IV族半導体極微細構造形成プロセスに関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09233207
• 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, 教授 (70182144)
• 研究分担者: 櫻庭 政夫 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (30271993) ; 松浦 孝 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (60181690)
• キーワード: IV族半導体 / 極微細デバイス / 原子層成長 / 原子層エッチング / 一原子層熱窒化 / ラングミュア吸着 / 表面水素終端 / W低温選択成長

研究概要

本研究では、原子層成長・エッチング法をはじめとするラングミュア吸着・反応の制御プロセス技術を駆使して、IV族半導体極微細デバイスの製作プロセス技術を確立し、それによりSi系デバイスの微細化限界を実験的に追求し、新しい原理に基づくSiデバイス創生の指針を得ることを目的としている。本年度は、3年計画の第2年度として、前年度の改造整備を進めた原子制御プロセス装置の各種プロセス条件出しと安定化を進めると同時に、Si-Ge-C-N系の原子層成長、表面処理、並びに原子層エッチングを進め、また、SiGe低温選択エピタキシャル成長における高濃度ド-ピングとその極微細デバイスへの応用の研究を中心に行った。
原子層成長や表面処理の研究では、フッ酸処理やpreheat法によりSi及びGe表面の水素終端を制御してSiH_4、GeH_4等の単分子吸着層の形成を図った。また、NH_3による400℃での一原子層熱窒化過程が、Si表面にNH_3のLangmuir型吸着脱離平衡層が形成されその層からの反応としてよく記述されること、CH_4による500〜600℃でのSi表面一原子層炭化過程が、Si表面に入射するCH_4分子数に比例したLangmuir型吸着・反応でよく記述されることを明らかにした。また、原子層エッチングの研究では、塩素の吸着と低エネルギーAr^+イオン照射を交互に行うことにより、SiやGeに引き続いてSiGeの自己制限型原子層エッチングが可能であることを実証し、Si窒化膜の役割分担型原子層エッチングの可能性を見い出した。極微細デバイス製作プロセスの研究では、MOSFETの極浅ソース・ドレイン層形成のためのSiGe混晶選択エピタキシャル成長層への高濃度不純物ド-ピング過程について定式化を行った。

研究成果

• [文献書誌] T.Sugiyama, et al: "Atomic-Layer Etching of Ge Using an Ultraclean ECR Plasma" Appl.Surf.Sci.112. 187-190 (1997)
• [文献書誌] S.Kobayashi, et al: "Initial Growth Characteristics of Germanium on Silicon in LPCVD Using Germane Gas" J.Crystal Growth. 174(1-4). 686-690 (1997)
• [文献書誌] M.Ishii, et al: "0.1μm MOSFET with Super Self-Aligned Shallow Junction Electrodes" ULSI Science and Technology '97. PV97-3. 441-449 (1997)
• [文献書誌] J.Murota, et al: "Atomic-Layer Growth of Sion Ge (100) Using SiH_4" National Symp.Am.Vac.Soc.44. 175 (1997)
• [文献書誌] A.Moriya, et al: "Low-Temperature Epitaxial Growth of In-Situ Heavily B-Doped Sil-x Gex Films Using Ultraclean LPCVD" MRS Spring Meeting. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] J.Murota, et al: "In-Situ Heavy Doping-of P and B in Low-Temperature Sil-x Gex Epitaxial Growth Using Ultraclean LPCVD" Silicon Materials Science and Technology VIII. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] Y.Yamamoto, et al: "Surface Reaction of Alternately Supplied WF_6 and SiH_4 Gases" Surf.Sci.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] M.Sakuraba, et al: "H-Termination on Ge (100) and Si (100) by Diluted HF Dipping and by Annealing in H_2" 5th Int Symp.Cleaning Technology in Semicond.Device Manufactur ing. PV97-35(印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Matsuura, et al: "Atomic-Layer Surface Reaction of Chlorine on Si and Ge Assisted by an ultraclean ECR Plasma" Surf.Sci. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Watanabe, et al: "Atomic-Order Hitridation of the H-Terminated and H-Free Si Sarfaces by NH_3" CVD XIV. PV97-25. 97-104 (1997)
• [文献書誌] J.Murota, et al: "Low Temperature Selective Heteroepitaxy of Heavily Doped Si_<l-X> Gex on Si for Application to Ultrasmall Devices" National Symp.Am.Vac.Soc.44. 176 (1997)
• [文献書誌] J.Murota, et al: "Heavy Poping Characteristics of P and B in Si_<l-X> Gex Epitaxial Films" E-MRS Spring Meeting. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Watanabe, et al: "Atomic-Layer Surface Reaction of SiH_4 on Ge (100)" Jpn.J.Appl.Phys Part1. 36(6B). 4042-4045 (1997)
• [文献書誌] A.Izena, .et al: "Low-Temperature Surface Reaction of CH_4 on the Si (100) Surface" J.Crystal Growth. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] C.J.Lee, et al: "Phosphorus Doping Effect on Si_<l-X> Epitaxial Film Granth in the SiH_4-GeH_4-PH_3 Gas System Using Ultraclean LPCVD" CVD XIV. PV97-25. 1356-1363 (1997)
• [文献書誌] J.Murota, et al: "Fabrication of 0.1μm MOSFET With Snppr Self-Aligned Ultrashallow Junction Electrodes Using Selective Sirx Gex CVD" SDERC 27. 27. 376-379 (1997)
• [文献書誌] T.Matsuura, et al: "Atomic-Layer Etchig Control of Si and Ge Using an Ultraclean ECR Plasma" National Symp.Am.Vac.Soc.44. 176 (1997)
• [文献書誌] Y.Honda, et al: "Atomic-Order Layer Role-Share Etchig of Silicon Nitride Using an ECR Plasma" Plasma Processing XII. (印刷中). (1998)