結晶シリコンの非晶質化過程に関する基礎的研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452074
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 徳山 巍 筑波大学, 物理工学系, 教授 (40197885)
• 研究分担者: 本岡 輝昭 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (50219979)
• キーワード: 非晶質シリコン / イオン注入 / ラマン散乱 / 構造緩和

研究概要

平成4年度は、結晶シリコンの非晶質化の逆過程と考えられる、非晶質シリコンの結晶化、特にその前駆過程の検討を重点的に行うため、イオン注入法などで作られた非晶質シリコンの加熱による構造の変化を調べた。非晶質層の構造は、ラマン散乱分光、陽電子消滅法、及び電子スピン共鳴分光を用いて検討した。
シリコン単結晶基板にイオン注入して基板表面を非晶質化した試料を、200〜450℃の低温で熱処理すると、一般的には非晶質層は歪を開放し結晶構造に近づく。ラマンスペクトルのTOピークの半値半幅が、非晶質構造の原子結合角の結晶構造での値からの偏差(Δrheta)に比例することを用いて、まずΔrhetaが熱処理条件でいかに振舞うかを調べた。次に注入イオン種を変えて非晶質層中に不純物が存在する場合、及びイオン注入ではなくプラズマ中の気相化学反応によって堆積した非晶質層についても調べた。
その結果次の様な事が分かった。 1.Δrhetaは熱処理によって単調に減少せず、減少途中に増加し、再度減少するとの振動的変化を示した。この変化は陽電子消滅から測定した空孔的欠陥の密度、並びにESRから測定したダングリングボンド密度の変化とも完全に対応した。熱処理によって非晶質層がその自由エネルギーを減ずる過程で、複合化した空孔的欠陥が分裂してその密度が増加し、ダングリングボンドも増大する過程が含まれるものと結論される。
2.上記の過程は非晶質層に含まれる不純物質種に大きく影響を受ける。Geを含む場合にはダングリングボンド密度の変化の低下は少なく、Geが含まれたことによって非晶質層中の構造不整度がより高い状態で安定化する。またPが含まれると、Pと空孔形欠陥との複合化によってダングリングボンド密度は著しく減少し、またΔrhetaの途中増加は少ない。これは非晶質化の過程で、高度に複合化した空孔形欠陥が生じ難く、これが非晶質化を容易にしているとの昨年度に見出した事実とも合致するものである。
3.堆積法で作られた非晶質層は、Δrhetaの値は最初から小さく、熱処理によっても殆ど変化せず安定で、より結晶構造に近い非晶質構造であると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] T.Motooka and O.W.Holland: "Amorphization Processes in ion implamted Si:lon species effects" Appl.Phys.Left.61. 3005-3007 (1992)
• [文献書誌] T.Motooka,F.Kobayashi,Y.Hiroyama,T.Tokuyama: "Amorphization and Strucural Relaxation Processes in ion lmplanted Si" Japan.Jour,Appl.Phys.32. 318-321 (1993)
• [文献書誌] Y.Hiroyama,T.Motooka and T.Tokuyama: "Structural Relaxation in Amorphous Silicon Prepared by lon lmplantation" Proc.1st Meeting lon Eng.Soc.Japan. 197-200 (1993)
• [文献書誌] Y.Hiroyama,T.Motooka,T.Tokuyama,Long Wei and S.Tanigawa: "Structural Relaxation in Amorphous Silicon Prepared by lon lmplantation" Nucl.Instr.Methods Phys.Res.