少なくとも一部を照射するための電子源からなる装置に関するも のである。

図面の簡単な説明 本発明の他の特徴および利点は、本発明による方法の実施を許容するエピタキシ 装置の囮Ｆ夜回に関連して、本発明の以下の例示および非限定的な説明ｆ）ｈら 推測されることができる。

発明を実施するための最良の形態 本発明による方法に、まず、密閉エンクロージャ２内に、例えば５．１０”　ｔ ｏｒ　（６，７・１０−’Ｐａ）の超高真空を作ることからなる。このため、エ ンクロージャ２は通常の真空ポンプ４に接続される。エピタキシが堆積されるよ うな層を生ずる基板６、例えば単結晶シリコンはエンクロージャ２内にこのため に設けられた支持体８上に置かれるＯ支持体８内に置かれｙ−ｃ力Ω熱フィラメ ントのごとき加熱手段１０に基板６の温度の上昇を可能にする。単結晶シリコン 基板の場合において、加熱温度は従来技術において使用された温度より低い６０ ０〜８００℃の間である。

密閉エンクロージャ２内には基板６上にエピタキシを受ける工うな１または複数 の層を形成する材料の分子フラックス′！またはビーム１３の発生を可能とする 蒸発装置１２が置かれる。この蒸発装置により詳細にはアメリカ合衆国特許ｍ　 ４，５０５，６９４号に記載されている。

簡単化された形状において、装置１２は耐火性材料るりぼ１４からなりこのるつ ぼに該るつぼを加熱する丸めの手段２０を備え几支持体１８内に配置されたエピ タキシを受ける層を形成するための材料１６ｆｔ収容する。例えば支持体１８内 に配置された公知の放出源ＶＣよって放出され九電子ビーム２２に、磁石のごと き、適宜な偏向装置２５を使用して、材料１６上に伝送される。手段２４はるり は１４の加Ｍ（時間、持続時間）、ならびに電子ボンバードメント（照射時間、 強度、ビームの位置決め）の制御全可能にする。

ドーピングされ次エビタクテイツク層を（Ｉるために、エンクロージャ２内ＫＨ ，公知のクヌーセンセルのような放出源２６によって放出されたドーピング粒子 ビーム２５が発生される。

エビタフティック層の効果的なドーピングかつとくに１に近い「結合係数」を得 るために、本発明によれば、エピタキシ中、基板６の表面のすべてまｆｃバ一部 が公知の１ａ子チヤンネル３０によって発生され７ｆＣ電子ビーム２８の作用を 受ける。

また１手段２４Ｔｒｉ、非常に精密な方法においてエビタフティック層内のドー パントの濃度を変更するために、電子ビーム２８の強度の急な変更、ま２’Ｃは 同様に層のエピタキシ中の電子ビームの完全な停止を可能にする。さらに、基板 ６の表面の一定部分を電子ビーム２８の作用に従わせるのみにより、変化するド ーパント濃度を有する幾何学的区域を極めて正確に画成することができる。

さらに、同一基板６上に同一材料からなりかつ異なるドーパントでドーピングさ れる幾つかの重畳さしｆｃ層を製造するために、エンクロージャ２内に５４．５ ６および３８のごとき他のドーピング粒子源を備えることができる。種々のドー パント源の制御は例えば手段２４によって保証される。

基板乙の支持体を制御するための手段３２は基板表面の方向づけ全可能にし、こ の表面上に種々のドーピングさ九た層のエピタキシが電子ビーム２８、ドーピン グ粒子ビーム２５および分子フラックス１３に関連して生じることができる。エ ンクロージャ２に関連して、種々の測定および分析手段４０は層の堆積、ならび にそのドーピングのチェックを可能にする。

本発明方法は好都合にはとくにｎ型層の場合にヒ素。

層の場合にホウ素でドーピングされる単結晶シリコン層の単結晶シリコン基板上 の堆積に適用し得る。

本発明による方法ＩＣよれば、１００Ｖのエネルギを有する電子ビーム２８およ び１０〜１００μＡ／−の電子流を使用することにより、６．１ｏ１９原子／ｃ ４の瀦度を有するアンチモニでドーピングされた単結晶シリコンエビタフティッ ク層を得ることができる。アンチモニドーピング粒子にクヌーセンセルを３００ ℃に加熱することによって得られそして分子シリコンフラックスは１μｍ　／　 ｈの蒸発率で得られる。単結晶シリコン基板温度に７３０℃である。

他のすべてが等しいとき、電子ビーム２８の除去に３．１０”原子／ｃａに代え てｚ、１ｏ１７のドーピングになる。

上記説明は非限定的な性質において与えられかつ本発明の範囲を越えないすべて の変形が考えられることができる。

とくに、エピタキシを受けるようなエピタキシ基板および層は単結晶シリコン以 外の材料から製造されることができる。基板およびエビタフティック層にとくに ガリウムヒ素、インジウムまたはガリウムリンから製造されることができる。さ らに、ドーピング粒子源を構成するクヌーセンセルを電子ボンバードメントを受 けるＡｔｌ記材料の簡単なターゲットにより置き換えることができる。

Δθ 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．ドーピングされた材料からなる層の基板の表面上にエピタキシにより堆積す るためのドーピングされた材料のエピタキシによる堆積方法において、密閉エン クロージや内で基板を加熱しかつ前記基板の表面をドービング材料の分子フラツ クスの作用にかつドーピング粒子の作用にさらし、前記基板表面の少なくとも一 部が一定の強度の電子ビームで照射されることを特徴とするドーピングされた材 料のエピタキシによる堆積方法。
2. ２．前記材料が半導体材料であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のド ーピングされた材料のエピタキシによる堆積方法。
3. ３．前記材料はシリコンまたはＩＩＩ−Ｖ族材料からなることを特徴とする請求 の範囲第１項に記載のドーピングされた材料のエピタキシによる堆積方法。
4. ４．前記ドーピング粒子はシリコン材料に関してはヒ素、リン、アンチモニまた はホウ索からなる粒子であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のドービ ングされた材料のエピタキシによる堆積方法。
5. ５．前記基板は単結晶半導体材料であることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載のドーピングされた材料のエピタキシによる堆積方法。
6. ６．前記基板はシリコンまたはＩＩＩ−Ｖ族材料からなることを特徴とする請求 の範囲第１項に記載のドーピングされた材料のエピタキシによる堆積方法。
7. ７．前記基板は６００〜８００℃の間の温度に加熱されることを特徴とする請求 の範囲第１項に記載のドーピングされた材料のエピタキシによる堆積方法。
8. ８．前記材料の分子フラツクスは電子ビームによるそのターゲツトの照射によつ て形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のドーピングされた材料 のエピタキシによる堆積方法。
9. ９．種々の方法でドーピングされた同一材料の幾つかの層からなり、電子ビーム および／またはドーピング粒子ビームの強度が急に変更されることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載のドーピングされた材料のエピタキシによる堆積方法。
10. １０．少なくとも１つのドーピングされた材料層からなる基板の表面上へエピタ キシにより堆積するためのドーピングされた材料のエピタキシによる堆積装置に おいて基板を支持するための手段を収容する密閉エンクロージヤ、前記基板を加 熱する手段、前記材料の少なくとも１つのターゲツトを支持する手段、前記材料 の分子フラツクスを形成するため前記基板を加熱する手段、少なくとも１つのド ーピング粒子ビームを形成するための手段および前記基板表面の少なくとも一部 を照射するため電子源からなることを特徴とするドーピングされた材料のエピタ キシによる堆積装置。