極限微細集積回路作製のための原子層成長制御CVD装置の開発研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555064
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 室田 淳一 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (70182144)
• 研究分担者: 佐藤 武敏 国際電気株式会社, 富山工場, 研究員 ; 中村 直人 国際電気株式会社, 富山工場, 研究員 ; 黒河 治重 国際電気株式会社, 富山工場, 工場長 ; 松浦 孝 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (60181690) ; 小野 昭一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00005232)
• キーワード: 原子層成長 / シリコン / ゲルマニウム / SiH_4 / GeH_4 / ヘテロ構造 / CVD / 集積回路

研究概要

本研究では、Si集積回路に応用しうる原子層成長技術として、原料ガスの供給を止めることなく高い分圧に保ったまま単分子吸着層を形成し、この吸着層のみをフラッシュランプ光照射による瞬時加熱で分解し、一原子層ずつ成長を可能にするCVD技術を確立することを目的としている。前年度は、Si表面へのSiH_4の吸着・反応に重点を置いたが、今年度は、前年度購入した高出力キセノンフラッシュ光照射装置を用いて、Si表面へのGe並びにGe表面へのSiの一原子層成長に重点を置き、以下のような研究成果が得られた。
1.Si(100)表面の2x1構造は、ダングリングボンドが水素で覆われている状態では、相対湿度が30%以下の大気中では、1時間以上安定に存在し、表面の酸化が進行しないことを見いだした。他方Si表面に395℃でSiを原子層成長させた表面は、1x1構造を示し、ダイハイドライド構造であるという知見を得た。そして、本研究のSiH_4の単分子層吸着は、水素が吸着している1x1構造表面への吸着であるというモデルを提案した。
2.GeH_4の吸着層のキセノンフラッシュ光照射による分解反応は、Ge表面に比べてSi表面で、生じにくいことを見いだし、光照射強度を上げることにより、この問題を解決した。
3.Ge表面では、キセノンフラッシュ光照射をせずとも、Geが原子層成長する補助加熱温度270℃でも、SiH_4雰囲気でほぼ一原子層のSiの成長が起こることを見いだした。これにより、SiとGeが一原子層単位で多層エピタキシャル成長する指針が得られた。
今後は、SiとGeの多層エピタキシャル成長・不純物原子層ドーピングSi系絶縁膜の原子層成長に関して、デバイス製作・評価を含めて研究し、より完成度の高い原子層成長制御CVD装置の実現のための指針を得る。

研究成果

• [文献書誌] Junichi Murota: "Silicon atomic layer growth controlled by flash heating in chemical vapor deposition using SiH_4 gas" Applied Physics Letters. 62. 2353-2355 (1993)
• [文献書誌] Masao Sakuraba: "Atomic layer growth of Si in flash heating CVD using SiH_4 gas" Proceedings of the 12th International Conference on Chemical Vapor Deposition. 93-2. 110-116 (1993)
• [文献書誌] Masao Sakuraba: "Silicon atomic layer growth using flash Heating in CVD" Journal de Physique IV. 3. C3-449-C3-456 (1993)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Low-temperature epitaxial growth of Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure by CVD(Invited)" Extended Abstracts of the 1993 International Conference on Solid State Devices and Materials. 240-242 (1993)
• [文献書誌] Masao Sakuraba: "Stability of the Si(100) surface epitaxially grown by CVD" Extended Abstracts of the 1993 International Conference on Solid State Devices and Materials. 273-275 (1993)
• [文献書誌] 櫻庭政夫: "Si(100)表面ダイマー構造の大気中での安定性" 電子情報通信学会技術報告. ED93-105. 1-6 (1993)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Ultraclean low-pressure CVD for Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure growth(Invited)" Proceedings of the International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing. 221-228 (1994)
• [文献書誌] Masao Sakuraba: "Stability of the dimer structure on the Si film epitaxially grown on Si(100) by ultraclean low-pressure chemical vapor deposition" Proceedings of the International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing. 445-448 (1994)
• [文献書誌] Junichi Murota: "Low-temperature epitaxial growth of Si/Si_<1-X>Ge_X/Si heterostructure by chemical vapor deposition" Japanese Journal of Applied Physics. 33(発表予定). (1994)
• [文献書誌] Masao Sakuraba: "Stability of the dimer structure formed on Si(100) surface by ultraclean low-pressure chemical vapor deposition" Journal of Applied Physics. (発表予定). (1994)